ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F03D3/04 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям и может быть использовано для получения механической и электрической энергии.

Известен ветродвигатель, содержащий вращающуюся турбину с вертикальной осью, расположенную внутри воздухосборника, состоящий из верхнего и нижнего горизонтальных дисков, жестко соединенных вертикальными плоскостями, которые ориентированы так, чтобы обеспечить постоянную подачу потока воздуха к лопастям турбины в направлении их вращения [1]
Недостатком вышеописанного ветродвигателя является то, что вертикальные направляющие ветрового потока неподвижны. Они отводят значительную часть воздушной массы от лопастей турбины и не дают возможности достаточно эффективно использовать ветровое давление.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа ветродвигатель, содержащий ветровую турбину и две системы ветронаправляющих экранов.

Внешняя система со свободноповорачивающимися экранами захватывает воздушный поток, изменяя его направление только по краям ветродвигателя, посылает его на внутреннюю, стационарную систему ветронаправляющих экранов, которая снова, изменяя направление воздушного потока, посылает его на лопасти ветротурбины [2]
Недостатком указанного устройства является то, что ветродвигатель может эффективно работать только при наличии двух систем ветронаправляющих экранов: внутренней-стационарной; внешней-подвижной. При этом дополнительное изменение направления движения воздушного потока снижает ветровое давление на лопасти ветротурбины. Отсутствует система регулирования направления и силы давления воздушного потока. Кроме того, две системы ветронаправляющих экранов, отличающихся по выполняемым функциям, усложняют конструкцию ветродвигателя и ограничивают его размеры.

Целью изобретения является повышение коэффициента использования энергии ветра и упрощение конструкции ветродвигателя.

Указанная цель достигается тем, что ветродвигатель содержит вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью, расположенную внутри системы ветронаправляющих экранов, где каждый свободноповорачивающийся вокруг вертикальной оси ветронаправляющий экран непосредственно ориентирован на лопасть ветротурбины, причем крайние положения экрана определяет размер лопасти ветротурбины, которая установлена продольной осью перпендикулярно к прямой, проходящей через ось вращения ветронаправляющего экрана и касающейся окружности, которая образована крайней наружной точкой лопасти ветротурбины.

Система ветронаправляющих экранов снабжена подвижными и неподвижными стопорами, позволяющими регулировать величину сектора свободного поворота ветронаправляющих экранов. Угол свободного поворота ветронаправляющих экранов зависит от размеров или конструкции ветровой турбины и ветронаправляющих экранов, а также от частоты постановки экранов и силы ветрового давления. Регулирование угла свободного поворота экранов осуществляется перемещением внутреннего стопора.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый ветродвигатель отличается наличием только одной системы подвижных ветронаправляющих экранов, которая выполняет одновременно следующие функции:
1. Захватывает воздушный поток со всей наветренной поверхности ветродвигателя.

2. Изменяет курс движения воздушного потока в наиболее благоприятном направлении в зависимости от положения лопасти ветротурбины относительно общего направления ветра.

3. Регулирует направление движения и силу давления воздушного потока.

В заявляемом ветродвигателе значительно меньше сопротивления на пути движения воздушных потоков, идущих к лопастям ветротурбины, что значительно повышает вращающий момент.

В прототипе свободноповорачивающиеся экраны располагаются параллельно ветру в середине наветренной поверхности ветродвигателя и под углом к ветру по его краям, образуя своеобразную воронку, которую невозможно регулировать.

В заявляемом ветродвигателе ветронаправляющие экраны занимают различную позицию в зависимости от их местоположения относительно лопастей турбины, конструкции лопасти и направления ветра, что также увеличивает коэффициент использования энергии ветра.

При усилении ветрового давления сектор свободного поворота ветронаправляющих экранов может в случае необходимости уменьшаться или увеличиваться путем перемещения внутреннего стопора.

