ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ "ЭОЛ" Российский патент 1998 года по МПК F03D3/04 F03D3/00 

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

Известна лопасть ветроколеса, содержащая полое перо с боковыми поверхностями с входной и выходной кромками, где одна из боковых поверхностей имеет длину от входной кромки до зоны максимальной толщины пера [1].

Недостатком указанной лопасти является то, что она не способна эффективно использовать энергию воздушного потока, изменяющего свое направление движения по отношению к самой лопасти.

Известен ветродвигатель, содержащий вращающуюся турбину с вертикальной осью вращения, расположенную внутри двух систем ветронаправляющих экранов - внутренней и внешней. Внешняя система со свободно поворачивающимися экранами захватывает воздушный поток со всей наветренной поверхности устройства, изменяет его направление только по краям цилиндрической поверхности ветродвигателя и посылает его на внутреннюю, стационарную систему ветронаправляющих экранов, которая, вторично изменяя направление движения воздушного потока, отправляет его на лопасти ветротурбины [2].

Недостатком вышеописанного ветродвигателя является то, что он может эффективно работать только при наличии двух систем ветронаправляющих экранов. При этом дополнительное изменение направления движения воздушного потока по краям поверхности ветродвигателя снижает ветровое давление на лопасти ветротурбины.

Целью изобретения является повышение коэффициента использования энергии ветра.

Указанная цель достигается тем, что ветродвигатель содержит ветротурбину с вертикальной осью вращения, расположенную внутри системы свободно поворачивающихся вокруг вертикальной оси ветронаправляющих экранов, где каждая лопасть ветротурбины содержит наконечник, выполненный в виде входной части аэродинамического профиля с изогнутой осью симметрии по окружности вращения, и шарнирно соединенную с ним подвижную плоскость, которая может свободно поворачиваться вокруг вертикальной оси в секторе, позволяющем эффективно использовать энергию воздушного потока, изменяющего направление движения. Наконечник лопасти ветротурбины состоит из внутренней неподвижной части и внешней свободно поворачивающейся вокруг вертикальной оси подвижной части, соединенных между собой при помощи шарнира, расположенного в крайней входной точке наконечника. Подвижная часть наконечника расположена в секторе свободного поворота, где крайние положения заданы: в закрытом положении необходимым зазором (для раскрытия наконечника) между концом подвижной части наконечника, фиксируемого упором, и концом подвижной плоскости в шарнире; в открытом положении - образованием входной части аэродинамического профиля, также фиксируемого упором. Подвижная плоскость лопасти расположена в секторе свободного поворота, крайние положения которой заданы оптимальным углом атаки к направлению движения воздушного потока, идущего от ветронаправляющих экранов, расположенных радиально, и оптимальным углом атаки к направлению движения воздушного потока, проходящего через ось вращения ветротурбины и центр подвижной плоскости лопасти, расположенной с подветренной стороны. Каждый ветронаправляющий экран расположен в секторе свободного поворота, где крайние положения заданы прямой, проходящей через оси вращения ветротурбины и ветронаправляющего экрана, и касательной к окружности, образованной крайней наружной точкой подвижной части раскрытого наконечника лопасти, проходящей через ось вращения ветронаправляющего экрана.

На фиг.1 представлен ветродвигатель с ветротурбиной и ветронаправляющими экранами в плане (пунктирной линией показано положение свободно поворачивающихся ветронаправляющих экранов, подвижных плоскостей лопастей ветротурбины и подвижных частей наконечников лопастей при изменении направления движения воздушного потока на 90^o); на фиг.2 - лопасть ветротурбины (пунктиром показаны другие крайние положения подвижной плоскости лопасти и подвижной части наконечника); на фиг.3 показаны крайние положения сектора свободного поворота ветронаправляющего экрана.

Ветродвигатель содержит: турбину 1 с вертикальной осью вращения 2; лопасти 3 в виде аэродинамического наконечника с изогнутой осью симметрии 4 по окружности вращения, состоящего из внутренней неподвижной части 5 и внешней подвижной части 6 с упорами 7, соединенных шарниром 8; подвижную плоскость 9, соединенную с неподвижной частью наконечника при помощи шарнира 10; системы свободно поворачивающихся вокруг вертикальных осей 11 ветронаправляющих экранов 12.

