Ветродвигатель
WIND TURBINE

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности, к ветродвигателям, и может быть использовано для строительства ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения ветроколеса и набегающим воздушным потоком.
Известен ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем многолопастное ветроколесо (Ветроэнергетика. М.: Энергоиздат, 1982, С. 26, рис. 1.3, А-4). Недостатком данного ветроколеса является то, что в нем практически не используется сила ветра центральной зоны и недостаточная площадь лопастей в средней и периферийной зонах.
Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение диаметра ветродвигателя за счет увеличения количества и площади лопастей с целью значительного повышения геометрического заполнения ометаемой площади ветроколеса и коэффициента использования энергии ветра.
Настоящая техническая сущность достигается тем, что ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем многолопастное ветроколесо с наружной и внутренней обечайками и конусным направителем воздушного потока центральной зоны, основные лопасти ветроколеса в количестве, равном длине наружной обечайки в метрах, выполнены методом вырезания их контуров из плоскости диска по линиям радиусов до внутренней обечайки и по ее окружности с возможностью отгиба в направлении воздушного потока, образуя «полуоткрытые окна», при этом на наружной обечайке дополнительно расположены лопасти в количестве, равном длине наружной обечайки в метрах, с пластинами жесткости, растяжками и ребрами жесткости.
На фиг. 1 дан вид ветродвигателя сзади;
На фиг. 2 показан разрез по А-А;
На фиг. 3 дана часть развертки окружного сечения по блокирующему кольцу;
На фиг. 4 дана развертка части наружной обечайки ветроколеса с лопастями, расположенными на ней.
Ветродвигатель состоит (фиг. 1, 2) из многолопастного дискового ветроколеса 1 с наружной обечайкой 7 и внутренней 8, закрепленного на горизонтальном валу 2 с помощью ступицы 3, фланца 4 и болтового соединения 6, а также конусного направителя 14 воздушного потока центральной зоны. Лопасти 5 дискового ветроколеса выполнены методом вырезания их контуров из плоскости диска по линиям радиусов до внутренней обечайки 8 и по ее окружности (по или против часовой стрелки) до линий отгиба 11 с последующим отгибом лопастей 5 в направлении воздушного потока (ветра) с возрастающим углом атаки (фиг. 3) в виде «полуоткрытого окна» 12, в количестве, равном длине наружной обечайки 7 в метрах. Ребра жесткости 9 (фиг. 3) повышают прочность ветроколеса. Лопасти 5 связаны блокирующим кольцом 10, расположенным на расстоянии трети длины лопастей от наружной обечайки 7.
На наружной обечайке 7 равномерно расположены лопасти 13 в количестве, равном длине обечайки 7 в метрах, с ребрами жесткости 15 и растяжками 17 (фиг. 3). Пластины жесткости 16 лопастей 13 (фиг. 4) выполнены с возрастающим углом атаки воздушному потоку для увеличения крутящего момента на валу 2 ветродвигателя (фиг. 1, 2).
Устройство работает следующим образом. Воздушный поток, набегающий к ветродвигателю, условно можно разделить на три зоны воздействия по отношению к оси вращения ветроколеса: центральную, среднюю и периферийную. Воздушный поток центральной зоны конусным направителем 14 отбрасывается в среднюю зону, где совместно с воздушным потоком средней зоны с увеличенной скоростью через окна 12 воздействует на лопасти 5 дискового ветроколеса.
Воздушный поток периферийной зоны наиболее эффективно воздействует на лопасти 13 с пластинами жесткости 16 на наружной обечайке, где радиус (плечо силы) для создания крутящего момента на валу ветродвигателя и суммарная рабочая площадь лопастей в этой зоне наибольшие (по правилу рычага Архимеда).
Конструкция дискового ветроколеса с большим геометрическим заполнением ометаемой площади позволяет значительно повысить скорость прохождения воздушного потока к основным лопастям 5 и воздушного потока к лопастям 13 в периферийной зоне за счет повышенного давления воздуха в средней зоне.