ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ КАРУСЕЛЬНОГО ТИПА Российский патент 2011 года по МПК F03D3/04 

Ветродвигатели карусельного типа используются для преобразования энергии ветра в механическую, которая, в свою очередь, может быть преобразована в другие виды энергии (электрическую, тепловую и т.д.).

Известны ветродвигатели карусельного типа, у которых ось вращения ветроколеса расположена вертикально, а на роторе установлены лопасти [См. Я.И.Шефтер. Использование энергии ветра. «Энергия», Москва, 1975 г. Стр.59-128].

Ветроколесо помещено в корпус, который обеспечивает попадание ветра на лопасти одной половины ветроколеса (по диаметру), в результате чего возникает вращающий момент, в то время как лопасти другой половины остаются закрытыми от ветра, а следовательно, не испытывают его давления и вращающего момента не создают. Результирующий момент заставляет колесо вращаться в ту или другую сторону в зависимости от того, как относительно направления ветра ориентированы лопасти.

Недостатками известных ветродвигателей карусельного типа являются следующие:

- консольное положение лопастей ветроколеса, которое при относительно большой мощности ветродвигателя (примерно 5 кВт и более) вызывает необходимость изготавливать их многократно более прочными, способными противостоять шквальным и ураганным ветрам, а следовательно, и многократно более тяжелыми, чем это требуется для их работы в расчетном режиме;

- возможность использования только половины энергии ветрового потока в проекции на ветроколесо, поскольку половина колеса вынужденно закрыта корпусом (в противном случае оно совсем не будет вращаться или его мощность весьма существенно упадет);

- сравнительно ограниченный диапазон скоростей ветра, при которых может работать ветродвигатель: преимущественно не менее 3 м/с и не более 40 м/с. При скорости ветра 3 м/с и менее ветроколесо просто не может начать вращаться, а при скорости ветра большей максимально допустимой оно автоматически или с помощью приводимого в действие вручную механизма останавливается во избежание поломки;

- невозможность или нецелесообразность постройки ветродвигателя большой единичной мощности (например, 200 кВт и более с ветроколесом диаметром 20 м и более);

- необходимость применения сложной системы регулирования скорости вращения ветроколеса, углов поворота лопастей и т.д.

Задачей настоящего изобретения является устранение отмеченных выше недостатков полностью или в значительной мере. Решение этой задачи достигается тем, что:

- введены кольцевая опора на концах лопастей и, при необходимости, промежуточные кольцевые опоры между точками закрепления лопастей к ротору и их концами;

- лопасти ветроколеса устанавливаются жестко в наиболее эффективные положения уже в процессе изготовления;

- к корпусу ветродвигателя присоединены конфузор и направляющий аппарат;

- введены жалюзи, установленные в направляющем аппарате.

Суть предлагаемого устройства поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображен общий вид ветродвигателя и на Фиг.2 - вид сверху.

Фиг.1: 1 - ротор; 2 - лопасти, закрепленные на роторе; 3 - корпус; 4 - жалюзи; 5 - направляющий аппарат; 6 - конфузор; 7 - опорные колеса; 8 - дорожка катания опорных колес; 9 - промежуточные кольцевые опоры лопастей (изображена одна); 10 - кольцевая опора на концах лопастей.

Фиг.2 - Здесь повторены поз.5, 9 и 10. Другие позиции, обозначенные на Фиг.1, на Фиг.2 не обозначены ввиду их хорошо просматриваемого соответствия.

Стрелками на Фиг.1 и Фиг.2 обозначены:

А - направление ветра; Б - направление вращения ротора; В - направление выхода воздушного потока из ветродвигателя.

Работа ветродвигателя

Поток ветра, имеющий направление стрелки А, набегает на конфузор 6, из него попадает в направляющий аппарат 5 с установленными в нем жалюзи 4 и затем на лопасти 2, закрепленные на роторе 1. При этом ветер оказывает давление на лопасти, что вызывает вращающий момент, который приложен к ротору 2 и заставляет его вращаться вокруг своей продольной оси по направлению стрелки Б. К торцевым концам ротора присоединяются потребители энергии его вращения (электрогенераторы, насосы и т.д., здесь не показанные). Воздушный поток, пройдя внутри ветродвигателя расстояние, равное примерно половине окружности, на которой расположены лопасти, выходит по направлению стрелки В в атмосферу.

Применение конфузора позволяет увеличить площадь улавливания ветра в 2-2,5 раза, соответственно чему увеличивается мощность ветродвигателя.

Большее, чем в 2-2,5 раза, превышение площади улавливания ветра над площадью направляющего аппарата нецелесообразно, поскольку в этом случае не весь поток ветра, набегающий на конфузор, будет успевать протекать по направляющему аппарату, а часть его будет обтекать конфузор снаружи. Понятно, что при этом его энергия не будет использоваться.

Реализация перечисленных отличий на предлагаемом изобретением ветродвигателе позволит получить следующий положительный эффект:

- замена консольного положения лопастей ветроколеса на многоопорное подвижное опирание позволяет в десятки раз увеличить размеры ветроколеса;

- как следствие, становится возможным повышение единичной мощности ветродвигателя, например, до 1000 кВт при диаметре ветроколеса до 130 и высоте до 65 м и соответствующем расположении кольцевых опор;

- устранена необходимость регулировки положения лопастей ветроколеса в процессе эксплуатации, а регулировка скорости и расхода воздушного потока при работе ветродвигателя производится с помощью жалюзи, что много проще и надежнее;

- расширен диапазон скоростей ветра, при которых ветродвигатель может работать, благодаря конфузору, который «ловит» ветер со значительно большей площади, чем известные ветродвигатели, что позволяет использовать скорости ветра менее 3 м/с, например до 0,5 м/с, а благодаря жалюзи скорость воздушного потока внутри ветродвигателя при чрезмерно большой скорости ветра может быть уменьшена до приемлемой величины, так что ветродвигатель может работать при любых скоростях ветра, в том числе и ураганных.

Промышленное использование предлагаемого изобретения будет заключаться в снабжении в основном электрической энергией малых и средних потребителей, а также в работе дополнительным источником в системе региональных электросетей. Не исключается также возможность непосредственного подключения к ветродвигателю каких-либо механизмов и устройств (насосов, вентиляторов и т.п.).

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для производства электроэнергии. Ветродвигатель содержит ветроколесо с вертикальной осью вращения, и корпус, в котором размещено ветроколесо. Корпус снабжен конфузором и направляющим аппаратом, с установленными в нем жалюзи, а также кольцевыми опорами, на которые опираются концы лопастей и их средние участки. Данная конструкция позволяет изготавливать и применять ветродвигатели с диаметром ветроколеса и его высотой, существенно превышающей известные, с соответствующим увеличением их мощности. 2 ил.

Ветродвигатель карусельного типа, имеющий ветроколесо с вертикальной осью вращения и корпус, в котором размещено ветроколесо, отличающийся тем, что корпус снабжен конфузором и направляющим аппаратом с установленными в нем жалюзи, а также кольцевыми опорами, на которые опираются концы лопастей и их средние участки.