ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ И АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1996 года по МПК F03D1/00 F03D1/06 

Изобретения относятся к ветроэнергетике и могут быть использованы в ветродвигателях.

Наиболее близким к предложенному по совокупности существенных признаков является ветродвигатель, описанный, в частности, в журнале "Изобретатель и рационализатор" (М, "Профиздат", N 6, 1985).

Он содержит лопастное ветроколесо с горизонтальным валом, кинематически связанным с преобразователем энергии, при этом каждая лопасть жестко закреплена на цапфе и выполнена полой с аэродинамическим элементом снаружи, установленным с возможностью вращения вокруг нее посредством привода, который выполнен в виде полого цилиндра, кинематически связанного с индивидуальным гидравлическим двигателем, подключенным к насосной станции, снабженной собственным двигателем.

К недостатку этого ветродвигателя, принятого за прототип, относится расход топлива или электроэнергии на работу насосной станции и гидравлических двигателей.

Цель изобретения ликвидация расхода электроэнергии или топлива на работу лопастей ветроколеса.

Цель достигается тем, что ветродвигатель, содержащий лопастное ветроколесо с горизонтальным валом, кинематически связан с преобразователем энергии, при этом каждая лопасть жестко закреплена на цапфе и выполнена полой с аэродинамическим элементом снаружи, установленным с возможностью вращения вокруг нее посредством привода, ветродвигатель снабжен полой немагнитной осью, размещенной коаксиально на валу ветроколеса, на которой закреплено два ферромагнитных диска с намагниченными зубчатыми венцами разной полярности, ферромагнитными втулками, каждая из которых расположена на цапфе коаксиально и имеет два зубчатых венца, установленных с зазором относительно зубчатых венцов диска, при этом каждая лопасть выполнена в виде цилиндра, а привод в виде крыльчатого колеса, размещенного на полой немагнитной оси.

За прототип аэродинамического элемента, создающего эффект Магнуса на лопасти ветродвигателя, принят аэродинамический элемент по патенту США N 3734641 (М. кл. В 63 P 9/02, опубл. 1973 г.).

Он содержит цилиндрические оболочки, каждая из которых размещена снаружи каждой неподвижной лопасти ветроколеса с возможностью вращения вокруг нее посредством привода компрессора с двигателем, сжатый воздух от которого поступает в зазор между лопастью и цилиндрической оболочкой.

К недостатку такого аэродинамического элемента относится расход топлива или электроэнергии на работу привода.

Цель изобретения ликвидация расхода электроэнергии или топлива на работу лопастей ветроколеса.

Цель достигается тем, что аэродинамический элемент, создающий эффект Магнуса, содержит цилиндрические оболочки, каждая из которых размещена снаружи неподвижной лопасти ветроколеса с возможностью вращения вокруг нее посредством привода, а аэродинамический элемент имеет каждую оболочку, выполненную в виде многолопастного кольцевого колеса, каждая лопатка которого установлена под равным острым углом к касательной, проведенной к цилиндру, и параллельно его образующей, а привод выполнен в виде крыльчатого колеса, вал которого кинематически связан с валом многолопастного кольцевого колеса.

Устройство ветродвигателя и аэродинамического элемента его лопастей поясняется чертежом, где показан общий вид ветродвигателя сбоку.

Ветродвигатель содержит лопастное ветроколесо с горизонтальным валом 1, кинематически связанным с преобразователем энергии 2, при этом каждая лопасть 3 жестко закреплена на цапфе 4 и выполнена полой с аэродинамическим элементом 5 снаружи, установленным с возможностью вращения вокруг нее посредством привода 6.

Ветродвигатель снабжен полой немагнитной осью 7, размещенной коаксиально валу 1 ветроколеса, на которой закреплено два ферромагнитных диска 8 с намагниченными зубчатыми венцами разной полярности 9, 10, ферромагнитными втулками 11, каждая из которых расположена на цапфе 4 коаксиально и имеет два зубчатых венца 12, установленных с зазором относительно зубчатых венцов 9, 10 дисков 8, при этом каждая лопасть 3 выполнена в виде цилиндра, а привод 6 в виде крыльчатого колеса, размещенного на полой немагнитной оси 7.

Аэродинамический элемент 5, создающий эффект Магнуса, содержит цилиндрические оболочки, каждая из которых размещена снаружи каждой неподвижной лопасти 3 ветроколеса с возможностью вращения вокруг нее посредством привода 6, выполненного в виде многолопастногоо кольцевого колеса, каждая лопатка 13 которого установлена под равным острым углом к касательной, проведенной к цилиндру, и параллельно его образующей, а привод 6 выполнен в виде крыльчатого колеса, вал 7 которого кинематически связан с валом 11 многолопастного колеса.

