ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ
WIND ENGINE

Изобретение относится к области ветроэнергетики и, в частности, может быть использовано как ветроэлектроэнергетическая установка.
Известны различные ветроэнергетические установки [1], но они отличаются или сложностью конструкции, низкой надежностью, либо низким КПД и небольшой мощностью.
Так, известная ветроэнергетическая. установка [2] содержит установленный в опоре с возможностью вращения вертикальный вал, прямоугольные лопасти, установленные на равном расстоянии от вала. Оси лопастей параллельны оси вала, а угловая скорость лопастей в два раза меньше угловой скорости возможного вращения вала. Лопасти выполнены в виде симметричного профиля шириной, равной удвоенному расстоянию от кромки вала до оси вращения лопастей, имеющих кинематическую связь с флюгером. При этом верхняя опора вала установлена в траверсе, закрепленной в горизонтальном положении на верхних концах трех вертикальных опор, которые закреплены в грунте. Каждая лопасть кинематически связана с флюгером через ряд конических зубьев и промежуточным валом. Флюгер соединен с другим трубчатым валом через дышло.
Однако такая конструкция лопастей, наличие множества шестерен с различным количеством зубьев, сложная кинематическая схема усложняет в целом конструкцию установки, делает ее дорогой и ненадежной при эксплуатации.
Ветроэнергетическая установка [3] направлена на упрощение конструкции. Установка содержит башню, поворотное основание, на котором, установлены ветроколеса, статорный элемент с сердечником, взаимодействующий с роторным элементом через воздушный зазор, что позволяет уменьшить габариты установки. Однако она имеет низкий КПД.
Из известных наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является ветродвигатель [Патент РФ №2351796 / А.М. Литвиненко - Ветродвигатель, Б.И. №10, от 10.04.2009, F03D 7/06] содержащий вертикальный вал, башню и лопасти, выполненные вогнутой формы. Лопасти установлены на шкворнях, каждая из которых с помощью шарниров соединена с шарнирно установленными на валу тягами с образованием параллелограммов. Шкворни снабжены аэродинамическими поверхностями. Нижние тяги дополнительно соединены с валом с помощью шарнирно установленных пружинно-демпфирующих элементов.
Недостатки известного ветродвигателя заключаются в низкой надежности, обусловленной наличием пружинно-демпфирующих элементов, динамические характеристики которых изменяются во времени, что не позволяет оптимально подобрать нужные параметры пружины. А это не обеспечивает стабильный режим работы. Использование же минимум восьми шарниров на каждую пару лопастей усложняет конструкцию ветродвигателя в целом.
Техническим результатом предложенного изобретения является упрощение конструкции ветродвигателя, повышение надежности его и КПД.
Указанный технический результат достигается тем, что в ветродвигателе, содержащем лопасти, выполненные вогнутой формы, аэродинамические поверхности, вертикальный вал, лопасти, установленные на траверсах, выполненных Λ-образной формы, согласно изобретению, каждая траверса своей вершиной установлена с помощью шарнира на вертикальном валу, закрепленном верхним концом с возможностью взаимодействия с рабочей машиной, а аэродинамические поверхности закреплены на лопастях с наклоном, обеспечивающим возникновение подъёмной силы, действующей на одну из лопастей вверх, а на противоположную - вниз.
Выполнение единой Λ-образной траверсы, установленной на вертикальном валу упрощает конструкцию устройства в целом и повышает надежность так, как не требует использования таких ненадежных конструктивных элементов как пружинно - демпфирующий элемент, тяги, множество шарнирных элементов.
Использование шарнира для установки каждой траверсы на вертикальном валу в сочетании с Λ-образной конструкцией ее позволяет увеличить полезный момент на валу, и снизить противодействие момента левой лопасти, движущейся навстречу потоку. Это уменьшает потери на сопротивление потоку, увеличивая его эффективность и КПД.
По сравнению с известными техническими решениями указанная совокупность признаков является новой, не вытекает очевидным образом из известного уровня техники и обеспечивает новый технический результат.
Следовательно, она соответствует критериям патентоспособности изобретения: «новизна», «изобретательский уровень», «технический эффект», «промышленная применимость».
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где схематично изображено:
на фиг.1 - ветродвигатель, вид сбоку;
на фиг.2 - вид сверху.
Ветродвигатель (фиг.1, 2) содержит две опоры 1, с горизонтальной перекладиной 2. Опоры закреплены на основании 3. На перекладине 2 своим верхним концом закреплен вертикальный вал 4, на котором с помощью шарниров 5, установленных в шарнирных узлах 6, закреплены траверсы 7, выполненные в виде единой Λ-образной конструкции. Выбирают не менее двух траверс для получения необходимой мощности. На каждой траверсе 7 закреплена пара лопастей 8, 9 выполненных вогнутой формы и снабженных аэродинамическими поверхностями 10, 11 имеющими наклон (на фиг. не показано). Вал 4 установлен с возможностью взаимодействия с рабочей машиной, например, генератором 12.
Работа устройства происходит следующим образом.
Под воздействием набегающего ветрового потока происходит вращение лопастей 8, 9. При этом одна из пары лопастей, например правая движется по потоку, а левая против потока. Благодаря аэродинамической поверхности 10, 11 на правую лопасть 9 действует подъемная сила, направленная вверх, а на левую вниз. Это происходит к тому, что правая лопасть 9 движется от вертикальной оси, а левая лопасть - к вертикальной оси. И благодаря шарнирам 4 происходит отклонение от равновесного состояния (на фиг.1 показано пунктиром). При этом плечо правой лопасти 9 увеличивается на величину «а», увеличивая ее момент. И, следовательно, увеличивается величина попутного потока.
А плечо левой лопасти 9 уменьшается на величину «в», что уменьшает потери на сопротивление встречному потоку. Таким образом повышается эффективность передачи энергии ветрового потока лопастям, повышается КПД и мощность вырабатываемой энергии рабочей машиной, например, генератором, в котором индуцируется ЭДС (известным способом).
Достоинством предложенной конструкции ветродвигателя является то, что она позволяет повысить эффективность передачи энергии ветрового потока без усложнения ее и обеспечить надежность в работе.
Источники информации
1. Патент №1712652 / К.А. Будревич - Ветросиловое устройство, 1989 г., F03D 3/02, опубл. 15.02.92, Бюл. №6
2. Патент №1301323 / Гюнтер Вагнер - Ветросиловое устройство, 1983 г., F03D 1/00, опубл. 30.03.87, Бюл. №12