Ветродвигатель

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Новым в ветродвигателе является неподвижная коническая насадка в виде усеченного конуса,примыкающего вершиной к ветровой турбине с вертикальной осью вращения, и соосно ей, с расположенными на этой конической насадке дугообразными гребнями,закреплнными вкруговую на наклонной конической поверхности насадки. Формируемый этими гребнями и наклонной поверхностью конической насадки ветровой поток, независимо от направления ветра,направляет его всегда снаружи на рабочую часть лопастей ветровой турбины, отклоняя при этом в нужном направлении основной боковой ветровой поток. Технический результат Повышение эффективности работы ветродвигателя, увеличение угловой скорости вращения ветровой турбины,возможность использования в условиях с резкопеременным ветром и в районах со слабыми ветрами.(72) Никулин Владимир Сергеевич Кубайчук Юрий Алексеевич Савченков Сергей Михайлович(57) Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности, к ветродвигателям с вертикальной осью вращения, и может быть использовано для получения механической и электрической энергии. Сущность изобретения заключается в том, что ветродвигатель содержит ветровую турбину с вертикальной осью вращения , снабженную расположенной под ней или над ней, на одной с ней оси, направляющей системой, состоящей из неподвижной конической насадки, имеющей форму усеченного конуса, обращенного вершиной к ветровой турбине, и расположенными на этой конической насадке дугообразными гребнями. Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности, к ветродвигателям с вертикальной осью вращения, и может быть использовано для получения механической и электрической энергии. Известен ветродвигатель, содержащий ветровую турбину с вертикальной осью вращения,расположенную внутри направляющей системы,образованной из неподвижных осесимметричных направляющих створок, закреплнных верхней и нижней крышками, причм каждая из лопастей ветровой турбины представляет собой часть боковой поверхности цилиндра с образующей,параллельной оси вращения ветровой турбины.(Патент РФ 2168059, ТМ.03 3/00, опубл.2001 г.) Недостатком вышеописанного ветродвигателя является то, что система направляющих ветровой поток створок не дат ощутимого эффекта работы ветровой турбины, т.к. часть воздушного потока с периферийной стороны оказывает частично тормозящее воздействие на лопасти ветровой турбины. Также,недостатком данного ветродвигателя является расположение вокруг турбины громоздкого малопродуваемого ветронаправляющего аппарата. Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа ветродвигатель, содержащий ветровую турбину с вертикальной осью вращения,образованную из профилированных осесимметричных лопастей, и направляющую систему в виде неподвижных осесимметричных направляющих створок, равномерно расположенных вокруг ветровой турбины, и закреплнных верхней и нижней крышками (Патент РФ 2399789, .03 3/ 04, опубл.2010 г.) Основным недостатком известного устройства,является наличие громоздкой направляющей системы в виде неподвижных осесимметричных направляющих створок, расположенных вокруг ветровой турбины с вертикальной осью вращения,закреплнных между крышками, что создат на практике запирающий эффект для потока воздуха при формировании ветрового потока, обтекающего конструкцию. Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а также создание такой конструкции ветродвигателя,которая позволила бы получить следующий технический результат увеличить использование ветрового потока, уменьшить трудоемкость изготовления,улучшить продуваемость ветровой турбины,улучшить условия эксплуатации и возможность использования при слабых ветровых потоках. Поставленная задача достигается тем, что ветродвигатель, содержащий ветровую турбину с вертикальной осью вращения, имеет примыкающую к ветровой турбине, на одной с ней вертикальной оси, направляющую систему в виде неподвижной конической насадки, имеющей форму усеченного конуса с вершиной, обращенной в сторону ветровой турбины, с диаметром вершины усеченного конуса,равным диаметру ветровой турбины,с расположенными на боковой наклонной 2 поверхности этой конической насадки дугообразными гребнями, направляющими ветровой поток к ветровой турбине с вертикальной осью вращения. Сопоставительный с прототипом анализ показывает,что заявляемый ветродвигатель отличается направляющей системой, содержащей неподвижную коническую насадку, с равномерно расположенными вкруговую на боковой наклонной поверхности этой конической насадки дугообразными гребнями, прикрепляемыми своим основанием к ее боковой наклонной поверхности,позволяющей направлять ветровой поток на лопасти ветровой турбины наиболее эффективным образом,при любом направлении ветра, собирая ветровой поток по всей высоте конической насадки,дополнительно к основному боковому ветровому потоку, проходящему по всей высоте ветровой турбины, корректируя при этом направление основного ветрового потока при его попадании на лопасти этой ветровой турбины. Сама направляющая система непосредственно примыкает к ветровой турбине снизу или сверху, соосно ей,располагаясь вершиной конуса в сторону ветровой турбины. В заявляемом ветродвигателе направляющая система содержит вкруговую закреплнные на боковой наклонной поверхности неподвижной конической насадки, имеющей вид усеченного конуса,направляющие ветровой поток дугообразные гребни. В прототипе направляющая система выполнена в виде неподвижных осесимметричных направляющих створок,равномерно расположенных вокруг ветровой турбины, по всей ее высоте, и закреплнных верхней и нижней крышками. В заявляемом ветродвигателе ветровой поток направляется дугообразными гребнями с боковой наклонной поверхности конической насадки снаружи на лопасти ветровой турбины, дополняя,направляя и усиливая основной ветровой поток,проходящий через ветровую турбину сбоку. В прототипе же боковой ветровой поток, входящий через направляющую систему осесимметричных створок, является единственным для работы ветровой турбины с вертикальной осью вращения. Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где На фиг.1 представлена общая схема предлагаемого устройства с нижним расположением направляющей системы (вид сбоку). На фиг.2 представлена общая схема устройства (вид сверху) На фиг.3 представлен разрез по А-А фиг.2 На фиг.4 представлен разрез по В-В фиг.2 На фиг.5 представлен фрагментфиг.3 На фиг.6 представлена общая схема устройства с верхним расположением направляющей системы (вид сбоку). Ветродвигатель состоит из- ветровой турбины 1, включающей в себя лопасти 2, закреплнные между верхней и нижней крышками 3, установленными на вертикальной оси 4,соединнной с электрогенератором 5. Электрогенератор 5 установлен на основании 6.- направляющая система 7 состоит из конической насадки 8 с углом наклона , примыкающей к ветровой турбине 1, соосно вертикальной оси 4, и дугообразными гребнями 9. Направляющая система 7 установлена на опорной раме 10. Ветродвигатель работает следующим образом Рассмотрим работу ветродвигателя с нижним расположением направляющей системы. Ветровой поток попадает на направляющую систему 7, откуда поступает на лопасти 2 ветровой турбины 1, при этом отклоняясь и направляясь дугообразными гребнями 9 в правую, рабочую половину ветровой турбины 1. При этом принимается, что вертикальная турбина 1 вращается против часовой стрелки(фиг.2). Так как вертикальные дугообразные гребни 9 расположены на конической насадке 8 равномерно и вкруговую, то с какой бы стороны направляющей системы 7 не был направлен ветровой поток, он будет направлен в нужную, рабочую часть ветровой турбины 1, отклоняя при этом основой боковой ветровой поток, проходящий выше направляющей системы 7, на уровне ветровой турбины 1. Оптимальное количество таких вертикальных дугообразных гребней 9 составляет от 6 до 11 штук. Наиболее оптимальная высота дугообразных гребней 9 составляет около половины высоты ветровой турбины 1 с вертикальной осью вращения 4. Ветровой поток, попадая на лопасти 2 ветровой турбины 1, производит е вращение, также вращая при этом электрогенератор 5. Пройдя через лопасти 2 ветровой турбины 1, ветровой поток, выполнив полезную работу по е вращению, проходит свободно за пределы конструкции. Величина угола , образованного между линией боковой наклонной поверхности конической насадки 8 направляющей системы 7 и линией горизонта, должна находится в пределах от 20 до 42, что составит оптимальный вариант для конструкции ветродвигателя. Такая конструкция направляющей системы позволяет существенно увеличить эффективность работы ветродвигателя за счт направления основного бокового ветрового потока на рабочую часть ветровой турбины, с добавлением ветрового потока, обтекающего коническую насадку и подводимого дугообразными гребнями, вкруговую расположенными на конической насадке, к рабочим лопастям ветровой турбины с вертикальной осью вращения. В предлагаемой конструкции ветродвигателя,направляющая система в виде конической насадки с дугообразными гребнями, может располагаться как ниже (как в рассматриваемом варианте), так и выше ветровой турбины. Причм,при верхнем расположении нашей направляющей системы,(фиг.6) усеченная вершина его конической насадки будет обращена вниз, в сторону ветровой турбины. Заявленная конструкция ветродвигателя не создает никаких помех и заграждений, затрудняющих прохождение ветрового потока через ветровую турбину с вертикальной осью вращения. Таким образом, заявленная конструкция имеет ряд преимуществ, а именно- возможность работы при сравнительно небольшом ветре,благодаря концентрации дополнительного ветрового потока на рабочих лопастях ветровой турбины- возможность изготовления ветродвигателей разных типоразмеров, различной установленной мощности- отсутствие устройства ориентации на ветер и токосьемного устройства электрогенератора, что упрощает конструкцию ветрогенератора в целом и увеличивает надежность его работы- возможность установки ветродвигателя на крышах домов, с возможным использованием элементов конструкций зданий в качестве направляющей системы для ветровой турбины универсальность использования предлагаемой направляющей системы, как дополнения к любым готовым ветродвигателям, имеющим различные типы ветровых турбин с вертикальной осью вращения, и их лопастей. Была проведена экспериментальная продувка модели ветровой турбины с направляющей системой в виде конической насадки, снабженной дугообразными гребнями, и этой же ветровой турбины без направляющей системы. Результатом применения предлагаемой конструкции направляющей системы, явилось сравнительное увеличение угловой скорости ветровой турбины, в среднем в 1,5 раза. Соответственно, достигнут и экспериментально подтвержден следующий технический результат Повысилась эффективность работы ветровой турбины с предлагаемой направляющей системой. Увеличился ветровой поток, проходящий через рабочие лопасти ветровой турбины ветродвигателя,увеличилась ее угловая скорость, появилась возможность более эффективного использования такой конструкции ветродвигателя в условиях с резкопеременным ветром и в районах со слабыми ветрами, со значительным увеличением выработки электроэнергии. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Ветродвигатель, содержащий ветровую турбину с вертикальной осью вращения, образованную из профилированных осесимметричных лопастей,соединнных верхней и нижней круглыми крышками,отличающийся тем,что его направляющая система примыкает к ветровой турбине с вертикальной осью вращения, находясь выше или ниже не на одной с ней оси, и состоит из неподвижной конической насадки в виде усеченного конуса, обращенного вершиной к ветровой турбине,и дугообразных гребней, закреплнных на этой конической насадке.