Турбовинтовой ветровой двигатель

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветровым электростанциям с несколькими агрегатами повышенной мощности, а также к автономным комплексам в сочетании с постоянными источниками энергоснабжения. Технический результат, заключающийся в существенном повышении эффективности использования восполняемого источника экологически чистой энергии ветра, достигается за счет того, что в турбовинтовом ветровом двигателе, включающем оболочку с винтовыми лопастями, горизонтально расположенный вал и электрический генератор, согласно изобретению вдоль вала с помощью цилиндрических ступиц с конусовидными оголовками крепится несколько рядов турбинных лопастей с несущими элементами, к верхней части которых прикреплена оболочка вращения в виде усеченного конуса, направленного меньшим сечением против ветра, и состоящая из покрытия листовыми материалами и несущего каркаса, к которому присоединены по спирали величиною до полувитка спиралевидные стенки-лопасти с несущими каркасами, не перекрывающие друг друга в направлении к ветру, причем к несущим каркасам с наветренной стороны прикреплены направляющие винтовые полки, обеспечивающие направленное движение потоков воздушных масс в направлении ветра, а с обратной стороны каркасы усилены ребрами жесткости, образуя несущую пространственную жесткую систему, причем отношение длины оболочки к ее среднему диаметру может быть 0,5-3, вал ветрового двигателя установлен на двух опорах, закрепленных на рабочей площадке с поворотной платформой, устанавливаемой против ветра автоматической системой управления, размещаемой на опоре-мачте. 4 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветровым электростанциям с несколькими агрегатами повышенной мощности, а также к автомобильным комплексам в сочетании с постоянными источниками энергоснабжения.

Известно вертикально-осевое колесо, содержащее изогнутые по винтовым линиям лопасти (см. SU 1150395 A, 15.04.1985).

Наиболее близким по технической сущности устройства, принятым за прототип, является турбовинтовой ветровой двигатель, содержащий оболочку с винтовыми лопастями, горизонтально расположенный вал и электрический генератор (см. SU 1237789 A1, 15.06.1986).

Недостатками известных устройств ветровых двигателей являются: - нарушение общего движения потока воздушных масс, что существенно снижает воздействие на рабочие лопасти, особенно вытянутые в пространстве; - ограниченные площади рабочих поверхностей и их глубина в пространстве, что позволяет использовать незначительную часть энергии ветра, в основном, лишь передних плоскостей; - несущие элементы ветровых лопастей в виде консолей без пространственных развязок снижают конструктивные возможности развития ветродвигателей в пространстве; - низкий коэффициент полезного использования энергии ветра и незначительные мощности двигателей требуют значительных земельных площадей, капвложений и эксплуатационных затрат, что сдерживает крупномасштабное применение ветродвигателей в народном хозяйстве.

Технический результат, заключающийся в существенном повышении эффективности использования воспламеняемого источника экономически чистой энергии ветра достигается за счет того, что в турбовинтовом ветровом двигателе, включающем оболочку с винтовыми лопастями, горизонтально расположенный вал и электрический генератор, согласно изобретению вдоль вала с помощью цилиндрических ступиц с конусовидными оголовками крепится несколько рядов турбинных лопастей с несущими элементами, к верхней части которых прикреплена оболочка вращения в виде усеченного конуса, направленного меньшим сечением против ветра, и состоящая из покрытия листовыми материалами и несущего каркаса, к которому присоединены по спирали величиною до полувитка спиралевидные стенки-лопасти с несущими каркасами, не перекрывающие друг друга в направлении к ветру, причем к несущим каркасам с наветренной стороны прикреплены направляющие винтовые полки, обеспечивающие направленное движение потоков воздушных масс в направлении ветра, а с обратной стороны каркасы усилены ребрами жесткости, образуя несущую пространственную жесткую систему, причем отношение длины оболочки к ее среднему диаметру может быть 0,5 - 3, вал ветрового двигателя установлен на двух опорах, закрепленных на рабочей площадке с поворотной платформой, устанавливаемой против ветра автоматической системы управления, размещаемой на опоре-мачте.

