Ветродвигатель
Полезная модель предназначена для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию. Ветродвигатель содержит центральное тело, состоящее из лобового обтекателя, средней части и хвостового обтекателя, лопатки и кольцевой обтекатель с сечением формы несимметричного профиля крыла. Технический результат состоит в увеличении коэффициента полезного действия ветродвигателя. Указанный технический результат достигается за счет того, что ветродвигатель дополнительно содержит направляющий аппарат с лопатками, установленными в плоскости, соответствующей минимальному внутреннему диаметру кольцевого обтекателя, причем лобовой обтекатель выполнен в форме полусферы, выпуклая часть кольцевого обтекателя является образующей его внутренней поверхности, средняя часть центрального тела выполнена в виде осевой турбины с лопатками, установленными за направляющим аппаратом, а отношение максимального диаметра центрального тела к внешнему диаметру турбины составляет 0,45-0,55.
Полезная модель предназначена для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию.
Широко известны ветродвигатели, содержащие центральное тело и рабочие лопатки пропеллерного типа (RU 2029884, JP 2009257310, FR 2920206).
Такие ветродвигатели не рассчитаны на работу при малых скоростях ветра, как правило, они входят в виде модуля в состав ветроэнергетических установок. Эти ветродвигатели устанавливают вдали от жилых домов, поскольку результатом их работы является эрозия почвы, а также гибель птиц, насекомых, попадающих во вращающиеся лопатки пропеллерного типа.
Известен ветродвигатель, включающий центральное тело, состоящее из неподвижного с лобового обтекателя, вращающейся средней части и хвостового обтекателя, имеющего параболический контур, лопатки направляющего аппарата и обечайку (RU 2331791). Известный ветродвигатель содержит осесимметричный диффузорный ускоритель с лопатками направляющего аппарата, имеющими отклоняемый закрылок, вращающаяся средняя часть центрального тела выполнена в виде ротора электрогенератора с лопатками ветроколеса пропеллерного типа, при этом ветродвигатель снабжен цилиндрическими обечайками, прикрепленными радиальными стойками к центральному телу с возможностью образования с ним кольцевого зазора.
Известный ветродвигатель имеет большую материалоемкость, сложную конструкцию и небезопасную работу в связи с использованием лопаток ветроколеса пропеллерного типа. Наличие диффузорного ускорителя и цилиндрических обечаек не снижает существенно шума работающего ветродвигателя, плоская форма лобового обтекателя не способствует эффективности работы ветродвигателя.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является известный ветродвигатель, включающий центральное тело, состоящее из лобового обтекателя, средней части и хвостового обтекателя, лопатки и кольцевой обтекатель с сечением формы несимметричного профиля крыла (RU 12195 - прототип). Носовая часть центрального тела (лобовой обтекатель) имеет форму эллипсоида вращения, диаметр которого составляет 0,4-0,6 от максимального диаметра кольцевого обтекателя и длина 0,4-0,5 от диаметра эллипсоида. Такое выполнение лобового обтекателя и выполнение кольцевого обтекателя с сечением формы несимметричного профиля крыла обеспечивают повышение коэффициента полезного действия ветродвигателя по сравнению с выполнением лобового обтекателя плоской формы, а кольцевого обтекателя цилиндрической формы. Однако проведенные сравнительные испытания ветродвигателя по прототипу при скорости ветра от 1 м/сек до 20 м/сек. показали, что его коэффициент полезного действия (расчет по Бетцу) не превышает 32%.
Технической задачей полезной модели является разработка ветродвигателя, лишенного указанного недостатка.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в повышении коэффициента полезного действия ветродвигателя.
Указанный технический результат достигается тем, что ветродвигатель, включающий центральное тело, состоящее из лобового обтекателя, средней части и хвостового обтекателя, лопатки и кольцевой обтекатель с сечением формы несимметричного профиля крыла, дополнительно содержит направляющий аппарат с лопатками, установленными в плоскости, соответствующей минимальному внутреннему диаметру кольцевого обтекателя, причем лобовой обтекатель выполнен в форме полусферы, выпуклая часть кольцевого обтекателя является образующей его внутренней поверхности, средняя часть центрального тела выполнена в виде осевой турбины с лопатками, установленными за направляющим аппаратом, а отношение максимального диаметра центрального тела к внешнему диаметру турбины составляет 0,45-0,55.
Конструкция предлагаемого ветродвигателя аналогична конструкции ветродвигателя по прототипу (RU 12195), конструкция направляющего аппарата может быть выполнена любой, например, как в US 4075500. В качестве турбины может быть использована любая газовая турбина, например, по US 6786697, RU 2124142 и др.
Как показали эксперименты, выполнение вращающейся средней части центрального тела в виде осевой турбины позволяет повысить коэффициент полезного действия ветродвигателя по сравнению с прототипом. При изменении числа лопаток турбины частота вращения и мощность повышались с увеличением числа лопаток турбины, что отсутствует в ветродвигателях с лопатками пропеллерного типа.
Как показали эксперименты, наличие направляющего аппарата с лопатками, установленными в плоскости, соответствующей минимальному внутреннему диаметру кольцевого обтекателя, создает предварительную закрутку ветрового потока на подходе к осевой турбине с лопатками, установленными за направляющим аппаратом, что дает существенный выигрыш в мощности.
Как показали эксперименты, выполнение лобового обтекателя в форме полусферы, выполнение кольцевого обтекателя с выпуклой частью, являющейся образующей его внутренней поверхности, при отношении максимального диаметра центрального тела к внешнему диаметру турбины 0,45-0,55 создает эффект концентратора энергии ветра, повышает эффективность отбора ветровой мощности. В результате проведенных испытаний было установлено, что при предлагаемой конструкции ветродвигателя выполнение отношения максимального диаметра центрального тела к внешнему диаметру турбины выше 0,55 приводит к снижению коэффициента полезного действия, а выполнение отношения ниже 0,45 нецелесообразно в связи с увеличением металлоемкости конструкции.
Максимальный коэффициент полезного действия (расчет по Бетцу) предлагаемого ветродвигателя с 32 лопатками турбины при скорости ветра от 1 м/сек до 20 м/сек. составил 46%, т.е. на 14% выше, чем в прототипе.
Ветродвигатель, включающий центральное тело, состоящее из лобового обтекателя, средней части и хвостового обтекателя, лопатки и кольцевой обтекатель с сечением формы несимметричного профиля крыла, отличающийся тем, что он дополнительно содержит направляющий аппарат с лопатками, установленными в плоскости, соответствующей минимальному внутреннему диаметру кольцевого обтекателя, причем лобовой обтекатель выполнен в форме полусферы, выпуклая часть кольцевого обтекателя является образующей его внутренней поверхности, средняя часть центрального тела выполнена в виде осевой турбины с лопатками, установленными за направляющим аппаратом, а отношение максимального диаметра центрального тела к внешнему диаметру турбины составляет 0,45-0,55.
