ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ С ВЕТРОКОЛЕСОМ КРЫЛЬЧАТОГО ТИПА
WINDMILL WITH WING-LIKE WINDWHEEL

Известны ветродвигатели, имеющие крыльчатые ветроколеса, ось которых расположена горизонтально, а ветроколесо вращается в вертикальной плоскости, причем с помощью дополнительных устройств ветроколесо во все время своей работы обращено навстречу ветру [См. Я.И.Шефтер. Использование энергии ветра. М.:Энергия, 1975 г. Стр.59-128]. Вследствие давления ветра на крылья ветроколесу придается вращательное движение, которое в дальнейшем преобразуется в другие виды механической энергии, а также в тепловую или электрическую энергии.
Недостатками известных устройств с крыльчатыми ветроколесами и с горизонтально расположенными осями являются следующие:
- консольное положение крыльев ветроколеса, вызывающее необходимость изготавливать их многократно более прочными, в том числе способными противостоять шквальным и ураганным ветрам, а следовательно, и многократно более тяжелыми, чем это необходимо для их работы в расчетном режиме;
- необходимость устанавливать ось вращения ветроколеса на значительной высоте от поверхности земли, тем большей, чем выше мощность ветроколеса, которая пропорциональна квадрату его диаметра, что ведет к соответствующему росту опрокидывающего момента, приложенного к стойке или башне, на вершине которых размещаются ветроколесо и органы управления им, причем опять-таки стойки или башни должны выдерживать ураганные и шквальные ветры;
- сравнительно ограниченный диапазон скоростей ветра, при которых может работать ветродвигатель: преимущественно не менее 3 м/с и не более 40 м/с. При скорости ветра 3 м/с и менее ветроколесо просто не может начать вращаться, при скорости, большей максимально допустимой, оно автоматически или с помощью приводимого в действие вручную механизма останавливается во избежание поломки;
- невозможность или нецелесообразность постройки ветродвигателей большой единичной мощности (например, 1000 кВт и более с ветроколесом диаметром 40 м и более);
- необходимость применения сложной системы регулирования скорости вращения ветроколеса, углов поворота крыльев и т.д.
Предлагаемое изобретением устройство имеет следующие отличия от известных:
- ось ветроколеса расположена вертикально;
- наружные концы его крыльев жестко связаны между собой и закреплены каждый в опорной точке, размещаемой в кольцевой опоре, не дающей крыльям ветроколеса перемещаться вверх или вниз от своего нейтрального положения;
- при необходимости, крылья ветроколеса могут иметь одну или более промежуточных (по их длине) жестких связей между соответствующими опорными и необходимое количество кольцевых опор;
- подвод потока воздуха к ветроколесу производится с помощью конфузора и направляющего аппарата и регулируется с помощью жалюзи, установленных в сечении направляющего аппарата, имеющих возможность, при необходимости, перекрывать в той или иной степени проходное сечение этого аппарата;
- ветродвигатель совместно с конфузором и направляющим аппаратом имеет возможность поворачиваться вокруг вертикальной оси, необязательно совпадающей с осью ветроколеса, чтобы конфузор своим входным раструбом был максимально обращен навстречу ветру;
- ветродвигатель имеет опорные колеса, катающиеся по дорожке в форме дуги окружности с центром, расположенным на оси вращения ветродвигателя. Предлагаемое изобретением устройство устраняет отмеченные выше недостатки известных ветродвигателей с крыльчатыми ветроколесами с горизонтально расположенными осями полностью или в значительной степени:
- устранено консольное положение крыльев ветроколеса, поскольку введено опирание их концов, а при необходимости и промежуточных участков на подвижные опорные точки;
- ветродвигатель в высоту стал меньше, по крайней мере, на половину диаметра ветроколеса, даже если предположить, что ось ветроколеса осталась на той же высоте, что и у колес с горизонтальной осью, а она может располагаться и значительно ниже;
- сила, с которой воздушный поток действует на ветроколесо, направлена не горизонтально, а вертикально, т.е. создает не изгибающий момент, а растягивающую силу, приложенную к опорам и несущим стойкам ветродвигателя, чему материал конструкций сопротивляется во много раз эффективнее;
- расширен диапазон скоростей ветра, при которых ветродвигатель может работать, ввиду более благоприятного с точки зрения прочности способа опирания крыльев ветроколеса, а также благодаря концентрирующему воздушный поток конфузору, что позволяет использовать скорости ветра, например, до 0,5 м/с, а благодаря возможности уменьшать в необходимой степени проходное сечение направляющего аппарата с помощью жалюзи ветроколесо может работать в максимально допустимом режиме при любых скоростях ветра, в том числе и ураганных;
- становится возможным повышение единичной мощности ветродвигателя, например, до 50000 кВт при диаметре ветроколеса до 300 м и соответствующем расположении опорных точек на концах и на промежуточных участках крыльев ветроколеса;
- крылья ветроколеса при изготовлении последнего устанавливаются под наиболее выгодным углом поворота в поперечных сечениях, а вся регулировка скорости и живого сечения воздушного потока производится с помощью жалюзи, что много проще.
Схематически устройство ветродвигателя, предлагаемого изобретением, представлено на Фиг.1 и Фиг.2.
На Фиг.1 изображен вид сбоку ветродвигателя. Здесь:
1 - ветроколесо с вертикальной осью вращения, концевыми и промежуточными опорными точками его крыльев; 2 - кольцевая опора концов крыльев ветроколеса; 3 - промежуточные кольцевые опоры крыльев ветроколеса (изображена только одна); 4 - направляющий аппарат; 5 - жалюзи; 6 - конфузор; 7 - опорные колеса ветродвигателя; 8 - дорожка катания колес; 9 - ось вращения ветродвигателя.
На Фиг.2 изображен вид сверху ветродвигателя.
Здесь: 10 - жесткая связь между концевыми опорными точками крыльев; 11 - жесткая связь между промежуточными опорными точками крыльев. Остальные цифровые обозначения не приведены ввиду легко устанавливаемого соответствия между отдельными элементами ветродвигателя на обеих фигурах.
Стрелками показано направление ветра и потока воздуха в ветродвигателе.