ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям с ветроколесами барабанного типа.
Известны конструкции ветродвигателей с горизонтальной осью вращения ориентированной в направлении потока воздуха, как например, с пропеллерным рабочим органом получивших наибольшее применение. (1. Ветроэнергетика / Под. ред. Д. де Реизо: Пер. с англ.; под ред. Я.И. Шефтера. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 272 с.,). Недостатком этих установок является низкий коэффициент использования потока воздуха, определяемого отношением площади сечения цилиндра, описываемого траекторией движения лопастей к площади самих лопастей. Известно также, что часть энергии при вращении лопасти расходуется на смятие воздуха.
Известно устройство «Ветроагрегат» (SU 1564375 A1, опубл. 15.05.90 Бюл. №18), выбран в качестве прототипа, содержащий установленный на радиальных траверсах ветроколеса барабанного типа, снабженные направляющими экранами, флюгеры для ориентации ветроколес с экранами на ветер и электрогенератор с ротором, кинематически связанным с половиной ветроколес, и контрротором - с оставшимися, ветроагрегат содержит центральную поворотную мачту с симметрично направляющим обтекателем, траверсы расположены в одной вертикальной плоскости по обе стороны от мачты и прикреплены к ней, флюгеры закреплены на концах траверс, а каждый из экранов ветроколес размещен относительно последних со стороны, противоположной мачте, поверхностями соседних экранов и обтекателя образованы конфузорные входные каналы, а ветроколеса связанные с ротором и контрротором, установлены соответственно по разные стороны мачты с возможности вращения в разные стороны.
Недостатками устройства являются низкая эффективность использования воздушного потока при парном вертикальном размещении ветроколес. Воздушный поток, на входе между парой крайних ветроколес, воздействует на лопасти наружного ветроколеса и, отражаясь экраном внутреннего ветроколеса, проходит через образованный конфузорный канал. На выходе из конфузорного канала, поток попадает в образованный диффузор продолжая воздействовать на лопасти наружного ветроколеса. При этом поток будет воздействовать и на лопасти внутреннего ветроколеса. Так как внутреннее ветроколесо вращается навстречу потоку, то его вращение будет тормозиться воздушным потоком, что и снижает эффективность работы ветроагрегата. Снижение эффективности работы ветроагргегата обусловлено также принятой формой поверхности лопасти, при которой нормальная составляющая силы давления потока на входе будет иметь малое плечо и не создаст должного момента вращения, и угол эффективного воздействия воздушного потока на ветроколесо уменьшается.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устройство более эффективно использующие энергию ветра за счет увеличения площади подверженной воздействию воздушного потока при обеспечении за счет увеличенной площади направленного, только нужного воздействия воздушного потока при одновременном увеличении прилагаемой силы, а также за счет увеличения вероятности расположения, какой-либо поверхности лопасти по нормали к воздушному потоку.
Технический результат достигается тем, что устройство «Ветродвигатель» содержит установленную с возможностью поворота на вертикальной оси раму, ветроколеса барабанного типа и кинематически с ними связанный электрогенератор на раме закреплен экран с флюгерной частью, отличающийся тем, что ветроколеса установлены на горизонтальной оси рамы и симметрично электрогенератору, лопасти ветроколес размещены асимметрично относительно друг друга в радиальной плоскости, профиль лопастей выполнен таким, что обеспечивает воздействие потока воздуха преимущественно по нормали к их поверхностям, экран выполнен так, что закрывает набегающие лопасти ветроколес и направляет поток воздуха на сбегающие лопасти.
Принятый профиль лопасти обеспечивает воздействие потока воздуха по нормали к ее поверхности, чем обеспечивается оптимальная передача энергии ветра на ветроколеса, лопасти которых размещены асимметрично относительно друг друга в радиальной плоскости. Ассиметрия размещения повышает вероятность расположения, какой-либо поверхности лопасти по нормали к воздушному потоку, что повышает момент страгивания.
Устройство «Ветродвигатель» показано на: фиг. 1, фиг. 2 (вид сбоку), где:
на вертикальной оси 1 установлена рама 2 со стойками 3. В подшипниковых опорах 4 стоек 3, соосно с валом электрогенератора 5 установлены горизонтально и симметрично валы 6 снабженные лопастями 7, профиль которых обеспечивает оптимальное воздействие потока по нормали к их поверхностям. Валы 6 с лопастями 7 представляют собой ветроколеса барабанного типа. Валы 6 связаны с валом электрогенератора 5. Лопасти 7 установлены асимметрично относительно друг друга в радиальной плоскости. С рамой 2 жестко закреплен экран 8 с флюгерной частью 9. Профиль фронтальной части экрана 8 выполнена таким образом, что перекрывает по фронту верхние набегающие лопасти 7, и направляет отраженный поток на открытые для потока нижние сбегающие.
Устройство функционирует следующим образом. Флюгерная часть экрана 9 ориентирует лопасти 7 по потоку воздуха (показан стрелками на фиг. 2), который воздействует на фронтальную поверхность экрана 8 и на неэкранированные лопасти 7. Валы 6 снабженные лопастями 7 образуют ветроколеса и приводятся во вращение под воздействием потока воздуха непосредственно на аэродинамический профиль поверхностей лопастей 7 и под воздействием потока воздуха, стекающего на лопасти с направляющего профиля экрана 8. Вращение валов 6 передается на вал электрогенератора 5. Экран 9 препятствует воздействию потока воздуха на набегающие к этому потоку лопасти 7 (обратный момент, момент сопротивления отсутствуют). При этом отраженный экраном 9 воздушный поток направляется на сбегающие лопасти 7. Тем самым экран 9 повышает эффективную площадь ветродвигателя подверженную воздействию воздушного потока при обеспечении за счет увеличенной площади направленного, только нужного (полезного) воздействия воздушного потока при одновременном увеличении прилагаемой силы к сбегающим лопастям ветроколес, что соответственно приводит к увеличению к.п.д. ветродвигателя.
Радиальное смещение разнесенных относительно электрогенератора лопастей ветроколес увеличивает вероятность наиболее эффективного положения какой-либо из лопастей по отношению к потоку воздуха, что повышает надежность функционирования в момент разбега.