EA026608B1 - Ветродвигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения, и может быть использовано для получения механической и электрической энергии. Сущность изобретения заключается в том, что ветродвигатель содержит ветровую турбину с вертикальной осью вращения, снабженную расположенной под ней или над ней на одной с ней оси направляющей системой, состоящей из неподвижной конической насадки, имеющей форму усеченного конуса, обращенного вершиной к ветровой турбине, и расположенными на этой конической насадке вертикальными дугообразными гребнями. Новым в ветродвигателе является неподвижная коническая насадка в виде усеченного конуса, примыкающего вершиной к ветровой турбине с вертикальной осью вращения и соосно ей с расположенными на конической насадке вертикальными дугообразными гребнями, закрепленными вкруговую на наклонной конической поверхности насадки. Формируемый этими гребнями и наклонной поверхностью конической насадки ветровой поток независимо от направления ветра направляет его всегда снаружи на рабочую часть лопастей ветровой турбины, отклоняя при этом в нужном направлении основной боковой ветровой поток. Технический результат: повышение эффективности работы ветродвигателя, увеличение угловой скорости вращения ветровой турбины, возможность использования в условиях с резкопеременным ветром и в районах со слабыми ветрами.

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения, и может быть использовано для получения механической и электрической энергии.

Известен ветродвигатель, содержащий ветровую турбину с вертикальной осью вращения, расположенную внутри направляющей системы, образованной из неподвижных осесимметричных направляющих створок, закрепленных верхней и нижней крышками, причем каждая из лопастей ветровой турбины представляет собой часть боковой поверхности цилиндра с образующей, параллельной оси вращения ветровой турбины (патент РФ № 2168059, кл. Ρ03Ό3/00, опубл. 2001 г.)

Недостатком вышеописанного ветродвигателя является то, что система направляющих ветровой поток створок не дает ощутимого эффекта работы ветровой турбины на практике, т. к. часть воздушного потока с периферийной стороны оказывает частично тормозящее воздействие на лопасти ветровой турбины. Также недостатком данного ветродвигателя является расположение вокруг турбины громоздкого малопродуваемого ветронаправляющего аппарата.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа ветродвигатель, содержащий ветровую турбину с вертикальной осью вращения, образованную из профилированных осесимметричных лопастей, и направляющую систему в виде неподвижных осесимметричных направляющих створок, равномерно расположенных вокруг ветровой турбины и закрепленных верхней и нижней крышками (патент РФ № 2399789, кл. Ρ03Ό3/04, опубл. 2010 г.)

Основным недостатком известного устройства является наличие громоздкой направляющей системы в виде неподвижных осесимметричных направляющих створок, расположенных вокруг ветровой турбины с вертикальной осью вращения, закрепленных между крышками, что создает на практике запирающий эффект для потока воздуха при формировании ветрового потока, обтекающего конструкцию.

Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а также создание такой конструкции ветродвигателя, которая позволила бы получить следующий технический результат: увеличить использование ветрового потока, уменьшить трудоемкость изготовления, улучшить продуваемость ветровой турбины, улучшить условия эксплуатации и возможность использования при слабых ветровых потоках.

Поставленная задача достигается тем, что ветродвигатель, содержащий ветровую турбину с вертикальной осью вращения, имеет закрепленную около ветровой турбины на одной с ней вертикальной оси направляющую систему в виде неподвижной конической насадки, имеющей форму усеченного конуса, с вершиной, обращенной в сторону ветровой турбины, с диаметром вершины усеченного конуса, равным диаметру ветровой турбины, с расположенными на боковой наклонной поверхности этой конической насадки вертикальными дугообразными гребнями, направляющими ветровой поток к ветровой турбине с вертикальной осью вращения.

Сопоставительный с прототипом анализ показывает, что заявляемый ветродвигатель отличается направляющей системой, содержащей неподвижную коническую насадку, с равномерно расположенными вкруговую на боковой наклонной поверхности этой конической насадки вертикальными дугообразными гребнями, прикрепляемыми своим основанием к ее боковой наклонной поверхности, позволяющей направлять ветровой поток на лопасти ветровой турбины наиболее эффективным образом при любом направлении ветра, собирая ветровой поток по всей высоте конической насадки, дополнительно к основному боковому ветровому потоку, проходящему по всей высоте ветровой турбины, корректируя при этом направление основного ветрового потока при его попадании на лопасти этой ветровой турбины. Сама направляющая система непосредственно примыкает к ветровой турбине снизу или сверху соосно ей располагаясь вершиной конуса в сторону ветровой турбины.

В заявляемом ветродвигателе направляющая система содержит вкруговую закрепленные на боковой наклонной поверхности неподвижной конической насадки, имеющей вид усеченного конуса, направляющие ветровой поток вертикальные дугообразные гребни. В прототипе направляющая система выполнена в виде неподвижных осесимметричных направляющих створок, равномерно расположенных вокруг ветровой турбины по всей ее высоте и закрепленных верхней и нижней крышками.

В заявляемом ветродвигателе ветровой поток направляется вертикальными дугообразными гребнями с боковой наклонной поверхности конической насадки снаружи на лопасти ветровой турбины, дополняя, направляя и усиливая основной ветровой поток, проходящий через ветровую турбину сбоку. В прототипе же боковой ветровой поток, входящий и направляемый через направляющую систему осесимметричных створок, является единственным для работы ветровой турбины с вертикальной осью вращения.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена общая схема предлагаемого устройства с нижним расположением направляющей системы (вид сбоку);

на фиг. 2 представлена общая схема устройства (вид сверху); на фиг. 3 представлен разрез по А-А фиг. 2; на фиг. 4 представлен разрез по В-В фиг. 2; на фиг. 5 представлен фрагмент I фиг. 3;

на фиг. 6 представлена общая схема устройства с верхним расположением направляющей системы

- 1 026608 (вид сбоку).

