Ветродвигатель

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована для получения электроэнергии. Задачей использования данной полезной модели является увеличение коэффициента использования энергии ветра, упрощение и удешевление конструкции. Задача решается за счет того, что ветродвигатель, содержащий кольца жесткости, с закрепленными на них не менее двух лопастей, которые соединены траверсами с шарнирными механизмами, содержит узел съема и преобразования механической энергии и генератор. Каждая лопасть выполнена в виде V-образного профиля со скругленными в одну сторону концами и скругленной центральной частью. Лопасти закреплены закладными элементами или вертикальными элементами своего каркаса на кольцах жесткости. Для съема механической энергии применяется редуктор с приводом от вала нижнего шарнирного механизма, или передаточный механизм с роликом (роликами) и элементом в виде кольца, закрепленным на кольце жесткости или на лопастях.

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована для получения электроэнергии или при выполнении механических работ в районах постоянно дующих ветров, где отсутствуют источники электроэнергии.

Известен роторный ветродвигатель, который содержит вертикальную ось вращения, лопасти ротора, направляющий рупор для направления потока ветра на лобовую поверхность лопасти и флюгер. Лопасти ротора выполнены с профилем, образованным параболой: У₁=К¹Х^1/2, где K₂0,7. Для уменьшения свободных колебаний лопасти ротора замыкаются механически по окружности (патент на изобретение 2314433, публ. 27.06.2007).

Известен ветродвигатель, содержащий вертикальный вал с опорными подшипниковыми узлами, установленный с возможностью вращения вокруг своей продольной вертикальной оси, кинематически связанный с>потребителем механической энергии, ветроколесо, состоящее из жестко закрепленных на валу верхнего и нижнего горизонтальных дисков, по периферии которых и между ними равномерно установлены лопасти, направляющий аппарат, установленный на валу с возможностью поворота вокруг оси вала и флюгирования. Между лопастями установлены цилиндрические стяжки, закрепляющие между собой верхний и нижний горизонтальные диски. Лопасти установлены на верхних и нижних осях с возможностью вращения относительно горизонтальных дисков, нижние оси лопастей жестко закреплены относительно поворота вокруг продольных осей лопастей, на нижних концах осей лопастей жестко закреплены кулачки-ползуны, продольная ось поперечного сечения которых направлена перпендикулярно продольной оси поперечного сечения лопасти. Направляющий аппарат состоит из двух сегментов, коаксиально установленных относительно продольной оси вертикального вала, скрепленных между собой основанием в виде сектора. Материал двух сегментов и материал боковой поверхности кулачков-ползунов составляют антифрикционную пару, радиус боковой поверхности кулачков-ползунов равен большему внутреннему радиусу сегмента направляющего аппарата (патент на полезную модель 79948, публ. 20.01.2009 г.).

Недостатком данной конструкции является сложность изготовления.

Известен ветродвигатель, содержащий ветроколесо с вертикальной осью вращения, которое снабжено не менее трех ветровоспринимающих элементов, скрепленными с радиальными траверсами. Траверсы закреплены на вертикальной оси перпендикулярно ей. Внешние концы траверс опираются на кольцевую опору. Ветроколесо установлено с возможностью взаимодействия с генератором электрической энергии. Каждый ветровоспринимающий элемент выполнен в виде щелевого крыла, который содержит не менее двух параллельных лопастей, профилю поперечного сечения которых придана серповидная форма, выпуклая в сторону вращения ветроколеса и вогнутая со стороны ветровоспринимающих поверхностей. Ширина и длина лопастей щелевого крыла увеличивается от его поверхности, воспринимающей ветер, не менее чем на 5% от размеров соседней наименьшей. Поперечному сечению наибольшей лопасти каждого щелевого крыла придана каплеобразная форма, для чего радиус кривизны профиля центральной части ее выпуклой поверхности выполнен меньше, чем у остальных лопастей щелевого крыла (патент РФ на изобретение 2283968, публ. 20.09.2006 г. - прототип).

Недостатком этого изобретения является сложность конструкции.

Задачей использования данной полезной модели является увеличение коэффициента использования энергии ветра, упрощение и удешевление конструкции.

Решение достигается тем, что ветродвигатель, содержащий кольца жесткости, с закрепленными на них не менее двух лопастей, которые соединены траверсами с шарнирными механизмами, узел съема и преобразования механической энергии и генератор, изготовлен так, что каждая лопасть выполнена в виде V -образного профиля со скругленными в одну сторону концами и скругленной центральной частью, причем лопасти закреплены закладными элементами или вертикальными элементами своего каркаса на кольцах жесткости.