На фиг. 1 изображен общий вид двигателя; на фиг. 2 изображен продольный разрез по А-А; на фиг. 3 изображен узел "А" спиралевидной стенки-лопасти с направляющими винтовыми полками; на фиг. 4 изображена схема установки турбовинтового ветрового двигателя.

Турбовинтовой ветровой двигатель представляет собой вал 1 (фиг. 1, 2, 4), к которому через цилиндрические ступицы 2 (фиг. 1, 2) с конусовидными оголовками 3 (фиг. 1, 2) прикреплено несколько рядов турбинных лопастей 4 (фиг. 1, 2) с несущими элементами 4' (фиг. 2), к верхней части которых крепится оболочка вращения 5 (фиг. 1, 4) в виде усеченного конуса, направляемого меньшим сечением против ветра, состоящего из несущего каркаса 6 (фиг. 1, 2) с покрытием из листовых материалов 7 (фиг. 1; 2, 3); к несущему каркасу 6 крепятся по спирали величиной до полувитка спиралевидные стенки-лопасти 8 (фиг. 1, 2), не перекрывая друг друга в направлении к ветру, имеющие несущие каркасы 9 (фиг. 3), к которым с наветренной стороны закреплены направляющие винтовые полки: 10 (фиг. 1, 3) и 11 (фиг. 1, 2, 3), обеспечивающие направленное движение потоков воздушных масс в направлении ветра, а с обратной стороны каркасы 9 усилены ребрами жесткости 12 (фиг. 1, 3), закрытыми покрытием 7, образуя несущую пространственную жесткую систему, включая усиление полками, количество которых назначается в зависимости от переменной высоты стенок-лопастей 8; вал 1 устанавливается на двух обтекаемой формы опорах 13 (фиг. 4), которые крепятся к несущей рабочей площадке 14 (фиг. 4), имеющей поворотную платформу 15 (фиг. 4), закрепленную на опоре-мачте 16 (фиг. 4), двигатель снабжен электрическим генератором 17 (фиг. 4).

Турбовинтовой ветровой двигатель работает следующим образом.

Воздушный поток (H) по мере движения воздействует на турбинные лопасти 4 с несущими элементами 4' и спиралевидные стенки-лопасти 8 с винтовыми направляющими полками 10 и 11, которые придают потокам воздуха (ВП) направленное движение, обеспечивая повышенное воздействие на спиралевидные стенки и не нарушая общих потоков воздушных масс.

Оболочка вращения 5 усиливает воздействие на рабочие лопасти 4 за счет обеспечения дополнительного подпора внешних потоков (ВП), а также за счет возникающих тяговых усилий отсоса (О), повышающих воздействие потоков (ВТ) на турбинные лопасти 4 и потоков (ОС) с обратных сторон стенок-лопастей 8.

Формула изобретения

Турбовинтовой ветровой двигатель, включающий оболочку с винтовыми лопастями, горизонтально расположенный вал и электрический генератор, отличающийся тем, что вдоль вала с помощью цилиндрических ступиц с конусовидными оголовками крепится несколько рядов турбинных лопастей с несущими элементами, к верхней части которых прикреплена оболочка вращения в виде усеченного конуса, направленного меньшим сечением против ветра, и состоящая из покрытия листовыми материалами и несущего каркаса, к которому присоединены по спирали величиною до полувитка спиралевидные стенки-лопасти с несущими каркасами, не перекрывающие друг друга в направлении к ветру, причем к несущим каркасам с наветренной стороны прикреплены направляющие винтовые полки, обеспечивающие направленное движение потоков воздушных масс в направлении ветра, а с обратной стороны каркасы усилены ребрами жесткости, образуя несущую пространственную жесткую систему, причем отношение длины оболочки к ее среднему диаметру может быть 0,5 - 3, вал ветрового двигателя установлен на двух опорах, закрепленных на рабочей площадке с поворотной платформой, устанавливаемой против ветра автоматической системой управления, размещаемой на опоре-мачте.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4