ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F03D1/02 

Изобретение относится к области ветроэнергетики и касается ветродвигателей с многими ветроколесами.

Известна ветроэлектрическая станция, содержащая горизонтальные валы с закрепленными на них ветроколесами. Ветроколеса установлены в кожухах на раме и кинематически соединены с генераторами (авторское свидетельство СССР 1280180, F 03 D 1/02, 1986).

Известен ветродвигатель, содержащий горизонтальные валы с закрепленными на них ветроколесами. Вертикальные опоры выполнены в виде решеток с прямоугольными ячейками и лопастные ветроколеса расположены между решетками (авторское свидетельство СССР 1130033, F 03 D 1/02, 1985, ближайший аналог).

Недостатком обоих известных ветродвигателей является большая площадь, занимаемая рядом расположенными ветроколесами, и вследствие этого неэффективное использование энергии ветра с определенной площади.

Задачей, решаемой в изобретении, является создание ветродвигателя, в котором обеспечивается наиболее полное преобразование энергии ветра в полезную работу за счет уменьшения проходного сечения для ветрового потока ври прохождении его через ветродвигатель и выбора формы и расположения лопастей.

Задача, решаемая изобретением, достигается за счет того, что в ветродвигателе, содержащем горизонтальные валы с закрепленными на них лопастными ветроколесами, согласно изобретению на каждом валу закреплены два ветроколеса на одинаковом расстоянии друг от друга, оси валов расположены параллельно друг другу так, что лопасти одного ветроколеса каждой соседней пары валов расположены между лопастями двух ветроколес второго вала, каждая лопасть имеет трапециевидную форму с углом раствора, равным половине углового шага расположения лопастей на одном ветроколесе, и на каждом валу лопасти одного ветроколеса смещены относительно лопастей второго ветроколеса в окружном направлении на половину углового шага.

Закрепление на каждом валу двух ветроколес на одинаковом расстоянии друг от друга, расположение осей валов параллельно друг другу так, что лопасти одного ветроколеса каждой соседней пары валов расположены между лопастями двух ветроколес второго вала, выполнение каждой лопасти трапециевидной формы с углом раствора, равным половине углового шага расположения лопастей на одном ветроколесе, и смещение на каждом валу лопастей одного ветроколеса относительно лопастей второго ветроколеса в окружном направлении на половину углового шага позволяет получить близкую к минимальной общую площадь отбора энергии ветра, проходящего через ветродвигатель, а также суммарную площадь проекции всех лопастей обоих ветроколес на одном валу на плоскость, перпендикулярную к оси вращения ветроколес, максимально близкой к площади ометаемой лопастями, что позволяет отбирать мощность всего ветрового потока с ометаемой поверхности.

Ветродвигатель может быть снабжен неподвижным цилиндрическим кожухом, охватывающим все ветроколеса и выдвинутым перед ветроколесами не менее чем на длину лопасти, что позволяет увеличить величину крутящего момента. При вращении ветроколеса отбрасывают воздух в направлении вращения и вперед против направления потока ветра. Отброшенный воздух отражается кожухом так, что поток ветра, набегающий на ветроколеса, оказывается закрученным в сторону их вращения, что увеличивает крутящий момент и тем самым эффективность ветроколес. Из-за отражения этого воздуха наибольшая закрученность набегающего потока ветра достигается при цилиндрическом кожухе. Длина кожуха определяется расстоянием, на котором скорость отраженного воздуха близка к нулю. При оптимальных параметрах лопастей и скорости вращения ветроколес она оказывается близкой к радиусу ветроколес и тем самым к длине лопастей.

Каждая лопасть может быть выполнена с плоской наветренной стороной и с выпуклой подветренной стороной, острыми передней и задней кромками, что обеспечивает уменьшение потерь при вращении лопастей и позволяет создать наибольший крутящий момент и скорость вращения.

Каждая лопасть может быть закручена, что позволяет максимально использовать площадь лопастей для создания крутящего момента.

Выпуклая лопасть может иметь наибольшую толщину в середине ее хорды, что обеспечивает наименьшее профильное сопротивление лопасти.

На фиг. 1 изображен общий вид ветродвигателя; на фиг.2 - вид ветродвигателя спереди; на фиг.3 - вид ветродвигателя сверху; на фиг.4 - вид ветродвигателя сбоку; на фиг.5 - вид на закрученную лопасть.

Ветродвигатель содержит горизонтальные валы 1, 2 с закрепленными на каждом из них двумя лопастными ветроколесами 3, 4 и 5, 6 на одинаковом расстоянии l друг от друга. Число валов может быть неограниченно. Оси валов 1, 2 расположены параллельно друг другу так, что лопасти 7 одного ветроколеса 5 на валу 2 каждой соседней пары валов 1, 2 расположены между лопастями 9 и 10 двух ветроколес 3 и 4 второго вала 1. Лопасти 8 второго ветроколеса 6 на валу 2 перекрывают лопасти 9 ветроколеса 4. Аналогично лопасти 9 ветроколеса 4 на валу 1 соседней пары валов 1 и 2 расположены между лопастями 8 и 7 двух ветроколес 5 и 6 вала 2.

