ПАРУСНО-ЩИТОВОЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветроэнергетических агрегатах большой мощности.

Известен ветродвигатель (заявка на изобретение 97102951/06, F 03 D 1/00, опубликована 20.11.99 г. ), содержащий колесо-ротор в виде мельничного водяного колеса.

Недостатком такого ветродвигателя является низкий коэффициент полезного действия (кпд), обусловленный неполной открытостью силовых элементов (лопастей) и наличия условий для создания внутреннего отрицательного дарения на них в цилиндре.

Известен парусный ветродвигатель (авт. св. СССР 1178931 А, F 03 D 3/00, опубликовано 15.09.85г.), содержащий установленные на вертикальной оси 4 рамы с натянутыми на них опорными сетками и расположенные на рамах парусные лопасти, которые снабжены прямоугольными окнами с клапанами, принятый нами в качестве прототипа.

Недостатком этого ветродвигателя является низкий кпд, который обусловлен малым количеством лопастей, что существенно влияет на ветроприемность ротора, т.к. в определенный момент вращения ротора ширина воздействия ветра на лопасти будет сужаться, а также наличием вибрационного эффекта (см. рис. 4а ).

Задачей изобретения является повышение кпд.

Поставленная задача достигается тем, что в парусно-щитовом ветродвигателе, содержащем установленные на вертикальной оси лопасти, выполненные в виде рам с натянутой на них парусиной, ось снабжена шестью лопастями, жестко соединенными между собой вверху и внизу траверсами, парусина закреплена на рамах на расстоянии от оси, равном одной десятой ширины лопасти, наружная часть рамы выполнена в виде цельной металлической пластины, нижняя часть рамы снабжена колесом, бывшим в употреблении, например от легкового автомобиля, вокруг лопастей установлены два дуговых щита - большой и малый, расположенных друг от друга на расстоянии, равном ширине лопасти, и связанных между собой двумя ободами, причем верхний обод дуговых щитов контактирует посредством роликов с ободом, закрепленным на двух фермах, которые жестко соединены между собой и установлены на опорах, на нижней части дуговых щитов установлены колеса, бывшие в употреблении, например от легкового автомобиля, ось выполнена в виде полой металлической трубы из двух частей, которые соединены между собой болтовым креплением при помощи фланцев, вершина и основание оси снабжены подшипниками, причем корпус верхнего подшипника крепится на горизонтальной площадке, концы которой скрепляют две фермы в средней части, ролики крепятся по внешнему периметру обода, закрепленного на фермах, колеса дуговых щитов взаимодействуют с желобом, выполненным эксцентрично относительно оси. Анализ отличительных признаков, создающих положительный эффект, представлен в таблице.

Предлагаемый парусно-щитовой ветродвигатель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 изображен парусно-щитовой ветродвигатель, вид сверху; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3 изображена лопасть, вид спереди; фиг.4 - схематично изображено действие потока воздуха на лопасти: а - ветродвигателя - прототипа, в - предлагаемого ветродвигателя.

Парусно-щитовой ветродвигатель содержит установленные на вертикальной оси 1 шесть лопастей 2, жестко соединенных между собой вверху и внизу траверсами 3. Лопасти 2 состоят из рам 4, натянутой на них парусины 5 на расстоянии от оси 1, равном одной десятой ширины лопасти 2 и металлической пластины 6. Нижние части рам 4 снабжена колесами 7. Вокруг лопастей 2 установлены два дуговых щита - большой 8 и малый 9, расположенных друг от друга на расстоянии, равном ширине лопасти 2. Между собой дуговые щиты 8 и 9 связаны ободами 10 и 11. Верхний обод 10 дуговых щитов 8 и 9 контактирует посредством роликов 12 с ободом 13, который закреплен на двух фермах 14, жестко соединенных между собой и установленных на опорах 15. Ролики 12 крепятся по внешнему периметру обода 13. Нa нижней части дуговых щитов 8 и 9 установлена колеса 16, которые взаимодействуют с желобом 17, выполненным эксцентрично относительно оси 1. Ось 1 выполнена в виде полой металлической трубы из двух частей, которые соеденены между собой болтовым креплением при помощи фланцев 18. Вершина и основание оси 1 снабжены подшипниками 19, причем корпус верхнего подшипника 19 крепится на горизонтальной площадке 20, концы которой скрепляют две фермы 14 в средней части.

