ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ЭКРАНА
WIND MOTOR ON BASIS OF AERODYNAMIC SHIELD

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям с направляющими устройствами для воздушного потока, и может быть использовано для автономного энергоснабжения при малоэтажном и коттеджном домостроении, а также для частичного энергоснабжения многоэтажных домов при размещении ветроустановок на крыше здания.
Известен ветродвигатель, содержащий вытяжную башню с нижним кольцевым воздухозаборником. Воздухозаборник снабжен вертикальными пластинами, образующими вертикальные каналы и при помощи которых закреплено кольцо серповидного профиля, направляющее воздушный поток на турбину, установленную на вертикальном валу генератора (см. а.с. SU, №1765492, МКИ-5 F03D 3/04).
Недостатками известного технического решения являются: сложность конструкции вытяжной башни с воздухозаборником и невозможность выработки электроэнергии при слабых ветрах и при ураганах из-за трудности подъема холодных воздушных масс вверх по башне.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является ветродвигатель, содержащий вытяжную башню-трубу с нижним воздухозаборником, снабженным направляющим кольцом, осевую воздушную турбину, установленную на вертикальном валу генератора (см., патент RU, №2118704, МПК-6 F03D 3/04).
Недостатками известного устройства являются: сложность конструкции, несколько снижена эффективность работы, так как крутящий момент воздушной турбины создается половиной лопастей.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение коэффициента использования энергии ветра, за счет создания одинаковых условий аэродинамического воздействия на все лопасти вентилятора и упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что в ветродвигателе, содержащем воздухозаборник с нижним забором воздуха, снабженный направляющим кольцом, осевой многолопастной вентилятор, установленный на вертикальном валу электрогенератора, воздухозаборник дополнительно содержит направляющую решетку, выполненную из пластин, расположенных перпендикулярно друг к другу, а его направляющее кольцо выполнено в виде конусного крыла подъема и расположено по краю решетки, при этом электрогенератор установлен на основании, снабженном амортизаторами, закрепленными на фундаменте и центральной опорной осью, размещенной в сферическом подшипнике, закрепленном в корпусе, установленном на фундаменте.
Выполнение воздухозаборника с направляющей решеткой, выполненной из пластин, расположенных перпендикулярно друг к другу с образованием каналов для прохода воздуха и с направляющим кольцом в виде конусного крыла подъема, размещенным по краю решетки, позволяет получить воздушную подушку, образуемую набегающим потоком воздуха, и создать повышенное давление между конусным крылом подъема и землей (экраном), то есть применить экранный эффект, позволяющий использовать все составляющие полного аэродинамического сопротивления: лобовое сопротивление, подъемную силу, индуктивное сопротивление, что значительно повышает коэффициент использования энергии ветра. Кроме того, существенное повышение давления между экраном и крылом подъема с решеткой позволяет применить высоконапорный многолопастной вентилятор, эффективно работающий на малой скорости ветра, и уменьшить диаметр колеса при сохранении мощности.
Размещение воздухозаборника на оси электрогенератора, а электрогенератора на основании, снабженном амортизаторами и опорной осью, размещенной в сферическом подшипнике, позволяет, изменяя положение воздухозаборника, изменить угол атаки α и высоту крыла, равномерно распределить давление и создать одинаковые условия аэродинамического воздействия на все лопасти вентилятора, что повышает коэффициент использования энергии ветра.
На фигуре 1 изображен общий вид устройства.
На фигуре 2 изображен вид по стрелке А на фиг.1.
Ветродвигатель содержит воздухозаборник 1 с нижним забором воздуха, содержащий направляющую решетку, по краю которой жестко закреплено направляющее кольцо 2, выполненное в виде конусного крыла подъема, обеспечивающее направление угла атаки α всегда навстречу воздушному потоку. Направляющая решетка, генерирующая подъемную силу, выполнена из пластин 3 и перпендикулярно им расположенных пластин 4. В центре воздухозаборника 1 на вертикальном валу электрогенератора 5 установлен осевой многолопастной вентилятор 6. Электрогенератор 5 закреплен на основании 7, снабженном амортизаторами 8, закрепленными на фундаменте. Основание 7 жестко соединено с опорной осью 9, установленной в сферическом подшипнике 10, закрепленном в корпусе 11, установленном на фундаменте. Подшипник 10 обеспечивает свободное изменение наклона установки, а амортизаторы 8 - плавное изменение наклона и устойчивое рабочие положение установки. Для защиты механизмов от атмосферных осадков ветродвигатель содержит диск защитный 12 в форме перевернутого крыла, установленный над воздухозаборником на опорах, изготовленных, например, из труб. Установка диска защитного 12 создает дополнительное разрежение над вентилятором, ускоряя воздушный поток. Применение опорной оси 9, установленной в сферическом подшипнике 10, позволяет менять угол атаки α и позволяет создать противоштормовую следящую систему.
Ветродвигатель работает следующим образом.
Потоки воздуха, соприкасаясь с конусным крылом подъема направляющего кольца 2 воздухозаборника 1, попадают в каналы, образованные пластинами 3 и 4 его направляющей решетки. Конусное крыло подъема обеспечивает направление угла атаки α всегда навстречу воздушному потоку. По каналам направляющей решетки струи воздуха воздействуют на лопасти вентилятора 6 и вращают его, одновременно вращая ротор электрогенератора 5, на валу которого закреплен вентилятор 6. Сферический подшипник, в котором установлена опорная ось и амортизаторы основания, обеспечивают свободное и плавное изменение наклона установки и устойчивое рабочее положение.
Ветродвигатель простой по конструкции, с малым весом и габаритами, использующий низкооборотный вентилятор и позволяющий в паре с ним использовать прогрессивный тихоходный электрогенератор на постоянных магнитах без редуктора, найдет применение в строительстве для автономного энергоснабжения при малоэтажном домостроении, а также для частичного энергоснабжения многоэтажных домов при размещении его на крыше зданий.