Ветродвигатель состоит из ветровой турбины 1, включающей в себя лопасти 2, закрепленные между верхней и нижней крышками дисками 3, установленными на вертикальной оси 4, соединенной с электрогенератором 5. Электрогенератор 5 установлен на основании 6; направляющая система 7 состоит из конической насадки 8, примыкающей к ветровой турбине 1 соосно вертикальной оси 4, и вертикальных дугообразных гребней 9. Направляющая система 7 установлена на опорной раме 10.

Ветродвигатель работает следующим образом.

Рассмотрим работу ветродвигателя с нижним расположением направляющей системы. Ветровой поток попадает на направляющую систему 7, откуда поступает на лопасти 2 ветровой турбины 1, при этом отклоняясь и направляясь вертикальными дугообразными гребнями 9 в правую рабочую половину ветровой турбины 1. При этом принимается, что вертикальная турбина 1 вращается против часовой стрелки (фиг. 2).

Так как вертикальные дугообразные гребни 9 расположены на конической насадке 8 равномерно и в вкруговую, то с какой бы стороны направляющей системы 7 не был направлен ветровой поток, он будет направлен в нужную рабочую часть ветровой турбины 1, отклоняя при этом основной боковой ветровой поток, проходящий выше направляющей системы 7, на уровне ветровой турбины 1. Оптимальное количество таких вертикальных дугообразных гребней 9 составляет от 6 до 11 штук. Наиболее приемлемая высота таких вертикальных дугообразных гребней 9 составляет около половины высоты ветровой турбины 1 с вертикальной осью вращения 4.

Ветровой поток, попадая на лопасти 2 ветровой турбины 1, производит ее вращение, также вращая при этом электрогенератор 5. Пройдя через лопасти 2 ветровой турбины 1, ветровой поток, выполнив полезную работу по ее вращению, проходит свободно за пределы конструкции.

Величина угла φ, образованного между боковой наклонной поверхностью конической насадки 8 направляющей системы 7 и линией горизонта, должна находится в пределах от 20 до 42°, что составит оптимальный вариант для конструкции ветродвигателя.

Такая конструкция направляющей системы позволяет существенно увеличить эффективность работы ветродвигателя за счет направления основного бокового ветрового потока на нужную часть ветровой турбины с добавлением ветрового потока, обтекающего коническую насадку и подводимого вертикальными дугообразными гребнями, вкруговую расположенными на конической насадке, к рабочим лопастям ветровой турбины с вертикальной осью вращения.

В предлагаемой конструкции ветродвигателя направляющая система в виде конической насадки с вертикальными дугообразными гребнями может располагаться как ниже (как в рассматриваемом варианте), так и выше ветровой турбины. Причем при верхнем расположении нашей направляющей системы, (фиг. 6) усеченная вершина его конической насадки будет обращена вниз, к ветровой турбине.

Заявленная конструкция ветродвигателя не создает никаких помех и заграждений, затрудняющих прохождение ветрового потока через ветровую турбину с вертикальной осью вращения.

Таким образом, заявленная конструкция имеет ряд преимуществ, а именно возможность работы при сравнительно небольшом ветре благодаря концентрации дополнительного ветрового потока на рабочих лопастях ветровой турбины;

простота и компактность конструкции;

возможность изготовления ветродвигателей разных типоразмеров, различной установленной мощности;

отсутствие устройства ориентации на ветер и токосьемного устройства электрогенератора, что упрощает конструкцию ветрогенератора в целом и увеличивает надежность его работы;

возможность установки ветродвигателя на крышах домов с возможным использованием элементов конструкций зданий в качестве направляющей системы для ветровой турбины;

универсальность использования предлагаемой направляющей системы как дополнения к любым готовым ветродвигателям, имеющим различные типы ветровых турбин с вертикальной осью вращения, и их лопастей.

Была проведена экспериментальная продувка модели ветровой турбины с направляющей системой в виде конической насадки, снабженной вертикальными дугообразными гребнями, и этой же ветровой турбины без направляющей системы.

Результатом применения предлагаемой конструкции направляющей системы явилось сравнительное увеличение угловой скорости ветровой турбины, в среднем в 1,5 раза. Соответственно достигнут и экспериментально подтвержден следующий технический результат:

повысилась эффективность работы ветровой турбины с предлагаемой направляющей системой, увеличился ветровой поток, проходящий через рабочие лопасти ветровой турбины ветродвигателя, увеличилась ее угловая скорость, появилась возможность более эффективного использования такой конструкции ветродвигателя в условиях с резкопеременным ветром и в районах со слабыми ветрами, со значительным увеличением выработки электроэнергии.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Ветродвигатель, содержащий ветровую турбину (1) с вертикальной осью вращения (4), образованную из профилированных осесимметричных лопастей (2), соединенных верхней и нижней круглыми крышками (3), отличающийся тем, что содержит направляющую систему (7), которая примыкает к ветровой турбине (1), находясь выше или ниже нее на одной с ней оси, и состоит из неподвижной конической насадки (8) в виде усеченного конуса, обращенного вершиной к ветровой турбине (1), и вертикальных дугообразных гребней (9), равномерно и вкруговую закрепленных на боковой поверхности конической насадки (8) и имеющих высоту до половины высоты ветровой турбины (1).