Ветродвигатель с лопастью-флюгером

(51) 03 3/04 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ ветрами преимущественно дующим в одном направлении. Оно касается ветроустановок с длинными горизонтальными валами, направленных вдоль преимущественного ветра и прикрепленным вдоль вала нижних кромок широких лопастей с аэродинамическими профилями. Для повышения мощности этих ветротурбин предлагается использовать лопасть ветродвигателя как флюгер направления ветра и,одновременно,исполнительный механизм ориентации лопасти по ветру при изменениях его направления.(76) Комбаров Марат Нигметович Комбаров Саян Марленович Комбаров Тлек Сакенович(56) Инновационный патент РК 23034, 2010(57) Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для повышения мощности ветроэнергетических установок в регионах с Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для создания ветроэнергетических установок большой мощности. Известен ветродвигатель с лопастями,имеющими аэродинамические профили отличающийся тем, что длинный вал ветродвигателя расположен параллельно направлению ветра, а широкие с малым радиусом лопасти прикреплены жестко вдоль вала и создают ему вращающий момент перпендикулярно направлению ветра.(Инновационный патент на изобретение Республики Казахстан 23034, 15.10.2010 г). Такие ВЭУ предназначены для использования в регионах, где ветра в течение года дуют, в основном, в одном направлении, в так называемых ветряных коридорах. Как известно, мощность ветродвигателя с лопастями имеющими аэродинамические профили зависит от угла атаки лопастей по отношению к ветровому потоку. То есть угла между вектором ламинарного потока воздуха и хорды аэродинамической лопасти (линия соединяющая крайние точки профиля лопасти по ее ширине). Лопасть закреплена вдоль вала ветротурбины. Однако ветер, дующий в одном направлении,может быть неидеально параллельным по отношению к положению вала и не точно совпадать с его направлением. То есть ветер имеет свойство флуктуации по направлению до десятка градусов, но не 90 градусов, это уже поперечный ветер, когда, к примеру, пара лопастей (верхний и нижний по отношению к валу) будут создавать противоположные вращающие моменты,уравновешивающие друг друга под действием напора ветра, а не аэродинамических сил. Как известно,для конкретного аэродинамического профиля имеется оптимальный угол атаки лопасти, обеспечивающий для текущего направления ветра наибольшее аэродинамическое усилие. В случае с ветродвигателем - им является усилие воздействия аэродинамических сил ветра на лопасть, который создает вращающий момент на валу ветрдвигателя. Если вал ветродвигателя с жестко закрепленной на ней лопастью не ориентировать по отношению к меняющемуся направлению ветра для получения оптимального угла атаки, то сила воздействия на лопасть, а следовательно и мощность от ветротурбины, будет не максимальной, поскольку воздействие на лопасть не будет максимальным при данном текущем направлении ветра. В этих случаях необходимо несколько изменять положение направления вала с лопастью на ней соответственно флуктуации текущего ветра. Чтобы поменять направление расположения вала нужны механизмы, отслеживающие направление ветра, а также механизм поворачивающий вал ветродвигателя вдоль ветра. Задача состоит в том, чтобы без дополнительных вспомогательных устройств - флюгера-указателя направления ветра и исполнительного механизма ориентации лопасти во ветру - обеспечить нужное положение вала с лопастью закрепленной на нем, обеспечивающее, при данном текущем значении и направлении ветра, возможно большую ее мощность и соответственно выработку э/э. Задача решается тем, что в качестве флюгера и одновременно исполнительным механизмом поворота вала (с лопастью закрепленной на нем) выполняется самой лопастью. Это возможно потому, что лопасть предлагаемого ветродвигателя имеет в корневом (самом нижнем) сечении большую ширину в несколько метров, обеспечивающая большую площадь лопасти. Высота (радиус) лопасти превышает ее ширину, а переменная толщина лопасти в корневом сечении (профиль) - в несколько раз меньше хорды лопасти. Такая форма лопасти, обдуваемая с двух сторон