На фиг. 1 представлен ветродвигатель с ветронаправляющими экранами в плане. Пунктирной линией обозначено положение свободноповорачивающихся ветронаправляющих экранов при изменении направления ветра на 90 градусов; на фиг. 2 показано изменение сектора свободного поворота ветронаправляющих экранов. Сплошной линией показано уменьшение сектора свободного поворота ветронаправляющих экранов при усилении ветра, а пунктирной линией показано их первоначальное положение; на фиг. 3 показано определение наибольшего сектора свободного поворота ветронаправляющего экрана при большом размере лопасти ветротурбины; на фиг. 4 показано определение наибольшего сектора свободного поворота ветронаправляющего экрана при малом размере лопасти ветротурбины.

Ветродвигатель содержит вращающуюся ветровую турбину 1 с изогнутыми лопастями 2, закрепленную на вертикальном валу 3, которая расположена внутри системы свободноповорачивающихся вокруг оси 4 вертикальных ветронаправляющих экранов 5, поворот которых под воздействием ветра ограничен внутренними подвижными стопорами 6 и наружными неподвижными стопорами 7.

Ветродвигатель работает следующим образом. При появлении ветра воздушный поток направляется к ветровой турбине 1 через свободноповорачивающиеся ветронаправляющие экраны 5, которые под давлением ветра занимают положение, при котором каждый экран 5 обеспечивает ближайшую в нему лопасть вращающейся турбины 2 наиболее благоприятным для данного места давлением и направлением воздушного потока, что задействует все лопасти 2 ветротурбины 1 на наветренной поверхности ветродвигателя. При этом в зоне благоприятного давления воздушного потока ветронаправляющие экраны не препятствуют прямому попаданию его на лопасти ветротурбины, а в зоне нежелательного воздействия ветронаправляющие экраны, прикрывая лопасти ветротурбины на противоходе, одновременно изменяют направление ветрового потока, направляя его в требуемом направлении. Это обеспечивает дополнительный вращающий момент. С изменением направления ветра меняют свое положение и ветронаправляющие экраны 5, занимая при этом положение, способствующее наиболее эффективному давлению воздушного потока на лопасти 2 ветровой турбины 1. Свободный поворот ветронаправляющих экранов 5 вокруг оси 4 ограничивается внутренними подвижными стопорами 6 и наружными неподвижными стопорами 7. При усилении ветрового давления сектор свободного поворота ветронаправляющих экранов 5 сокращается перемещением подвижного стопора 6 к неподвижному 7.

Работа ветродвигателя не зависит от направления движения воздуха, а его конструкция позволяет максимально полно использовать энергию ветра. При этом в рабочем режиме не требуется дополнительного контроля и регулирования ветродвигателя.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям. Сущность изобретения: ветродвигатель содержит вращающуюся турбину с вертикальной осью, расположенную внутри системы ветронаправляющих экранов. Новым в ветродвигателе является то, что каждый свободноповорачивающийся вокруг вертикальной оси ветронаправляющий экран непосредственно ориентирован на лопасть ветротурбины, причем крайние положения экрана определяют размер лопасти ветротурбины, которая установлена продольной осью перпендикулярно к прямой, проходящей через ось вращения ветронаправляющего экрана и касается окружности, которая образована крайней наружной точкой лопасти ветротурбины. Система ветронаправляющих экранов снабжена подвижными и неподвижными стопорами, позволяющими регулировать величину сектора свободного поворота ветронаправляющих экранов. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Ветродвигатель, содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью, расположенную внутри системы ветронаправляющих экранов, отличающийся тем, что каждый свободноповорачивающийся вокруг вертикальной оси ветронаправляющий экран непосредственно ориентирован на лопасть ветротурбины, причем крайние положения экрана определяют размер лопасти ветротурбины, которая установлена продольной осью перпендикулярно к прямой, проходящей через ось вращения ветронаправляющего экрана и касающейся окружности, которая образована крайней наружной точкой лопасти ветротурбины. 2. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что система ветронаправляющих экранов снабжена подвижными и неподвижными стопорами, позволяющими регулировать величину сектора свободного поворота ветронаправляющих экранов.