РОТОРНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ
ROTOR-TYPE WINDMILL

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для привода электрических или тепловых генераторов.
Известен роторный ветродвигатель с вертикальным валом вращения, содержащий ротор с лопастями, выполненными в виде полого цилиндра, закрепленные на валу, имеющий верхний и нижний подшипники, закрепленные в подшипниковых корпусах опорной формы (патент РФ 2263815).
Известный роторный ветродвигатель металлоемок, для его пуска требуется сила ветра более 5 м/с, из-за противодействующего момента, КПД использования энергии ветра низкий.
Известен роторный ветродвигатель, содержащий ротор Савониуса, опору, установленный на ней направляющий аппарат в виде флюгера и экранирующую обечайку, при этом аппарат снабжен поворотным подпружинным дуговым щитом (а.с. 1467248, СССР).
Известный роторный ветродвигатель имеет сложную конструкцию, металлоемок, надежность в эксплуатации низкая, необходимы значительный пусковой момент и сила ветра.
Известен ротор типа Савониуса, содержащий две лопасти, состоящие из цилиндрической части с передней кромкой в виде крыльевого профиля и плоской пластины с разменным на свободном ее конце гидродинамического профиля сегментного типа со спинкой в сторону центра вращения ротора (патент РФ 2182258).
Известный ротор имеет пульсирующий характер вращения, для его работы необходим значительный пусковой момент и сила ветра.
Технический результат заключается в повышении надежности работы путем равномерного вращения ротора, снижения пускового момента за счет снижения противодействующего момента, и все это обеспечивается за счет того, что роторный ветродвигатель, содержащий вертикальный вал, к которому жестко прикреплены верхний и нижний диски с размещенными между ними двумя цилиндрическими лопастями ротора типа Савониуса, выполненными в виде цилиндрической части, крыльевого профиля на передней кромке лопасти, пластины и профиля сегментного типа на конце пластины, согласно изобретению снабжен двумя роторными лопастями. Перпендикулярно пластине лопасти ротора типа Савониуса, у профиля сегментного типа на ней, с противоположной стороны под углом 90° прикреплена пластина роторной лопасти, имеющая снаружи цилиндрическую часть, вогнутая навстречу ветровому потоку. На ней размещены по высоте окна, контактирующие через шарниры с вогнутыми створками, а на пластине, по ее высоте, размещены окна, через шарниры контактирующие со створками. На пластинах лопастей типа Савониуса, также по их высоте, размещены окна, через шарниры контактирующие со створками, отгибающимися в сторону профилей сегментного типа.
На фиг.1 схематически изображен роторный ветродвигатель, общий вид, без лопастей ротора типа Савониуса; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, повернутое на 45°, на фиг.3 - окно и створка роторной лопасти, в аксонометрии; на фиг.4 - окно и створка в пластине роторной лопасти, в аксонометрии; на фиг.5 - окно и створка в пластине ротора типа Савониуса, в аксонометрии.
Роторный ветродвигатель содержит вертикальный вал 1, к которому жестко горизонтально прикреплены верхний 2 и нижний 3 диски с размещенными между ними двумя цилиндрическими лопастями 4 ротора типа Савониуса, состоящие из цилиндрической части 5 и пластины 6, крыльевого профиля 7 на передней кромке лопасти 4 и профиля сегментного типа 8 на свободном конце пластины 6. Перпендикулярно пластине 6, у профиля сегментного типа 8, с противоположной его стороны под углом 90°, прикреплена пластина 9 роторной лопасти 10, имеющая снаружи цилиндрическую часть, вогнутая навстречу ветровому потоку, окна 11, размещенные по высоте лопасти 10, контактируют через шарнир 12 с вогнутой створкой 13, окна 14, размещенные по высоте пластины 9, через шарнир 15 контактируют со створкой 16, а окна 17, размещенные по высоте пластины 6, например 4-5 шт., через шарнир 18 контактируют со створкой 19, отгибающейся в сторону профиля сегментного типа 8.
Вал 1 установлен в верхнем 20 и нижнем 21 подшипниках, имеет в нижней части полумуфту 22 для отбора мощности роторного ветродвигателя. Створки 13, 16 и 19 имеют ширину на 2-3 мм с обеих сторон больше ширины окон, для полного закрытия их и исключения западания.
Роторный ветродвигатель работает следующим образом.
При наличии ветра лопасть 10 ветродвигателя воспринимает 2/3 нагрузки при закрытых створками 13 и 16 окнах 10 и 9. Створки 19 окон 17 лопасти 4 откроются и сбросят 1/3 части ветрового потока и тем самым снизится противодействующий момент и ротор тронется (см. фиг.2). При подходе лопасти 4 под ветровой поток створки 19 закроют окна 17 в ней, а створки 13 и 16 в лопасти 10 откроются и пропустят через окна 11 и 14 часть ветрового потока справа, и поэтому лопасть 4 повернет ротор по часовой стрелке. При подходе следующих лопастей 10 и 4 цикл повторится и ротор начнет плавное вращение. Вал 1 через полумуфту 22 начнет вращать электрогенератор. Можно учесть, что при прохождении потока между пластинами 6 на спинках профилей 8 возникает разряжение, т.е. появляются подъемные силы, которые создадут дополнительные крутящие моменты. Наличие в ветродвигателе лопастей 10 увеличивает коэффициент использования ветра, а окна со створками в лопастях 10 и 4 снизят противодействующий вращению момент и тем самым увеличат на 35-50% мощность ветродвигателя в целом. Необходимо нагнетающие профиль 7 и цилиндрическую часть лопастей 4 и 10 выполнить с искусственной шероховатостью.
Следует ожидать, что плавность вращения и коэффициент использования энергии потока ветра предлагаемого устройства будут выше, чем у прототипа, примерно на 30-50%. Устройство промышленно применимо, простое в изготовлении и эксплуатации, возможно его использование для привода электрических и тепловых генераторов в фермерских хозяйствах, коттеджах, дачных домиках и др.