ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВАЯ ВЕТРОТУРБИНА
VERTICAL-AXIAL WIND TURBINE

Изобретение относится к энергетике, в частности к возобновляемым источникам энергии - ветровым установкам с вертикальной осью вращения, и предназначено для локального получения энергии.
Известна «Ветровая установка Савина для аккумулирования энергии», патент 2258155. Недостатком устройства является низкий КПД вследствие использования только фронтального давления ветра на лопасти.
Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего с высоким КПД производить забор локальной ветровой энергии.
Технический эффект изобретения достигается путем создания устройства, в котором за счет направляющих поверхностей создается ветровой туннельный эффект, повышающий давление ветра на лопасти, за счет чего увеличивается мощность, КПД устройства.
Признаками изобретения является то, что локальная вертикально-осевая ветротурбина содержит вертикальную цилиндрическую опорную башню, вал внутри башни с генератором внизу вала, ветроротор с базой для лопастей и системой лопастей, закрепленный на верху вала, оперенное полупокрытие ветроротора с игольчатым подшипником на башне соосно с валом и с возможностью ориентации по ветру оперением в горизонтальной плоскости, противовесы оперения и полупокрытия, держатели противовеса полупокрытия, находящиеся сверху и снизу тела вращения ветроротора. Держатели противовеса полупокрытия специально профилированы, причем ближние к ветроротору линии кромок держателей противовеса согласованы с линиями кромок лопастей ветроротора. То же самое касается концов лопастей и внутренней поверхности противовеса полупокрытия. Генератор может быть расположен внутри базы для лопастей.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид устройства сбоку, на фиг. 2 - вид устройства сверху, на фиг. 3 - вид устройства с фронта, на фиг. 4 - принцип работы ветрового туннельного эффекта в предлагаемом устройстве.
Предлагаемое устройство (фиг. 1, 2, 3) состоит из ветроротора с базой 1 для лопастей и лопастями 2, полупокрытия 3 нерабочей стороны ветроротора, специально профилированных держателей 4 для противовеса 5 полупокрытия сверху и снизу ветроротора, оперения 6 с соответствующим противовесом 7. Кромки 8 задней стороны держателей 4 изогнуты соответственно изгибу кромок лопасти 2 (см. фиг. 2, 3). Полупокрытие 3 с противовесом 5 (и держателями 4) ориентировано на башенке 9 в горизонтальной плоскости оперением 6 на игольчатом подшипнике 10.
Работает устройство следующим образом. Открытая часть устройства за счет оперения 6 постоянно ориентирована по направлению ветра и обеспечивает доступ воздушного потока к лопастям 2 между держателями 4. В силу вступает ветровой туннельный эффект (фиг. 4), т.е. за счет сжатия ветрового потока между профилированными держателями 4 происходит увеличение скорости потока, и давление на лопасть увеличивается (см. фиг. 2, фиг. 4, сечение А-А). Более высокому давлению на лопасть 2 у задних кромок 8 держателей способствует соответствие линий задних кромок 8 держателей изгибу линий кромок лопасти 2, минимизируется потеря давления на лопасть в момент прохождения ее мимо задних кромок держателей. Давление ветра периодически воздействует на каждую из лопастей ветроротора, он раскручивается. Генератор на валу с ветроротором вырабатывает э/энергию.
По сравнению с существующими вертикально-осевыми ветротурбинами, предлагаемое устройство имеет преимущества. К примеру, ветротурбины Савониуса и Дарье обдуваются одинаково с обеих сторон оси и разность сил между плечами - только за счет профилирования, она небольшая, эти ветротурбины практического применения не нашли. В предлагаемом же устройстве нерабочая сторона скрыта полу покрытием. При раскручивании Савониус и Дарье подвержены шуму и вибрациям, т.к. имеют неустойчивое цилиндрическое тело вращения. Здесь же тело вращения ветроротора имеет дискообразную форму, при раскручивании проявляется эффект гироскопа, или  автостабилизация вращения в горизонтальной плоскости. Кроме того, только это изобретение позволяет организовать использование ветрового туннельного эффекта в вертикально-осевых ветротурбинах.
С появлением новых низкооборотных бесщеточных генераторов на редкоземельных элементах, с большим весом и поперечным сечением, использование вертикально-осевых ветротурбин становится наиболее актуальным. На фиг. 5 (полупокрытие и держатели противовеса отсутствуют), и на фиг. 6 показано ее подключение с боковым креплением, к примеру, к мачте антенны связи. На фиг. 7 - для индивидуального хозяйства.
Фиг. 5, 6, 7: 1 - база для лопастей; 2 - лопасти; 3 - полупокрытие с держателями противовеса; 9 - башня; 10 - игольчатый подшипник; 11 - генератор; 12 - вал к генератору; 13 - подшипники; 14 - опора ветротурбины; 15 - упор для полупокрытия с держателями противовеса; 16 - упор для ветроротора.