Работа парусно-щитового ветродвигателя осуществляется следующим образом.

При появлении рабочей скорости ветра оператор устанавливает дуговые щиты 8 и 9, передвигая их посредством колес 16 по желобу 17 и роликов 12, установленных между ободами 10 и 13, в положение максимального приема потока воздуха лопастями 2.

Ветер воздействует на всю рабочую часть лопасти 2, парусина 5 натягивается, создавая крутящий момент, а цельная металлическая пластина 6 увеличивает инерционный момент вращения лопастей 2.

Расстояние между осью 1 и парусиной 5 лопасти 2 обеспечивает беспрепятственное прохождение потока воздуха, устраняет отрицательное избыточное давление на соседнюю выходящую из поля действия большого дугового щита 8 лопасть 2 и тем самым исключает ее торможение и эффект вибрации (фиг.4в).

При этом большой дуговой щит 8 выполняет роль обтекателя, защищающего часть лопастей 2 от воздействия потока воздуха, а малый дуговой щит 9 предотвращает срыв потока воздуха, обеспечивает его направление и регулирует давление на лопасти 2.

При силе ветра, превышающей необходимое давление на лопасти 2 ветродвигателя, дуговые щиты 8 и 9 смещают в сторону открытых для обдува лопастей 2, уменьшая тем самым давление на них, т.к. малый дуговой щит 9 не препятствует срыву потока воздуха с лопастей, выходящих из поля действия большого дугового щита 8.

Предлагаемое техническое решение позволяет конструировать ветродвигатели, достигающие в высоту 10-12 м и площадью паруса более 50 м², что дает возможность использовать его в ветроэнергетических агрегатах большой мощности.

Для предотвращения негативных факторов внешней среды предполагается на фермах 14 устанавливать навес.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветроэнергетических агрегатах большой мощности. Технический результат, заключающийся в повышении кпд, обеспечивается за счет того, что в парусно-щитовом ветродвигателе, содержащем установленные на вертикальной оси лопасти, выполненные в виде рам с натянутой на них парусиной, согласно изобретению ось снабжена шестью лопастями, жестко соединенными между собой вверху и внизу траверсами, парусина закреплена на рамах на расстоянии от оси, равном одной десятой ширины лопасти, наружная часть рамы выполнена в виде цельной металлической пластины, нижняя часть рамы снабжена колесом, например, от легкового автомобиля, вокруг лопастей установлены два дуговых щита - большой и малый, расположенных друг от друга на расстоянии, равном ширине лопасти, и связанных между собой двумя ободами, причем верхний обод дуговых щитов контактирует посредством роликов с ободом, закрепленным на двух фермах, которые жестко соединены между собой и установлены на опорах, на нижней части дуговых щитов установлены колеса, например, от легкового автомобиля. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Парусно-щитовой ветродвигатель, содержащий установленные на вертикальной оси лопасти, выполненные в виде рам с натянутой на них парусиной, отличающийся тем, что ось снабжена шестью лопастями, жестко соединенными между собой вверху и внизу траверсами, парусина закреплена на рамах на расстоянии от оси, равном одной десятой ширины лопасти, наружная часть рамы выполнена в виде цельной металлической пластины, нижняя часть рамы снабжена колесом, например, от легкового автомобиля, вокруг лопастей установлены два дуговых щита - большой и малый, расположенных друг от друга на расстоянии, равном ширине лопасти, и связанных между собой двумя ободами, причем верхний обод дуговых щитов контактирует посредством роликов с ободом, закрепленным на двух фермах, которые жестко соединены между собой и установлены на опорах, на нижней части дуговых щитов установлены колеса, например, от легкового автомобиля. 2. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что ось выполнена в виде полой металлической трубы из двух частей, которые соединены между собой болтовым креплением при помощи фланцев, вершина и основание оси снабжены подшипниками, корпус верхнего подшипника крепится на горизонтальной площадке, концы которой скрепляют две фермы в средней части. 3. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что ролики крепятся по внешнему периметру обода, закрепленного на фермах. 4. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что колеса дуговых щитов взаимодействуют с желобом, выполненным эксцентрично относительно оси.