ветром, всегда будет стремиться занять такое положение, при котором она будет иметь наименьшее сопротивление ветру, то есть будет работать как флюгер указателя ветра. А давления на лопасть, изза ее большой площади, достаточно, чтобы развернуть вал ветродвигателя с закрепленной на ней лопасть вдоль ветра. Для осуществления этих функций лопастью ветротурбины один конец вала закрепляют в гнезде с подшипником. Гнездо закрепляется на краю подвижной платформы обращенной к валу. Этот край платформы имеет возможность перемещаться поперек направления вала (то есть влево - вправо) Противоположный конец платформы шарнирно закрепляют на неподвижной оси, с возможностью поворачиваться вокруг ее. Второй конец вала аналогично опирают на другую подвижную платформу, также обеспечивающей перемещение ее вместе с концом вала, но по дуге с центром на вышеупомянутой оси. Таким образом радиус вращения состоит из длины первой платформы,длины закрепленного на нем вала, длины второй платформы, на котором закреплен второй конец вала. Сущность изобретения состоит в автоматическом ориентировании лопастей ветродвигателя вдоль изменяющего свое направление ветра,что повышает его эффективность, то есть повышает выработку электроэнергии. На фигуре изображен вал ветродвигателя (3) с закрепленной на нем лопастями с широкой нижней корневой частью (4). Вал ветродвигателя опирается на опорный подшипник (3), который жестко прикреплен к краю подвижной платформы (1) обращенный к валу (3). На противоположном конце этой платформы (на ней также размещается электрогенератор) имеется отверстие, в которое находится ось (6). Эта ось закреплена на неподвижной площадке (2), размещаемой на высокой опоре. Второй конец вала закрепляется аналогичным образом, что и первый, только на второй подвижной платформе (имеющей каток или иное устройство и могущее перемещаться по дуге, а также взад - вперед вдоль направления вала). Указанная платформа свободна и не имеет оси. Последнее необходимо для того, чтобы при качаниях площадки вместе с опорой при 2 возникновении землетрясения,по которой перемещается подвижная платформа,вал ветродвигателя не был жестко связан с ней и не повреждался. То есть ветродвигатель мог бы использоваться в ветряных регионах, имеющих сейсмичность. Предполагается, что неподвижная площадка, также и первая, размещается на опоре. Если ветер изменил направление под каким- то углом по отношению к существующему направлению вала и закрепленным на нем лопасти,то давление (напор) на поверхность лопасти будет увеличиваться, и лопасть, как флюгер, будет стараться занять новое положение с тем, что бы снизить сопротивление ветру,для чего поворачивается так вокруг оси,чтобы сопротивление ветру снизилось. При меняющихся направлениях ветров вся конструкция также автоматически под давлением ветра на лопасть будет постоянно рыскать в зависимости от интенсивности изменения направления ветра. Но поскольку лопасть имеет достаточный вес, то резких движений не будет. Лопасти с валом одновременно будут вращаться за счет действия аэродинамических сил, за исключением случаев, когда ветер будет дуть в перпендикулярном направлении по отношению в плоскости лопастей. Но этот случай выходит за рамки ограничительной части,поскольку рассматривается работа лопастей при ветрах дующих в одном направлении - вдоль них. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветродвигатель, с длинным горизонтальным валом расположенным параллельно направлению ветра и широкими аэродинамическими лопастями прикрепленными вдоль вала, применяемый для ветряных регионов имеющих ветра одного направления отличающийся тем, один конец вала закреплен на горизонтальной платформе на краю,обращенной к нему, и имеющей возможность вращаться по горизонтальной платформе вокруг неподвижной вертикальной оси, расположенной на противоположном краю этой платформы по направлению вала, а второй конец вала закреплен аналогично на платформе без оси и могущей перемещаться вместе с валом по дуге. 2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем,что горизонтальная платформа не имеющей оси,имеет также возможность свободно перемещаться по направлению положения вала.