Ветродвигатель
WIND ENGINE

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности, к ветродвигателям, и может быть использовано для строительства ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения и набегающим воздушным потоком.
Известен ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем 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 значительное повышение суммарной площади лопастей ветроколеса в средней и периферийной зонах с целью уменьшения его диаметра и повышения коэффициента использования энергии ветра.
Настоящая техническая сущность достигается тем, что в ветродвигателе содержащем горизонтальный вал, закрепленное на нем ветроколесо с внутренней и наружной обечайками, между которыми расположены основные лопасти первого уровня, диаметр наружной обечайки в метрах равен количеству основных лопастей, основные лопасти содержат стойки жесткости и пластины жесткости с возрастающим углом атаки воздушному потоку. Наружная обечайка ветроколеса дополнительно закреплена тросовыми растяжками в количестве, равном числу лопастей первого уровня. На наружной обечайке расположены лопасти второго уровня в количестве, равном ее длине в метрах, с ребрами жесткости и растяжками.
Приведенные конструктивные изменения ветродвигателя с набегающим воздушным потоком по сравнению с существующими позволяют при прочих равных условиях значительно уменьшить диаметр ветроколеса в расчете на установленную мощность ветроэнергоустановки.
На фиг. 1 дан вид ветродвигателя спереди.
На фиг. 2 показан разрез по А-А.
На фиг. 3 дана развертка части наружной обечайки с лопастями второго уровня.
На фиг. 4 дана развертка лопасти ветроколеса первого уровня.
На фиг. 5 показан вид сверху на лопасть первого уровня.
Ветродвигатель (фиг. 1) состоит из многолопастного ветроколеса 1, насаженного на горизонтальный вал (фиг. 2). Лопасти первого уровня расположены и закреплены между внутренней обечайкой 4 ступицы 3, конусным направителем 6 воздушного потока средней зоны и наружной обечайкой 7 (фиг. 2). Для обеспечения достаточной прочности ветродвигателя (особенно при больших диаметрах ветроколеса) лопасть 5 содержит стойку жесткости 13 в передней части (фиг. 2, 4), а на рабочей поверхности пластины жесткости 14 с возрастающим углом атаки воздушному потоку (через каждый метр), что повышает степень взаимодействия воздушного потока с лопастями 5 ветроколеса и коэффициент использования энергии ветра (фиг. 4, 5).
На наружной обечайке 7 ветроколеса 1 равномерно расположены лопасти 8 второго уровня с ребрами жесткости 10, 12 и растяжками 9 в количестве, равном длине обечайки 7 в метрах (фиг. 3).
Дополнительная прочность ветроколеса 1 достигается растяжками 11 в количестве, равном числу лопастей 5 первого уровня, которые крепятся к наружной обечайке 7 и головке 16, насаженной на тороидальный направитель 15 воздушного потока центральной зоны (фиг. 1, 2).
Устройство работает следующим образом.
Набегающий воздушный поток (ветер) к ветродвигателю условно можно разделить на три зоны воздействия: центральную, среднюю и периферийную по отношению к оси вращения ветроколеса. Воздушный поток центральной зоны с помощью тороидального направителя 15 с увеличенной скоростью отбрасывается на рабочие лопасти 5 первого уровня в средней зоне, где конический направитель 6 дополнительно увеличивает скорость ветра за счет возросшего объема воздуха из центральной и частично средней зоны, повышая давление воздуха на лопасти 5 и пластины жесткости 14.
Воздушный поток периферийной зоны наиболее эффективно воздействует на лопасти 8 второго уровня, где радиус для создания крутящего момента на валу ветродвигателя и суммарная рабочая поверхность лопастей в этой зоне наибольшие (по правилу рычага Архимеда).