ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям. Известны ветродвигатели с вертикальной осью вращения. Достоинством их является размещение генератора и оборудования внизу у земли. Это значительно облегчает их ремонт и обслуживание. Однако, наиболее распространенные типы этих ветродвигателей (ротор Савониуса и ротор Даррье, журнал "Наука и жизнь" №3, 2004 г., стр.6-13) имеют существенные недостатки, которые не компенсируются их достоинствами: профилированные лопасти сложной формы достаточно дороги в изготовлении, а коэффициент использования ветра в 2,0-2,5 раза меньше, чем у лучших современных крыльчатых ветродвигателей традиционной пропеллерной схемы с горизонтальной осью вращения.
Известен очень простой по конструкции ветродвигатель с ветроколесом карусельного типа (наподобие пароходного гребного колеса с плицами-пластинами) и вертикальной осью вращения. Половину ветроколеса закрывает кожух, изогнутый в форме полуцилиндра с верхней и нижней крышками и хвостовой частью - флюгером (журнал "Огонек" №4, 2001 г., стр.26-28, см. также 7 на фиг.1).
Главным недостатком этого ветродвигателя, принятого в качестве прототипа, является его низкая эффективность: коэффициент использования энергии ветра у него в 4 раза меньше, чем у современных ветродвигателей традиционной схемы.
Указанный недостаток является следствием аэродинамического несовершенства конструкции ветродвигателя: его лопасти и кожух обтекаются с отрывом потока.
Задача, которую решает предложенная полезная модель заключается в том, чтобы повысить эффективность ветродвигателя путем улучшения его аэродинамических характеристик, то есть обеспечить высокие значения коэффициента использования энергии ветра при незначительном усложнении конструкции и, в
конечном счете, снизить удельную стоимость ветродвигателя (цену киловатта мощности).
Технические результаты достигаются тем, что с целью устранения отрыва потока, два ветроколеса карусельного типа с вертикальными осями вращения установлены рядом друг с другом в одной горизонтальной плоскости симметрично относительно вертикальной плоскости, параллельной направлению ветра, причем наружные части ветроколес размещены в нишах боковых обтекателей (кожухов), имеющих форму несимметричного аэродинамического профиля, а внутренние части ветроколес - в канале, образованном боковыми обтекателями и верхней и нижней плоскими крышками. Вращение двух ветроколес происходит в противоположные стороны так, чтобы лопатки сходились в плоскости симметрии. Ветродвигатель для разворота на ветер имеет вертикальную ось вращения, расположенную в его носовой части.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого ветродвигателя (сплошные линии). Здесь же штрих-двойными пунктирными линиями показан прототип. Светлыми кружочками даны оси вращения ветроколес, черный кружочек - ось вращения ветродвигателя при развороте на ветер, Н - высота ветродвигателя, D - диаметр ветроколеса.
Ветродвигатель содержит два ветроколеса 1 с лопастями-пластинами 2. Ветроколеса расположены в горизонтальной плоскости симметрично относительно вертикальной плоскости, параллельной направлению ветра, и имеют вертикальные оси вращения. Внутренние (активные) лопасти размещены в канале, образованном боковыми обтекателями 3, верхней и нижней крышками 4 и 5. Наружные (пассивные) лопасти находятся в нишах боковых обтекателей 3. Обтекатели выполнены в форме несимметричного аэродинамического профиля выпуклыми поверхностями вовнутрь. В нижней части ветродвигателя на осях ветроколес установлены электрогенераторы 6. Вертикальная ось разворота ветродвигателя на ветер выполнена в его носовой части и проходит через плоскость симметрии.
Обоснование геометрических параметров и соотношений заключается в следующем:
1. Очевидно, что чем больше лопастей, тем более плавно работает ветродвигатель. Поэтому количество лопастей ограничено только возможностями конструкции.
2. Ось вращения для разворота ветродвигателя на ветер должна быть расположена впереди точки Б приложения боковой силы R, которая находится примерно на середине длины обтекателя. В этом случае ветродвигатель сам разворачивается на ветер по принципу флюгера.
3. Отрицательное влияние перетекания потока через верхнюю и нижнюю крышки тем меньше, чем больше относительная высота ветродвигателя H/2D. Поэтому высота Н ветродвигателя ограничена только конструктивными, главным образом, прочностными соображениями.
Ветродвигатель работает следующим образом:
набегающий воздушный поток (ветер) втекает в канал, образованный обтекателями 3, разгоняется и, попадая на активные лопасти, создает крутящий момент на вертикальной оси ветроколес ветродвигателя, который вращает вал генератора 6. При этом остальные (пассивные в данный момент) лопасти вращаются внутри обтекателей 3 и имеют небольшое аэродинамическое сопротивление. При боковом ветре появляется боковая сила R, которая разворачивает ветродвигатель на ветер по принципу флюгера.
Предварительные оценки показывают, что усложнение конструкции предложенного ветродвигателя увеличит его стоимость примерно в 2 раза по сравнению с прототипом, а коэффициент использования энергии ветра и, соответственно, мощность ветродвигателя возрастет в 3-4 раза. Поэтому стоимость одного кВт мощности предлагаемого ветродвигателя будет на 30-50% меньше, чем у прототипа.