Ветродвигатель

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям, и может быть использовано для получения механической или электрической энергии. Технический результат заключается в повышении коэффициента использования энергии ветра и обеспечивается за счет того, что в ветродвигателе, содержащем установленную в статоре на вертикальной оси турбину и систему поворотных ветронаправляющих экранов, согласно изобретению статор выполнен в виде группы сопряженных друг с другом по боковым сторонам усеченных пирамид, обращенных малым основанием к оси вращения ветротурбины, а оси поворота экранов расположены в углах малого основания. 2 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям, и может использоваться для получения механической и электрической энергии.

Известен ветродвигатель, содержащий ветровую турбину и две системы ветронаправляющих экранов - внешнюю и внутреннюю [1]. Внешняя система со свободно поворачивающимися экранами захватывает воздушный поток, изменяя его направление только по краям ветродвигателя, направляет его на внутреннюю, стационарную систему ветронаправляющих экранов, которая вновь изменяя направление воздушного потока, направляет его на лопасти ветротурбины.

Недостатком известного ветродвигателя является недостаточный коэффициент использования энергии ветра. Кроме того, наличие двойной системы ветронаправляющих экранов неоправданно усложняет конструкцию устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является ветродвигатель, содержащий установленную в статоре на вертикальной оси турбину и систему ветронаправляющих экранов [2]. В известном устройстве каждый ветронаправляющий экран непосредственно ориентирован на лопасть турбины и крайние положения экрана определяют размер лопасти ветротурбины. При этом ветродвигатель снабжен стопорами, определяющими крайние положения и величину свободного поворота ветронаправляющих экранов.

Недостатками известного устройства является также невысокий коэффициент использования энергии ветра.

Целью изобретения является повышение коэффициента использования энергии ветра. Поставленная цель достигается за счет того, что в ветродвигателе, содержащем установленную в статоре на вертикальной оси турбину и систему поворотных ветронаправляющих экранов, статор выполнен в виде группы усеченных пирамид, сопряженных друг с другом по боковым сторонам и обращенных малым основанием к оси вращения турбины, а оси поворота экранов расположены в углах малого основания.

Сопоставительный анализ заявленного технического решения с прототипом позволил выявить отличительные признаки, что доказывает его соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "новизна". При поиске аналогов прототипа не обнаружены технические решения, сходные с отличительными признаками заявленного решения, что доказывает соответствие заявленной совокупности признаков критерию изобретения "изобретательский уровень".

Сущность предложения поясняется чертежами, на которых схематически представлены:

Фиг.1 - ветродвигатель в плане.

Фиг.2 - то же, но с измененным направлением ветра.

Ветродвигатель представляет собой турбину 1 с лопастями 2, закрепленную на вертикальном валу 3. Вал 3 в свою очередь смонтирован в опорах статора 4 (опоры на чертежах не показаны). Статор 4 представляет собой группу усеченных пирамид, сопряженных друг с другом по боковым сторонам и обращенных малым основанием к оси вращения вала 3 турбины 1. В углах малого основания расположены вертикальные оси 5 поворота ветронаправляющих экранов 6, поворачивающихся под воздействием ветрового потока. Угол поворота ветронаправляющих экранов 6 ограничен стопорами 7. Усеченные пирамиды статора 4 является, по существу, воздушными диффузорами и увеличивают скорость ветрового потока при воздействии последнего на лопасти 2 турбины 1. Ветронаправляющие экраны формируют ветровой поток, вращающий ротор. Скорость ветрового потока, направленного на лопасти ротора, увеличена по сравнению со скоростью набегающего потока. Увеличение скорости определяется отношением площадей входного и выходного сечения раструбов статора. Увеличение скорости ветрового потока приводит к увеличению угловой скорости вращения ротора, что в свою очередь упрощает преобразование в другой вид энергии.

Сопоставительный функциональный анализ с прототипом показывает, что статор заявленного ветродвигателя выполняет одновременно следующие функции: захватывает воздушный поток как с наветренной, так и с подветренной поверхности ветродвигателя; изменяет направление воздушного потока в наиболее благоприятном направлении; воздушный поток не создает момент против вращения ротора; увеличивает скоростной напор воздушного потока.

В заявленном ветродвигателе меньше сопротивления на пути движения воздушных потоков, идущих к лопастям ветротурбины, и не создается момент, направленный против вращения ротора, что повышает вращающийся момент и повышает коэффициент использования энергии ветра.

Ветродвигатель работает следующим образом. При появлении ветра воздушный поток V1 направляется к ветровой турбине 1 через сужающийся раструб статора 4 и ветронаправляющие экраны 6, которые под воздействием ветра занимают положение, при котором создается вращающий турбину воздушный поток V2. Этот воздушный поток, взаимодействуя с лопастями 2 ветровой турбины 1, создает момент, вращающий турбину 1 на вертикальном валу 3. Далее воздушный поток V2, проходя через ветровую турбину 1, направляется на выход через ветронаправляющие экраны 6 и расширяющийся раструб статора 4. Этот воздушный поток V2 создает дополнительный момент за счет разряжения на выходе расширяющегося раструба (конфузора). С изменением направления ветра ветронаправляющие экраны 6 поворачиваются вокруг оси 5, занимая при этом положения, способствующие наиболее эффективному воздействию воздушного потока на лопасти 2 ветровой турбины 1. Угол поворота α ветронаправляющих экранов 6 вокруг оси 5 ограничивается стопорами 7. При количестве раструбов статора 4 не менее пяти работа ветродвигателя не зависит от направления движения воздуха, а его конструкция позволяет максимально полно использовать энергию ветра.

Источники информации

1. Заявка Франции № 2512118, кл. F 03 D 3/04 от 1983 г.

2. Патент РФ № 2074980, кл. F 03 D 3/04 от 1997 г.

Ветродвигатель, содержащий установленную в статоре на вертикальной оси турбину и систему поворотных ветронаправляющих экранов, отличающийся тем, что статор выполнен в виде группы сопряженных друг с другом по боковым сторонам усеченных пирамид, обращенных малым основанием к оси вращения ветротурбины, а оси поворота экранов расположены в углах малого основания.