ВЕТРЯНОЙ ДВИГАТЕЛЬ А.Н. СТЕПАНЧУКА Российский патент 2012 года по МПК F03D3/00 

Как известно, энергия ветра есть один из основных возобновляемых вечных источников энергии, который дарит нам Природа. Значит, нужны технические решения (изобретения), которые позволили бы эту энергию оптимальным образом использовать. Неспроста в БСЭ-2 в статье «Ветроэнергетика» утверждается, что «ежели бы один процент удалось использовать из того ветропотенциала, которым располагает СССР, то он мог бы полностью обеспечить себя электроэнергией!» Не надо ГЭС, ТЭС, АЭС и прочих.

По оценкам специалистов атмосфера нашей планеты состоит из огромного числа рокочущих тонн (5,5×10¹⁵ т), и при этом они с большим сожалением и пессимизмом высказываются о тех незначительных крохах пользы, которую человечество может извлечь в настоящее время. Чтобы как-то подступиться к этому природному богатству, изыскиваются его месторождения (?!) подобно тому, как это делается при поиске полезных ископаемых в недрах земли. Это, как правило, береговые и мелководные участки морей и океанов, отдельные районы гор. Считается, что мощность ветрового потока возрастает пропорционально кубу его скорости. Поэтому для эффективной работы ветроэнергетической станции (ВЭС) первостепенное значение имеет выбор места (площадки), на котором она может быть расположена. С моей точки зрения, такой подход к решению ветроэнергетической проблематики выглядит почти нелепо, ибо солнце, нагревая любые участки земной поверхности, порождает конвекцию воздушных масс (ветров) различного масштаба. Среди них слабыми ветрами считаются ветра с 0,6 до 5 м/сек. Технология, разработанная мной, позволяет считать ветра такого диапазона также технически доступными для их использования. А это означает, что необязательно их где-то искать - они вокруг и над нами, мы среди них живем, находимся, - словом, месторождения заветного ископаемого (ветра) обширны (повсеместны), общие запасы огромны. Их не нужно у Природы-матушки отвоевывать, она их щедро может нам дарить! Мое «ноу-хау» целиком основано на гармоничном единении с нею. Ветроэнергетические установки (ВЭУ) можно устанавливать, где угодно: на открытом поле, на плавучих платформах и кораблях, вентиляционных коридорах и на крышах домов, цехов, на отдельных вышках-опорах, лишь бы соблюдалось одно-единственное условие: они (ВЭУ) должны находиться на «семи ветрах», то есть лишь бы им не мешали складки местности, искусственные сооружения, деревья и соседние ВЭУ. Примером может служить ВЭУ на 45 кВт, построенная в 2005 году в городе Донецке на Украине.

Хочется также отметить, что такие установки вообще могут работать при безветренном штилевом состоянии погоды. Хотя, конечно, наличие маломальского ветра упрощает как саму задачу использования воздушного потенциала, так и конструкцию ВЭУ.

В подтверждение такого безветренного варианта есть конструкции (установки), в которых скоростное давление ветра (ветробойность) создается искусственно. Так, имеется запатентованное техническое решение. Автор изобретения немецкий инженер Йорг Шлайх, он дал ему название «Солнечная труба». Я развил его идею дальше и предложил свое техническое решение под названием «Способ освоения слабых ветров и искусственных воздушных потоков для нужд энергетики», на которое 11 февраля 2009 года российским патентным ведомством вынесено «Решение о выдаче патента на изобретение» по заявке №2007113080 RU.

Предметом настоящего изобретения является использование мало-мальски набегающего воздушного потока со скоростью 2,5-5 м/сек, т.е. слабых ветров. В связи с этим возникает ряд специфических проблем: с одной стороны, надо решать, чтобы ветродвигатель не только легко трогался с места и быстро набирал рабочие обороты, но с другой, - он при надлежащей мощности должен быть в своем техническом решении простым, негромоздким и недорогим в финансовых затратах.

Однако винтовые ветряки и на их основе ветряные электростанции (ВЭС) в настоящее время в своих конструктивных решениях сложны, громоздки и дорогостоящи - все это сдерживает пока их развитие. То, что сейчас используется в мире для создания ВЭС, - это все, в основном, заимствовано с ветряных мельниц, которые, мягко говоря, неудачно строились.

