Горизонтально-вертикальный ветродвигатель

(51) 03 1/00 (2006.01) 03 3/00 (2006.01) 03 3/06 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ шнекообразных лопастей в увеличение коэффициента использования энергии ветра - КИЭВ. Технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве за счет взаимного вращения ротора и статора в противоположные стороны увеличивается частота вращения и возможность вырабатывать электроэнергия на низких скоростях ветра как вертикальный, а при высоких скоростях как горизонтальный ветрогенератор. Кроме того, в заявленном устройстве отпадает необходимость в механизме установки на ветер за счет шнекообразных лопастей. Предлагаемое устройство обеспечивает качественную и стабильную выработку электроэнергии. Заявленное устройство позволяет повысить эффективность ветроустановки и упростить конструкцию, имеет признаки новизны,технически осуществимо,и может быть использовано в производстве электроэнергии за счет ветрового потока воздуха. Предлагаемый горизонтально-вертикальный ветродвигатель может применяться для электроснабжения домов, ферм или общинных хозяйств,находящихся в удалении от существующих линий электропередачи.(72) Курманов Аяп Конлямжаевич Исинтаев Такабай Исинтайулы Рыспаев Куаныш Сабиржанович Хасенов Уралбай Байзакович Рыспаева Марья Куанышевна(73) Учреждение Костанайский социальнотехнический университет им. академика Зулхарнай Алдамжар(57) Изобретение относится к области ветроэнергетики и гидроэнергетики, в частности к установкам преобразования энергии потока среды,которые предназначены для преобразования энергии потока среды в электрическую энергию. Задачей изобретения является повышение эффективности получения ветроэнергии в диапазонах низких и крайне низких скоростей ветра достигающееся тем, что в заявляемом устройстве за счет дополнительного ветрового потока, происходит увеличение плотности потока энергии за ветроколесом, что может служить адекватным объяснением достаточно ощутимого вклада Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения электроэнергии. Известен ветродвигатель,содержащий горизонтально расположенный вал и установленные на нем два ветроколеса с лопастями 1. А.с. 1286804 Ветродвигатель, кл. 03 7/02, 1985 г Достоинством данного ветродвигателя является то, что устройство может работать при низких скоростях ветра, до 3 м/с. Недостатком данного ветродвигателя является то, что в нем первое по направлению ветра ветроколесо относительно второго ветроколеса устанавливается произвольно. Поэтому лопасти второго ветроколеса могут находиться в аэродинамической тени от лопастей первого ветроколеса, отчего сечение двух ветроколес используется неоптимальным образом, что снижает эффективность использования такого известного технического решения и соответственно снижает его мощность. Так, суммарная мощность, развиваемая таким сдвоенным ветроколесом меньше, чем мощность,развиваемая двумя отдельно установленными ветроколесами. Известен двухроторный генератор, содержащий два ветроколеса, вращающиеся в разные стороны,неподвижную статорную обмотку соленоидного типа, намотанную вокруг кольцевого сердечника из ферромагнитного материала и закреплнную наружной стороной в корпусе, а также два ротора из немагнитного материала, имеющих форму дисков и расположенных соосно. На каждом из роторов равномерно распределено одинаковое количество постоянных магнитов. Каждый ротор соединн с ветроколесом при помощи своего вала,вращающегося в подшипниковых опорах,закреплнных в корпусе 2. Патент РФ 2366829 Двухроторный генератор 03 9/00 опубликовано 10.09.2009 Достоинство двухроторного генератора состоит в том, что применение неподвижной статорной обмотки соленоидного типа, намотанном вокруг кольцевого сердечника из ферромагнитного материала и закреплнной наружной стороной в корпусе,позволяет максимально упростить технологию изготовления статора, а также значительно уменьшить магнитный поток рассеяния и индуктивность статорной обмотки. Кроме того,применение неподвижной обмотки статора позволяет избавиться от вращающегося коллектора и от щточного узла для отбора электроэнергии, что значительно упрощает конструкцию устройства. К недостаткам относится невозможность поддержания частоты вращения с помощью механизма поворотом лопасти