Ветродвигатель
Использование: изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям, преобразующим энергию ветра во вращение вала. Сущность изобретения: ветродвигатель, представляющий собой ротор в виде вала 1 с закрепленными на нем винтовыми лопастями 2, установлен наклонно к горизонтальной плоскости. Наибольшую мощность ветродвигатель развивает в том случае, когда угол наклона ротора к горизонтальной плоскости меньше угла наклона винтовой линии лопастей к оси ротора на угол, определяемый по формуле: где n - частота вращения ротора, H - шаг винтовой линии лопастей, Vвет - скорость ветра, k - коэффициент пропорциональности, 3 ил.
Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно, к ветродвигателям, преобразующим энергию ветра во вращение вала.
Известен ветродвигатель (а.с. N 1225912, F 03 В 5/00, 1986), содержащий ротор в виде вала с закрепленными на нем винтовыми лопастями. Ротор установлен к горизонтальной плоскости под углом, равным углу наклона винтовой линии лопастей. Полагается, что при таком наклоне ротора винтовые лопасти воспринимают скоростной напор ветра своими частями, расположенными только с одной стороны вала, а с другой стороны вала части винтовых лопастей располагаются горизонтально, и ветер проходит между ними свободно, не оказывая воздействия. Однако при угле наклона ротора к горизонтальной плоскости, равном углу подъема винтовой линии лопастей, обтекание частей лопастей, расположенных горизонтально, происходит под углом атаки между скоростями ветра в относительном и абсолютном движениях. Возникающая аэродинамическая сила создает момент, препятствующий вращению ротора, снижает КПД и соответственно мощность ветродвигателя. Целью изобретения является повышение мощности (КПД) ветродвигателя. Для этого угол наклона ротора к горизонтальной плоскости должен быть меньше угла наклона винтовой линии лопастей на угол, определяемый по формуле: где k коэффициент пропорциональности; n частота вращения ротора; H шаг винтовой линии лопастей; vвет скорость ветра. На фиг.1 изображен общий вид ветродвигателя; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 полученный экспериментально график зависимости частоты вращения ротора с винтовыми лопастями от угла его наклона к горизонтальной плоскости. Ветродвигатель содержит ротор, состоящий из вала 1 с винтовыми лопастями 2. Ротор установлен под углом к горизонтальной плоскости 3 в подшипниковых узлах на опоре и кинематически связан с генератором (не показано). Также на фиг. 1 изображено векторное разложение скоростей, образуемое при взаимодействии ветрового потока и частью винтовой лопасти, не оказывающей ему сопротивления. Расположенный горизонтально вектор абсолютной скорости воздушного потока равен геометрической сумме векторов относительной скорости воздушного потока направленной вдоль поверхности лопасти и переносной скорости создаваемой из-за вращения винтовой лопасти и направленной перпендикулярно ей. В этом случае угол дополнительного наклона ротора к горизонтальной плоскости определится из соотношения: Переносная скорость vпер связана со скоростью подъема винтовой линии лопастей vвинт соотношением: vпер = vвинтsin,где угол наклона винтовой линии лопастей к оси ротора. При этом vвинт определяется по формуле:
где
n частота вращения ротора;
H шаг винтовой линии лопастей. Тогда
При определении оптимального угла наклона ротора к горизонтальной плоскости некоторое влияние будут оказывать и остальные части лопастей (передние и задние кромки, части лопастей, воспринимающие скоростной напор ветра). Это влияние можно учесть коэффициентом k, куда войдут также постоянные величины в полученной формуле. В этом случае:
Приведенные выше теоретические обоснования подтверждаются результатами продувок экспериментального образца винтового ротора диаметром 1 м с углом наклона винтовой линии лопастей к оси ротора 68o воздушным потоком, имеющим скорость 11 м/с (фиг.3).
Формула изобретения
где n частота вращения ротора;
H шаг винтовой линии лопастей;
vвет скорость ветра;
k коэффициент пропорциональности.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3