Аналогом (прототипом) настоящего изобретения является запатентованное мной изобретение под названием «Пирамидальный ветряной двигатель» (RU 2248463 от 20 марта 2005 г.). Здесь мы видим, что ветряной двигатель содержит вертикальную ось вращения с закрепленными на ней лопастями, которые выполнены в виде системы из трех пирамид с образованием верхнего и нижнего ярусов. При этом каждая лопасть верхнего яруса расположена относительно каждой лопасти нижнего яруса под углом 60°. Лопасти выполнены в виде полых четырехугольных пирамид, благодаря чему обеспечивается четыре угла атаки набегающим воздушным потоком и его улавливание. В традиционных винтовых ветряках - один угол атаки, а вместо улавливания - ометаемость. Мое решение позволяет значительно уменьшить (миниатюризировать) турбину ветродвигателя, сделать его более компактным.

Лично мною за период с 1998 года (когда я для себя построил 30-киловаттную ВЭУ на пирамидальном ветряном двигателе (ПВД) в городе Украинске Донецкой области) и по настоящее время, уже в Белоруссии, велась экспериментально-исследовательская работа, в результате которой выявился ряд недостатков в работе ПВД: в углах лопастей происходит турбулизация (завихрения) атакующего их потока, не весь поток попадает в лопасть, так как выступающая внешняя часть соседней лопасти несколько ее затеняет. По этой причине происходит замедление вращения турбины ПВД и с этим связанное падение мощности на 25-30%.

Целью настоящего изобретения является устранить эти недостатки в работе ПВД и добиться еще большего технического результата и почти повсеместного использования ветрового потенциала, включая слабые ветра.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1-5. На фиг.1 общий вид в модельном исполнении, а на фиг.2-5 представлена деталировка исполнения лопасти, общий вид которой представлен на фиг.5.

Для уяснения сути нового технического решения на фиг.4 в порядке сравнения показаны две лопасти: одна от ПВД (он запатентован) и помещена внутри, а вторая, изобретаемая, она поверху первой.

Здесь видно, что новая лопасть по сути дела ущемленный конус: одна грань остается от пирамиды и она продолжена, а три остальные ее грани стали конусообразными, благодаря чему от набегающего воздушного потока не образуются завихрения.

Оставшаяся четвертая грань несколько продолжена и кренится к оси своим выступающим краем. В этом случае соседняя лопасть своею выступающей частью не затеняет попадание потока в лопасть и этому же служат прямоугольные направляющие щиты, показанные на фиг.1. Они не только направляют воздушный поток целиком в полую часть лопасти, но и скрепляют соседние лопасти между собой, образуя ярус из трех лопастей. Всего же два яруса и шесть лопастей. Здесь ничего не меняется, как и в аналоге.

На фиг.2 и 3 показано, как изготавливать лопасти из листового материала. На фиг.2 изображена выкройка с выступающими рогами, а на фиг.3 видно, что между ними один сектор удален. Затем оба эти рога сводятся накладкой в один. При этом образуется конусоэллипсовидный свод - полая часть лопасти, показанная на фиг.4 и 5. Для крепости сведенные рога крепятся на основание - плиту.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в механическую и электрическую энергии. Ветряной двигатель содержит вертикальную ось вращения с закрепленными на ней в два яруса шестью лопастями. Каждая лопасть выполнена в виде ущемленного с одной стороны конуса, в котором остается одна от пирамиды грань, она несколько продолжена и своим выступающим краем крепится к оси. Между собой лопасти в каждом ярусе крепятся шестью прямоугольными направляющими щитами. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы путем эффективного улавливания набегающего воздушного потока и снижения завихрений в полостях лопасти. Ветряной двигатель способен эффективно работать даже на слабых ветрах с минимальной скоростью 2,5 м/сек. 5 ил.

Ветряной двигатель, содержащий вертикальную ось вращения с закрепленными на ней в два яруса шестью лопастями, отличающийся тем, что каждая лопасть выполнена в виде ущемленного с одной стороны конуса, в котором остается одна от пирамиды грань, она несколько продолжена и своим выступающим краем крепится к оси, а между собой лопасти в каждом ярусе крепятся шестью прямоугольными направляющими щитами.