ветроколеса. Известен ветродвигатель,содержащий горизонтальный вал с установленными на нем на расстоянии одно от другого двумя ветроколесами,снабжнными лопастями, отличающийся тем, что ветроколеса закреплены на валу жстко, при этом лопасти первого по направлению ветра ветроколеса смещены относительно лопастей второго 2 ветроколеса в окружном направлении в сторону вращения ветроколес на угол 3. Патент 2075631 Ветродвигатель МПК 7 03 1/02 опубликовано 20.03.1997. Для выработки энергии применяют систему из двух соосно расположенных ветроколес, первое из которых выполняют меньшего диаметра и устанавливают в ветропотоке перед вторым ветроколесом, осуществляют взаимное воздействие ветроколес между собой, отличающийся тем, что взаимное воздействие ветроколес осуществляют за счет их аэродинамической связи в пределах ометаемых площадей по полным рабочим диаметрам каждого из колс путм создания дополнительных потоков воздуха с повышенной скоростью, создаваемых в периферийных зонах лопаток первого ветроколеса и направленных к второму и формируемых в виде вихревого тора,режим формирования потока первым ветроколесом производят из условия вписывания создаваемого им расхода в номинальный наперд заданный закон изменения расхода в рабочем диапазоне скоростей ветра соответственно повышенный на низких скоростях ветра и уменьшенный на высоких, при этом угловую скорость первого ветроколеса в рабочем режиме задают переменной и определнно большей угловой скорости второго ветроколеса. Достоинство данного ветродвигателя заключается в том, что дополнительный поток воздуха после первого ветроколеса направляется на второе ветроколесо, за счт чего происходит увеличения угловой скорости второго ветроколеса. Недостатками данного устройства являются сложность конструкции - наличие большого количества деталей, что снижает эксплуатационную наджность большой размер и масса увеличивают энергозатраты на процесс работы. Данное устройство является наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату(прототип). Задачей изобретения является повышение эффективности получения ветроэнергии в диапазонах низких и крайне низких скоростей ветра- повышение коэффициента использования энергии ветра упрощение конструкции,повышение наджности и долговечности, снижение стоимости и материаломкости конструкции. Технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве взаимное воздействие осуществляется за счет их аэродинамической связи путем создания ветроколесом дополнительного потока воздуха формируемых в виде вихревого тора в периферийных зонах его лопаток, режим формирования потока поддерживают из условия вписывания создаваемого первым ветроколесом расхода в номинальный наперед заданный закон изменения расхода в рабочем диапазоне скоростей ветра, повышенный при низких и уменьшенный при высоких скоростях ветра, при этом в рабочем режиме угловую скорость ветроколеса задают переменной. Первое ветроколесо дополнительно турбулизует поток воздуха, поступающий на шнекообразные лопасти по сечению потока. Шнекообразные лопасти вращают статор в противоположную сторону,таким образом достигается эффект двойного увеличения оборотов ротора и статора и этим самым повышается эффективность ветродвигателя. При низких скоростях ветра до 3 м/с, за счт шнекообразных лопастей ветрогенератор работает как вертикальный. Общими признаками с известными в 1. А.с. 1286804 Ветродвигатель, кл. 03 7/02, 1985 г. 2. Патент РФ 2366829 Двухроторный генератор 03 9/00 опубликовано 10.09.2009. 3. Патент 2075631 Ветродвигатель МПК 7 03 1/02 опубликовано 20.03.1997 являются наличие вращающегося ротора, ветроколеса. Отличительными признаками от известных в 1. А.с. 1286804 Ветродвигатель, кл. 03 7/02,1985 г. 2. Патент РФ 2366829 Двухроторный генератор 03 9/00 опубликовано 10.09.2009. 