Ветродвигатель работает следующим образом. При появлении ветра воздушный поток направляется к ветровой турбине 1 через ветронаправляющие экраны 12, которые с наветренной стороны занимают радиальное положение в зоне неблагоприятного воздействия ветра на лопасти 3 ветротурбины 1, параллельно движению воздушного потока, действующего в зоне благоприятного воздействия на лопасти 3 в пределах ветровой турбины 1, и под углом к направлению движения воздушного потока в зоне благоприятного воздействия воздушного потока на лопасти 3, попадающего за пределы ветровой турбины 1. С подветренной стороны ветродвигателя ветронаправляющие экраны 12 занимают положение в пределах сектора свободного поворота, способствующее выходу воздушной массы. При этом подвижные части наконечника 6 лопасти 3 также изменяют свое положение в зависимости от их местонахождения относительно направления ветра и положения ветронаправляющих экранов 12. Так в зоне неблагоприятного воздействия с наветренной стороны подвижная часть наконечника 6 находится в положении B, а подвижная плоскость 9 в положении D. Как только подвижная плоскость 9 при вращении турбины 1 установится перпендикулярно к направлению движения воздушного потока, или чуть пройдя это положение, в зоне благоприятного воздействия ветра на лопасти 3 ветротурбины 1, подвижная часть наконечника 6 лопасти 3 раскрывается, занимая положение A, захватывает воздушный поток, идущий от ветронаправляющих экранов 12, и придает турбине 1 вращательное движение. При этом подвижная плоскость 9 находится в позиции D с наветренной стороны, что также способствует вращению турбины 1: в зоне неблагоприятного воздействия ветра за счет изменения направления его движения при помощи ветронаправляющих экранов 12 и попадания его на плоскость 9 под оптимальным углом атаки; в зоне благоприятного воздействия за счет естественной парусности. С подветренной стороны подвижная плоскость 9 находится в положении C - под оптимальным углом атаки к воздушному потоку, прошедшему ось вращения турбины 1, что также способствует вращению. Кроме того, раскрытая подвижная часть наконечника 6 тоже способствует вращению турбины 1, захватывая воздушный поток, который обтекает ветронаправляющие экраны 12 по боковой поверхности ветродвигателя у зоны благоприятного воздействия воздушного потока на лопасти 3 ветротурбины 1.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветродвигателям. Ветродвигатель содержит ветротурбину с вертикальной осью вращения, расположенную внутри системы свободноповорачивающихся вокруг вертикальной оси ветронаправляющих экранов. Каждая лопасть ветротурбины состоит из наконечника, выполненного в виде входной части аэродинамического профиля с изогнутой осью симметрии по окружности вращения, и шарнирно соединенной с ним подвижной плоскости, которая может свободно поворачиваться вокруг вертикальной оси. Наконечник лопасти ветротурбины состоит из внутренней неподвижной части и внешней свободно поворачивающейся вокруг вертикальной оси подвижной части, соединенных между собой шарнирном, расположенным в крайней входной точке наконечника. Подвижная часть наконечника расположена в секторе свободного поворота, где крайние положения заданы в закрытом положении необходимым зазором между концом подвижной части наконечника и концом подвижной плоскости в шарнире, в открытом положении - образованием входной части аэродинамического профиля. Подвижная плоскость лопасти расположена в секторе свободного поворота, крайние положения которой заданы оптимальным углом атаки к направлению движения ветрового потока, идущего от ветронаправляющих экранов, расположенных радиально, и оптимальным углом атаки к направлению движения воздушного потока, проходящего через ось вращения ветротурбины и центр подвижной плоскости лопасти, расположенной с подветренной стороны. Каждый ветронаправляющий экран расположен в секторе свободного поворота, где крайние положения заданы прямой, проходящей через оси вращения ветротурбины и ветронаправляющего экрана, и касательной к окружности, образованной крайней наружной точкой раскрытого наконечника лопасти, проходящей через ось вращения ветронаправляющего экрана. Технический результат заключается в повышении коэффициента использования энергии ветра. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ветродвигатель, содержащий ветротурбину с вертикальной осью вращения, расположенную внутри системы свободно поворачивающихся вокруг вертикальной оси ветронаправляющих экранов, отличающийся тем, что каждая лопасть ветротурбины содержит наконечник, выполненный в виде входной части аэродинамического профиля с изогнутой осью симметрии по окружности вращения, и шарнирно соединенную с ним подвижную плоскость, которая может свободно поворачиваться вокруг вертикальной оси в секторе, позволяющем эффективно использовать энергию воздушного потока, изменяющего направление движения. 2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что наконечник лопасти ветротурбины состоит из внутренней неподвижной части и внешней свободно поворачивающейся вокруг вертикальной оси подвижной части, соединенных между собой при помощи шарнира, расположенного в крайней входной точке наконечника. 3. Ветродвигатель по п.2, отличающийся тем, что подвижная часть наконечника расположена в секторе свободного поворота, где крайние положения заданы в закрытом положении - необходимым зазором (для раскрытия наконечника) между концом подвижной части наконечника, фиксируемого упором, и концом подвижной плоскости в шарнире, в открытом положении - образованием входной части аэродинамического профиля, также фиксируемого упором. 4. Ветродвигатель по п.3, отличающийся тем, что подвижная плоскость лопасти расположена в секторе свободного поворота, крайние положения которой заданы оптимальным углом атаки к направлению движения воздушного потока, идущего от ветронаправляющих экранов, расположенных радиально, и оптимальным углом атаки к направлению движения воздушного потока, проходящего через ось вращения ветротурбины и центр подвижной плоскости лопасти, расположенной с подветренной стороны. 5. Ветродвигатель по п.4, отличающийся тем, что каждый ветронаправляющий экран расположен в секторе свободного поворота, где крайние положения заданы прямой, проходящей через оси вращения ветротурбины и ветронаправляющего экрана, и касательной к окружности, образованной крайней наружной точкой подвижной части раскрытого наконечника лопасти, проходящей через ось вращения ветронаправляющего экрана.