Для съема механической энергии в варианте I применяется редуктор, с приводом от вала шарнирного механизма. Для съема механической энергии в варианте II применен передаточный механизм с роликом (роликами) и элементом в виде кольца, закрепленным на кольце жесткости или на лопастях.

Кольца жесткости представляют собой элементы конструкции ветродвигателя, скрепляющие лопасти в единое целое.

Закладные элементы лопастей это элементы конструкции лопасти, за которые она крепится к кольцу жесткости. Закладной элемент выполнен таким образом и установлен в таком месте лопасти, где обеспечивается ее конструктивная прочность при передаче энергии ветра. В качестве закладных элементов лопастей можно использовать пластины с отверстиями, жестко закрепленные на лопастях. К кольцу жесткости, состоящему, например, из отдельных сегментов, закладные элементы лопастей могут присоединяться резьбовыми соединениями.

Вертикальные элементы каркаса лопасти это силовые детали лопасти, выступающие из ее верхнего и нижнего торцов. Они с помощью хомутов или резьбовых соединений крепятся к кольцу жесткости. В качестве вертикальных элементов каркаса можно использовать внутренний силовой каркас лопасти, находящийся под обшивкой.

При воздействии ветра на лопасти ветродвигателя независимо от его направления возникают аэродинамические силы, заставляющие их вращаться. Выбор V-образного профиля лопастей со скругленными концами в одну сторону и скругленными центральными частями обусловлен тем, что происходит не только парусное давление ветра на лопасть, но и обтекание концевых выпуклых поверхностей лопасти. Так как, скорость движения воздушного потока в зоне скругления выше, то в соответствии с уравнением Бернулли в зоне выпуклой концевой части лопасти статическое давление будет меньше, то есть образуется зона разряжения. Таким образом, поток ветра дополнительно будет подтягивать лопасть в сторону ее выпуклой части. Скругление центральной части лопасти улучшает обтекание лопастей, увеличивает кпд использования ветра за счет снижения вихревых потоков.

Соединение лопастей с помощью закладных элементов или вертикальных элементов своего каркаса на кольцах жесткости дает возможность собрать прочную конструкцию из отдельных лопастей, уменьшить материалоемкость ветродвигателя.

Применение передаточного механизма с элементом в виде ролика и кольца, закрепленного на кольце жесткости или на лопастях для съема механической энергии, дает возможность получить высокое передаточное отношение и соответственно высокие обороты, необходимые для работы генератора.

На рисунках дан общий вид ветродвигателя (фиг.1), V-образная лопасть (фиг.2), направление движения воздуха на лопасти ветродвигателя (фиг.3) и вариант соединения лопастей на кольце жесткости с помощью закладных элементов (фиг.4).

На фиг.1 лопасти 1 закреплены хомутами (не показаны на рисунке) на кольцах жесткости 2, которые соединены в верхней и нижней частях ветродвигателя с помощью траверс 3 с шарнирными механизмами 4а и 46. По I варианту генератор 6 приводится во вращение от вала шарнирного механизма через редуктор 5. По II варианту генератор приводится во вращение от ролика 7 катящегося по кольцевому элементу 8.

На фиг.2 представлена лопасть с вертикальным элементами жесткости каркаса 9.

На фиг.4 лопасти 1 соединены с кольцом жесткости 10 с помощью закладных элементов, выполненных, например, в виде пластин 11, которые крепятся к кольцу жесткости посредством резьбовых соединений.

Ветродвигатель работает следующим образом:

Ветер набегает на лопасти и заставляет их вращаться в шарнирных механизмах. Так как лопасти скруглены в одну сторону, то ветродвигатель вращается в одном направлении. Одновременно поток ветра проходит между лопастями, подталкивает лопасть со стороны вогнутой части и подтягивает со стороны выпуклой.

В варианте I ветродвигатель через вал шарнирного механизма передает вращение через редуктор генератору. Генератор вырабатывает электрический ток.

В варианте II ветродвигатель через вал ролика, который катится по кольцевому элементу, передает вращение генератору электрического тока, либо какому-то приводу.

1. Ветродвигатель, содержащий кольца жесткости с закрепленными на них не менее двух лопастей, соединенных траверсами с шарнирными механизмами, узел съема и преобразования механической энергии и генератор, отличающийся тем, что каждая лопасть выполнена в виде V-образного профиля со скругленными в одну сторону концами и скругленной центральной частью, причем лопасти закреплены закладными элементами или вертикальными элементами своего каркаса на кольцах жесткости.

2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что узел преобразования механической энергии ветродвигателя выполнен в виде передаточного механизма, имеющего в своем составе ролик и кольцевой элемент, который крепится к кольцу жесткости или лопастям.