3. Патент 2075631 Ветродвигатель МПК 7 03 1/02 опубликовано 20.03.1997 вращающийся статор, отсутствие механизма установки на ветер. Сущность изобретения пояснена на чертежах. На фиг.1 изображена общая схема горизонтальновертикального ветродвигателя, на фиг.2 - вид по стрелке А, на фиг.3 - вид по стрелке Б. Горизонтально-вертикальный ветродвигатель представляет собой вращающийся статор 1,ветроколесо 2, горизонтальный ротор 3, раму 4. На вращающимся статоре 1 установлены шнекообразные лопасти 5. Причем суммарная площадь контакта с ветровым потоком у шнекообразных лопастей статора значительно больше чем суммарная площадь контакта лопастей ветроколеса. Горизонтальный ротор 3 закреплн на раме 4 подшипниками 6. Рама закреплена на вертикальном валу 7 с подшипником 8. Горизонтально-вертикальный ветродвигатель работает следующим образом. Поток ветра со скоростью 1 после ометания ветроколеса, набегает на в шнекообразные лопасти со скоростью 2. Ветроколесо, кроме ветрового потока, проходящего через его лопасти, создает еще один воздушный поток, работающее в этом случае как вентилятор,который включает во вращение статор 2, привод которого осуществляется посредством жестко закрепленных на статоре шнекообразных лопастей 3. Скорость набегающего потока 1, то за ветроколесом поток имеет скорость 2. Этот воздушный поток набегает на шнекообразные лопасти и после его прохождения имеет скорость 3. Рама 4, свободно вращаясь на вертикальном валу 7, самоустанавливается навстречу потока воздуха за счет шнекообразных лопастей. При встрече этого ламинарно-турбулентного ветрового потока со шнекообразными лопастями 5,за счет возникающего подпора давление в потоке возрастает от Р 2 до Р 3 и после прохождения через шнекообразные лопасти 5 резко падает до Р 4. Образовавшееся разряжение по мере удаления от ветроколеса асимптотически приближается к нулю. При этом происходит суммарное относительное увеличение скоростивращения ротора и статора. Так как шнекообразные лопасти статора имеют большую площадь соприкосновения с потоком воздуха, чем лопасти ветроколеса, то, при низких скоростях ветра набегающий поток ветра приводит во вращение статор, а при высоких скоростях ветра начинает вращаться ветроколесо с ротором. Увеличение мощности ветроустановки достигается за счет увеличения момента М и суммарной угловой скоростиротора и статора. ММ 1 М 2,12,В поперечном сечении лопастям может быть придан профиль,обеспечивающий более эффективное формирование подъмных сил под действием ветра Р или иной текучей среды. Лопасти могут иметь прямоугольную, эллиптическую или любую иную подходящую форму. Таким образом, предлагаемое устройство Горизонтально-вертикальный ветродвигатель,учитывая работу ветроколеса как вентилятора,создающего дополнительный ветровой поток,вследствие чего происходит увеличение плотности потока энергии за ветроколесом, что может служить адекватным объяснением достаточно ощутимого вклада шнекообразных лопастей в увеличение коэффициента использования энергии ветра - КИЭВ. Заявленное устройство позволяет повысить эффективность ветроустановки и упростить конструкцию, имеет признаки новизны, технически осуществимо, и может быть использовано для производства электроэнергии. Кроме того,заявляемое устройство автоматически настраивается на поток ветра за счет шнекообразных лопастей, тем самым отпадает необходимость в механизме ориентации устройства на ветер. Предлагаемый горизонтально-вертикальный ветродвигатель начинает эффективно работать при низких скоростях ветра как вертикальный, а при высоких, как горизонтальный, что позволяет расширить рентабельность ВЭА для электроснабжения домов, ферм или общинных хозяйств, в местах с неустойчивой ветровой нагрузкой, а также находящихся в удалении от существующих высоковольтных линий электропередачи. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал с установленными на нем, на расстоянии одно от другого двумя ветроколесами, снабжнными лопастями, причм ветроколеса закреплены на валу жстко, при этом лопасти первого по направлению ветра ветроколеса смещены относительно лопастей второго ветроколеса в окружном направлении в сторону вращения ветроколес на угол,отличающийся тем, что наружная поверхность статора содержит шнекообразные лопасти. 3 2. Горизонтально-вертикальный ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что статор выполнен вращающимся. 3. Горизонтально-вертикальный ветродвигатель по п.п.1 и 2, отличающийся тем, что выполнен с возможностью поворота вокруг своей вертикальной оси. 4. Горизонтально-вертикальный ветродвигатель по п.п.1 и 3, отличающийся тем, что у ветродвигателя суммарная площадь шнекообразных лопастей статора значительно больше, чем суммарная площадь лопастей ветроколеса.