Ветродвигатель
WIND TURBINE

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям, и может быть использовано для строительства ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения ветроколеса и набегающим воздушным потоком.
Известен ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем многолопастное ветроколесо (Ветроэнергетика. М.: Энергоиздат, 1982, С. 26, рис. 1.3, А-4). 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 уменьшение диаметра ветродвигателя за счет увеличения количества и площади лопастей с целью значительного повышения геометрического заполнения ометаемой площади ветроколеса и коэффициента использования энергии ветра.
Настоящая техническая сущность достигается тем, что ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, закрепленное на нем двухуровневое много лопастное дисковое ветроколесо с наружной и внутренней обечайками и конусным направителем воздушного потока центральной зоны, лопасти первого уровня получены методом разреза плоскости диска на секторы по линиям радиусов от наружной до внутренней обечаек в количестве, равном длине наружной обечайки в метрах, а плоские шарнирные лопасти второго уровня, расположенные на наружной обечайке, выполнены с возможностью изменения угла атаки воздушному потоку.
Приведенные конструктивные изменения ветродвигателя с набегающим воздушным потоком по сравнению с существующими позволяют при прочих равных условиях значительно повысить геометрическое заполнение ометаемой площади дискового ветроколеса и коэффициент использования энергии ветра.
На фиг. 1 дан виц ветродвигателя спереди (конусный направитель воздушного потока центральной зоны условно не показан);
На фиг. 2 показан разрез по А-А;
На фиг. 3 и 4 даны развертки части наружной обечайки ветроколеса с шарнирными лопастями второго уровня (начальное и конечное положения лопастей);
На фиг. 5 дана часть развертки наружной обечайки с лопастями первого уровня (обечайка условно принята прозрачной).
Ветродвигатель состоит (фиг. 1, 2) из многолопастного дискового ветроколеса 1 с наружной 7 и внутренней 13 обечайками и конусным съемным направителем 15 воздушного потока центральной зоны, закрепленного на горизонтальном валу 2 с помощью ступицы 3 и фланца 4 болтовым соединением 6. Плоские лопасти 5 первого уровня выполнены методом разреза плоскости диска на секторы от наружной 7 до внутренней 13 обечаек в количестве, равном длине наружной обечайки 7 в метрах, с последующим поворотом плоскости каждого сектора на угол атаки воздушному потоку в зависимости от направления вращения ветроколеса (фиг. 5), придавая сектору функцию лопасти для создания крутящего момента на валу 2 ветродвигателя.
На наружной обечайке 7 дискового ветроколеса равномерно расположены плоские лопасти 8 второго уровня в количестве, равном длине обечайки 7 в метрах (фиг. 3, 4). Лопасть 8 связана с ребром жесткости 10 посредством шарнира 9, что обеспечивает изменение угла атаки воздушному потоку в зависимости от скорости ветра. 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. 3), а конечное положение при высоких скоростях ветра лопасти 8 принимают параллельное воздушному потоку (фиг. 4).
Устройство работает следующим образом. Набегающий воздушный поток к ветродвигателю условно разделяется на три зоны воздействия: центральную, среднюю и периферийную. Воздушный поток центральной зоны конусным направителем 15 отбрасывается в среднюю зону на лопасти 5, увеличивая давление совместно с воздушным потоком средней зоны.
Воздушный поток периферийной зоны наиболее эффективно воздействует на плоские шарнирные лопасти 8 второго уровня, где радиус (плечо силы) для создания крутящего момента на валу 2 ветродвигателя и суммарная рабочая площадь лопастей в этой зоне наибольшие (по правилу рычага Архимеда). Шарнирное соединение лопастей 8 с ребрами жесткости 10 обеспечивает изменение угла атаки воздушному потоку от максимального при малых скоростях ветра (фиг. 3) до минимального при высоких скоростях ветра (фиг. 4). При этом значительно снижается ветровая нагрузка на ветроколесо, предотвращая аварийные ситуации ветродвигателя.