Каждая лопасть 7 или 8, или 9, или 10 имеет трапециевидную форму с углом раствора, равным половине углового шага t расположения лопастей на одном ветроколесе, и на каждом валу 1 или 2 лопасти 9 или 8 одного ветроколеса 4 или 6 смещены относительно лопастей 10 или 7 второго ветроколеса 3 или 5 в окружном направлении на половину углового шага t.

Ветродвигатель может быть снабжен неподвижным цилиндрическим кожухом 11, охватывающим все ветроколеса 3, 4 и 5, 6 и т.п. и выдвинутым перед ветроколесами 4 и 6 не менее чем на длину лопасти L.

Каждая лопасть может быть выполнена с плоской наветренной стороной 12 и выпуклой подветренной стороной 13, а также острыми передней кромкой 14 и задней кромкой 15.

Каждая лопасть может быть закручена.

Каждая выпуклая лопасть может иметь наибольшую толщину в середине ее хорды b.

Ветродвигатель работает следующим образом.

Ветер, воздействуя на трапециевидные лопасти 9, 10 и 8, 7 ветроколес 4, 3 и 6, 5 вызывает вращение валов 1 и 2. Ветер воздействует сначала на перекрывающие друг друга лопасти 9 и 8 ветроколес 4 и 6, что позволяет получить близкую к минимальной общую площадь отбора энергии ветра, проходящего через ветродвигатель и далее воздействует на лопасти 10 и 7 ветроколес 3 и 5, смещенные относительно лопастей 9 и 8, что позволяет получить суммарную площадь проекции всех лопастей обоих ветроколес 4, 3 или 6, 5 на одном валу 1 или 2 на плоскость, перпендикулярную к оси вращения ветроколес, максимально близкой к площади ометаемой лопастями, что позволяет отбирать мощность всего ветрового потока с ометаемой поверхности.

При прохождении ветрового потока через неподвижный цилиндрический кожух 11, охватывающий все ветроколеса 4, 3, 5 и 6, вращаются ветроколеса 4, 3, 5 и 6, лопасти которых отбрасывают воздух в направлении вращения и вперед против направления потока ветра. Отброшенный воздух отражается кожухом 11 так, что поток ветра, набегающий на ветроколеса, оказывается закрученным в сторону их вращения, увеличивая крутящий момент и, тем самым, эффективность ветроколес.

При набегании ветра на лопасти с плоской наветренной стороной 12 и выпуклой подветренной стороной 13, острыми передней кромкой 14 и задней кромкой 15 обеспечивается уменьшение потерь при вращении лопастей, что позволяет создать наибольший крутящий момент и скорость вращения.

При набегании ветра на закрученные лопасти достигается максимальное использование площади лопастей при создании крутящего момента.

При набегании ветра на выпуклую лопасть с наибольшей толщиной в середине ее хорды b обеспечивается наименьшее профильной сопротивление лопасти.

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается ветродвигателей с многими ветроколесами. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании ветродвигателя, в котором обеспечивается наиболее полное преобразование энергии ветра в полезную работу за счет уменьшения проходного сечения для ветрового потока при прохождении его через ветродвигатель и выбора формы и расположения лопастей и обеспечивается за счет того, что ветродвигатель содержит горизонтальные валы с закрепленными на каждом из них двумя лопастными ветроколесами, оси валов расположены параллельно друг другу так, что лопасти одного ветроколеса на валу каждой соседней пары валов расположены между лопастями двух ветроколес второго вала, каждая лопасть имеет трапециевидную форму с углом раствора, равным половине углового шага расположения лопастей на одном ветроколесе, и на каждом валу лопасти одного ветроколеса смещены относительно лопастей второго ветроколеса в окружном направлении на половину углового шага. 1 с. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ветродвигатель, содержащий горизонтальные валы с закрепленными на них лопастными ветроколесами, отличающийся тем, что на каждом валу закреплены два ветроколеса на одинаковом расстоянии друг от друга, оси валов расположены параллельно друг другу так, что лопасти одного ветроколеса каждой соседней пары валов расположены между лопастями двух ветроколес второго вала, каждая лопасть имеет трапециевидную форму с углом раствора, равным половине углового шага расположения лопастей на одном ветроколесе, и на каждом валу лопасти одного ветроколеса смещены относительно лопастей второго ветроколеса в окружном направлении на половину углового шага. 2. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен неподвижным цилиндрическим кожухом, охватывающим все ветроколеса и выдвинутым перед ветроколесами не менее чем на длину лопасти. 3. Ветродвигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что каждая лопасть выполнена с плоской наветренной стороной и выпуклой подветренной стороной, острыми передней и задней кромками. 4. Ветродвигатель по п. 3, отличающийся тем, что лопасть закручена. 5. Ветродвигатель по п. 3 или 4, отличающийся тем, что выпуклая лопасть имеет наибольшую толщину в середине ее хорды.