Ветродвигатель и аэродинамический элемент 5, создающий эффект Магнуса на его цилиндрических лопастях 3, работают следующим образом.

Под действием бокового ветра на цилиндрические лопасти 3 и крыльчатое колесо 6, последние поворачиваются вокруг вертикальной оси ветродвигателя до тех пор, пока горизонтальный вал 1 не установится параллельно направлению ветра. После этого ветер вращает крыльчатое колесо 6 вместе с полой немагнитной осью 7, двумя закрепленными на ней ферромагнитными дисками 8 с разнополярными намагниченными зубчатыми венцами 9,10, которые вращают втулки 11 с лопатками 13 силой замкнутого магнитного поля намагниченных зубчатых венцов 9, 10, действующего в зазоре между их зубьями и зубчатыми венцами 12 ферромагнитных втулок 11. Лопатки 13, двигающиеся с одного бока цилиндрических лопастей 3 против ветра, создают повышенное давление ветра на лопасть 3, в то время как диаметрально противоположные им лопатки 13, двигающиеся по ветру, снижают давление ветра на противоположной стороне лопасти 3. Возникающая при этом сила Магнуса вращает цилиндрические лопасти 3 вместе с горизонтальным валом 1, который приводит в действие преобразователь энергии 2.

Поскольку приводом аэродинамических элементов 5 служит крыльчатое ветроколесо 6, ветродвигатель и аэродинамические элементы его цилиндрических лопастей не расходуют на свою работу электроэнергию или топливо.

Использование: в ветродвигателях. Сущность изобретения: ветродвигатель содержит башню 1 с поворотной головкой 2, установленный на ней горизонтальный вал 3, параллельный направлению ветра, кинематически связанный с генератором 4, снабженный основным ветроколесом с радиальными цилиндрическими лопастями 5 и дополнительным крыльчатым колесом 7, расположенными с заветренной стороны башни 1 на одном конце вала 3. Цилиндрические лопасти 5 неподвижно закреплены цапфами 6 на валу 3, снабжены аэродинамическими элементами, создающими эффект Магнуса. Аэродинамические элементы выполнены в виде лопаток 8, установленных параллельно образующей цилиндра с возможностью вращения вокруг лопастей 5 посредством крыльчатого колеса 7. Кинематическая связь последнего с лопатками 8 включает ферромагнитные втулки 9 с зубчатыми венцами на концах, взаимодействующие посредством замкнутого поля с двумя зубчатыми венцами 10, 11 противоположной полярности, между которыми расположены постоянные магниты 14. Венцы 10, 11 прикреплены к фланцам немагнитной ступицы 12 крыльчатого колеса 7, имеющего возможность свободного вращения на горизонтальном валу 3 за цилиндрическими лопастями 5. Втулки 9 соединены с лопатками 8 и установлены на цапфах 6 лопастей 5 с возможностью вращения. При работе ветродвигателя лопатки 8, движущиеся с одной стороны лопастей 5 навстречу воздушному потоку, отражают его на стенки цилиндров лопастей и создают на них повышенное давление ветра, в то время как противоположные им лопатки, движущиеся по ветру, отводят ветер от лопастей и создают пониженное давление воздуха на лопасти. Под действием разности этих давлений цилиндрические лопасти 5 вращаются с горизонтальным валом 3 и ротором генератора 4. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ветродвигатель, содержащий лопастное ветроколесо с горизонтальным валом, кинематически связанным с преобразователем энергии, при этом каждая лопасть жестко закреплена на цапфе и выполнена полой с аэродинамическим элементом снаружи, установленным с возможностью вращения вокруг нее посредством привода, отличающийся тем, что ветродвигатель снабжен полой немагнитной осью, размещенной коаксиально валу ветроколеса, на которой закреплено два ферромагнитных диска с намагниченными зубчатыми венцами разной полярности, ферромагнитными втулками, каждая из которых расположена на цапфе коаксиально и имеет два зубчатых венца, установленных с зазором относительно зубчатых венцов дисков, при этом каждая лопасть выполнена в виде цилиндра, а привод в виде крыльчатого колеса, размещенного на полой немагнитной оси. 2. Аэродинамический элемент, создающий эффект Магнуса, содержащий цилиндрические оболочки, каждая из которых размещена снаружи каждой неподвижной лопасти ветроколеса с возможностью вращения вокруг нее посредством привода, отличающийся тем, что каждая оболочка выполнена в виде многолопаточного кольцевого колеса, каждая лопатка которого установлена под равным острым углом к касательной, проведенной к цилиндру, и параллельно его образующей, а привод выполнен в виде крыльчатого колеса, вал которого кинематически соединен с валом многолопастного кольцевого колеса.