ПАРУСНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к ветродвигателям с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра, и может быть использовано в ветроэнергетике, например, как привод электрогенераторов, водоподъемников, мельниц, насосов, компрессоров.

Известны ветродвигатели с горизонтальной центральной осью вращения и лопастным колесом.

Недостатки ветродвигателей с горизонтальной центральной осью вращения: низкий КПД передачи момента вращения на рабочий агрегат; высокая материалоемкость.

Известны также ветродвигатели с вертикальной центральной осью вращения. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является ветродвигатель с вертикальной центральной осью вращения, содержащий установленные на вертикальной центральной оси рамы с натянутыми на них опорными сетками и расположенные на рамах парусные лопасти; прямоугольные окна, которыми снабжены парусные лопасти, с перекрывающими их клапанами.

Недостатки известного устройства: недостаточное использование энергии ветра и, как следствие, невысокий КПД; существенная металлоемкость.

Цель настоящего изобретения - создание ветродвигателя несложной конструкции с максимально полезным использованием основного элемента, воспринимающего энергию ветра: парусных лопастей.

Указанная цель достигается тем, что в парусном ветродвигателе, содержащем установленные на вертикальной оси рамы с гибкими парусными лопастями, гибкая парусная лопасть имеет дополнительную ось вращения, эксцентричную в отношении центрального вала и жестко соединенную с стабилизатором вращения, шарнирно укрепленным на мачте ветроагрегата.

Исследованием уровня техники установлено, что парусных ветродвигателей с вертикальной центральной осью, содержащих гибкие парусные лопасти, имеющие дополнительную ось вращения, эксцентричную в отношении центрального вала и жестко соединенную с стабилизатором вращения, не обнаруживается.

Известен парусный ветродвигатель, содержащий установленные на вертикальной центральной оси рамы с гибкими парусными лопастями, снабженными прямоугольными окнами, перекрывающими их клапанами.

Однако сравнение свойств совокупности признаков известного устройства и заявляемого показывает, что
- известное устройство имеет одну ось вращения - вертикальную центральную, а заявляемое - две: вертикальную центральную и дополнительную ось вращения;
- известное устройство имеет рамы с гибкими парусными лопастями, снабженными прямоугольными окнами и перекрывающими их клапанами, а в заявляемом парусные лопасти сплошные.

Известны вертикальные двигатели с горизонтальной осью вращения, крыльчатые, и с вертикальной осью вращения, роторные.

Наибольшее распространение получили крыльчатые ветродвигатели ввиду их более высокого коэффициента использования энергии ветра ξ
ξ = N/Э_S,
где N - мощность ветродвигателя;
Э_s - энергия воздушного потока, проходящего через сечение, равное поверхности, ометаемой колесом, в единицу времени.

В реальных условиях этот коэффициент для крыльчатых ветродвигателей достигает 0,45 - 0,48, для карусельных 0,15, для роторных - 0,25.

Ветродвигатели с вертикальной осью вращения имеют высокий КПД передачи вращательного момента на рабочий агрегат. Однако их КПД в целом низок из-за малого коэффициента использования энергии ветра.

Заявляемое устройство предполагает увеличение КПД ветродвигателя до 0,5 при сохранении достоинств ветродвигателей с вертикальной осью вращения.

Гибкие парусные лопасти часто снабжают окнами с клапанами, перекрывающими окна в "мертвой точке" и открывающимися в рабочей зоне. Однако практика работы ветродвигателей отмечает ненадежность такой конструкции и существенное снижение прочности парусной лопасти (разрывы, вследствие образования микровихрей в "опасных" зонах).

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 показан общий вид ветродвигателя;
на фиг. 2 - вид сверху и в динамике;
на фиг. 3 - показаны дополнительная ось с направляющими, расположенный между ними парус и местоположение стабилизатора вращения.

Рабочий орган представляет собой каркас, состоящий из балки 1, боковых стоек 2 и вала центральной оси 3. На боковые стойки 2 навешен гибкий парус 4. Длина паруса должна быть больше расстояния между боковыми стойками и лимитируется позицией рабочего органа III. Парус 4 заправлен между двумя направляющими 5 дополнительной оси 6. Дополнительная ось 6 не соединена с каркасом рабочего органа, расположена с эксцентриситетом по отношению к центральной оси 3 и жестко крепится системой стержней 7 к стабилизатору 8. Стабилизатор 8 шарнирно соединен с мачтой 9 ветродвигатля. В зависимости от средней скорости ветра в регионе и материала паруса расстояние между центральной и дополнительной осями составляет 0,1 - 0,45 длины лопасти.

Ветродвигатель работает следующим образом.

С помощью стабилизатора 8 дополнительная ось 6 с направляющими 5 оптимально ориентируется к направлению ветра. Направление ветра должно быть перпендикулярно к воображаемой вертикальной плоскости, проходящей через центральную и дополнительную оси. В позиции рабочего органа 1 направление ветра перпендикулярно плоскости паруса 4, который направляющими 5 дополнительной оси 6 делится на две неравные части. Под воздействием силы ветра в обеих частях паруса возникает два крутящих момента противоположной направленности и разной величины. При этом разница в величине крутящих моментов зависит от величины эксцентриситета дополнительной оси. В других позициях рабочего органа (например позиция II) также существует значительная разница в величине противоположных крутящих моментов того же направления. А в позиции рабочего органа III, когда парус разделен на две равные части, вообще отсутствует противодействующий крутящий момент и парус вращается в том же направлении, что и в других позициях.

Заявляемое устройство может быть изготовлено в мастерских металлообрабатывающего предприятия и при известном навыке и оборудовании даже собственными руками.

Следовательно, заявляемое устройство соответствует критерию "промышленная применимость".

Парусный ветродвигатель относится к области ветроэнергетики и может быть применен, например, как привод электрогенераторов, водоподъемников, мельниц, насосов, компрессоров. Парусный ветродвигатель содержит установленные на вертикальной центральной оси рамы с гибкими парусными лопастями. Гибкая парусная лопасть, помимо центральной, имеет дополнительную ось вращения. Расстояние между обеими осями составляет 0,1 - 0,45 длины лопасти. Технический результат заключается в создании ветродвигателя несложной конструкции с максимально полезным использованием парусных лопастей. 3 ил.

Парусный ветродвигатель, содержащий установленные на вертикальной центральной оси рамы с гибкими парусными лопастями, отличающийся тем, что гибкая парусная лопасть имеет дополнительную ось вращения, эксцентричную в отношении центрального вала и жестко соединенную со стабилизатором вращения, шарнирно укрепленным на мачте ветроагрегата, причем расстояние между обеими осями составляет 0,1 - 0,45 длины лопасти.