Ветродвигатель
WINDMILL

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям, и может быть использовано для строительства ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения ветроколеса, расположенного по потоку ветра.
Известен ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем ветроколесо (Ветроэнергетика. М.: Энергоиздат, 1982, с. 26, рис. 1.3, А-8). 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 уменьшение диаметров ветродвигателей и повышение эффективности работы многолопастных ветроколес за счет лучшего использования силы ветра в центральной, средней и периферийной зонах.
Настоящая техническая сущность достигается тем, что ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем многолопастное ветроколесо с внутренней и наружной обечайками, между которыми расположены основные лопасти первого уровня, диаметр наружной обечайки в метрах равен количеству основных лопастей, основные плоские лопасти содержат пластины жесткости и соединены со стойками жесткости ветроколеса посредством шарниров для изменения угла атаки воздушному потоку в зависимости от скорости ветра, начальное положение основных лопастей обеспечивается пружинами растяжения и пневматическими амортизаторами, а концы лопастей связаны блокирующим тросом с помощью зажимов.
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 и обеспечить безопасность при работе.
На фиг. 1 дан вид на ветродвигатель спереди при малых скоростях ветра.
На фиг. 2 показан разрез по А-А.
На фиг. 3 и 4 дана развертка части наружной обечайки с шарнирными лопастями первого уровня (начальное и конечное положения лопастей).
Наружная обечайка принята условно прозрачной; на фиг. 5 и 6 дана развертка части наружной обечайки с шарнирными лопастями второго уровня (начальное и конечное положения лопастей);
На фиг. 7 дана развертка плоской лопасти первого уровня.
На фиг. 8 показан вид сверху на лопасть первого уровня.
Ветродвигатель (фиг. 1) состоит из многолопастного ветроколеса 1, насаженного на горизонтальный вал (фиг. 2). Между внутренней обечайкой 4 ступицы 3 ветроколеса и наружной обечайкой 7 расположены плоские лопасти 5 первого уровня (фиг. 8), шарнирно связанные со стойками жесткости 13 (фиг. 2) для изменения угла атаки воздушному потоку (фиг. 3, 4). На ступице 3 ветроколеса 1 закреплен конусный направитель 6 воздушного потока центральной зоны. Для повышения прочности лопастей 5 ветроколеса 1 (особенно при больших диаметрах) на их рабочих поверхностях закреплены (через каждый метр) пластины жесткости 14 (фиг. 2, 7) с возрастающим углом атаки воздушному потоку, что повышает степень взаимодействия воздушного потока с лопастями 5 ветроколеса и коэффициент использования энергии ветра.
На наружной обечайке 7 ветроколеса 1 равномерно расположены плоские лопасти 8 второго уровня в количестве, равном длине обечайки 7 в метрах. Лопасть 8 шарниром 9 связана с ребром жесткости 10, что обеспечивает изменение угла атаки воздушному потоку в зависимости от скорости ветра (фиг. 5, 6). Для снижения вибрации лопасти 8 связаны между собой шарнирными планками 11, обеспечивая их совместную работу. Начальное положение лопастей 8 при малых скоростях ветра фиксируется пружинами 12 и штыревыми ограничителями хода ребер жесткости 10 (фиг. 5).
Устройство работает следующим образом. Набегающий воздушный поток, огибая ветроэнергетическую установку, направляется к ветродвигателю. Воздушный поток центральной зоны конусным направителем 6 с увеличенной скоростью отбрасывается в среднюю зону на рабочие лопасти 5 с пластинами жесткости 14 первого уровня, совместно с воздушным потоком средней зоны обеспечивает повышенное давление воздуха на лопасти 5 при расчетных безопасных скоростях ветра (фиг. 3).
При значительном увеличении скорости ветра лопасти 5, преодолевая сопротивление пружин 15, отклоняются в направлении уменьшения угла атаки воздушному потоку (фиг. 4). Пневматические амортизаторы 16 снижают вибрацию ветроколеса совместно с блокирующим тросом 17 с зажимами 18 (фиг. 2). При опасных расчетных скоростях ветра шарнирные лопасти 5 первого и второго 8 уровней ветроколеса переходят во флюгерное положение (фиг. 4, 6), выводя ветродвигатель в безопасное состояние.