Ветродвигатель

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ В конструкции ветродвигателя с двумя коаксиально расположенными валами вращения,отделенными друг от друга опорными подшипниками,допускающими возможность автономного вращения каждого из них, при этом на каждом из валов закреплены махи, соединенные с рабочими лопастями, махи выполнены в виде двух полумахов, соединенных друг с другом под углом 90, причем махи и лопасти ветродвигателя представляет собой симметричные крыловые профили 0021. Новая конструкция ветродвигателя обеспечивает повышение коэффициента использования энергии ветра и тем самым - увеличение установленной мощности.(76) Ершин Шахбаз Алимгиреевич Ершина Айнакул Капасовна Ершин Чингиз Шахбазович Манатбаев Рустем Кусаингазыевич(ВЭУ) карусельного типа,расположенную на верхнем торце башни,включающую два вертикальных концентрично установленных вала вращения, отделенных друг от друга опорными подшипниками для центрирования,на каждом из валов установлены прямолинейные махи, соединенные с рабочими лопастями, при этом валы установлены с возможностью вращения, как согласованного в одну и ту же сторону, так и в противоположные стороны, при этом в случае вращения валов в одну и ту же сторону пара рабочих лопастей каждого вала постоянно развернута относительно другой на 905 с помощью фиксатора (Пат.19114, кл. 03 3/06,т. 15.02.2008 г.). Ветродвигатель Бидарье, указанной конструкции имеет относительно малую мощность, что объясняется следующим. На фиг.1 схематически представлено движение по окружности лопастей,связанных с наружным валом (сплошные линии), и двух других лопастей связанных с центральным валом (заштрихованные линии). Соответственно показано распределение вращательного момента возникающего под действием тангенциальной составляющей подъемной силы рабочих лопастей,каждого из вставленных друг в друга элемента ветродвигателя Дарье (Ершина А.К., Ершин Ш.А.,Жапбасбаев У.К. Основы теории ветротурбины Дарье. - Алматы КазгосИНТИ, 2001. - с.104). Такой характер распределения вращательного момента имеет место, как для одной пары лопастей связанных с центральным валом, так и для второй пары лопастей создающих вращательный момент для наружного вала вращения, они повторяют абсолютно одинаковое вращательное движение лишь с отставанием на 90 друг от друга. Как видно из рисунка величина вращательного момента изменяется от нуля в точке, обозначенной на рисунке 0 (360), максимальное значение вращательного момента приходится на 90 и 270. В точках 0 (360), а также 180 подъемная сила рабочих лопастей становится равной нулю, ввиду коллинеарности вектора линейной скорости движения лопасти и скорости ветра. Эти точки рабочие лопасти проходят по инерции. Таким образом,на центральный вал действуют вращательные моменты создаваемые парой противоположно расположенных лопастей,связанных с центральным валом вращения ветродвигателя и другой парой лопастей связанных с наружным валом. Так как каждый из двух коаксиальных валов, благодаря подшипникам вращаются автономно, и передают энергию ветра,одна пара лопастей - центральному, другая пара,следующая с отставанием на 90 - наружному валу. Соответственно каждый вал передает энергию ветра своему электрогенератору, и вырабатываемые 2 мощности электрогенераторов суммируются, как результат общего воздействия ветра на ветродвигатель Бидарье. Теоретически общее количество, извлекаемой из ветра энергии должно удвоиться по сравнению с двухлопастным ВЭУ Дарье. Однако вследствие увеличения количества лопастей в 2 раза коэффициент использования энергии ветра и степень быстроходности снижаются, из-за увеличения загромождения ветровому потоку. Как показали результаты эксперимента с действующей лабораторной моделью Бидарье в аэродинамической трубе,действительно имеет место заметное повышение количества извлеченного из ветра энергии на 4060. Задачей предлагаемого изобретения является разработка новой конструкции ветродвигателя,обеспечивающей повышение коэффициента использования энергии ветра и тем самым увеличение установленной мощности. Для этого в конструкции ветродвигателя с двумя коаксиально расположенными валами вращения,отделенными друг от друга опорными подшипниками,допускающими возможность автономного вращения каждого из них, при этом на каждом из валов закреплены махи, соединенные с рабочими лопастями, согласно изобретению махи выполнены в виде двух полумахов, соединенных друг с другом под углом 90, причем махи и лопасти ветродвигателя представляет собой симметричные крыловые профили 0021. Принципиальное отличие от Бидарье по прототипу состоит в том, что лопасть 1 соединена не с противоположной лопастью 2, а с лопастью 3 с помощью полумахов 4 и 5, соединенных друг с другом под углом 90. Соответственно, лопасть 6 связана с лопастью 2 с помощью полумахов 7 и 8,ветродвигатель имеет 2 коаксиальных вала вращения, отделенных друг от друга опорными подшипниками 9, что позволяет им вращаться автономно. Один из махов с лопастями 1 и 3 насажен на центральный вал вращения 10, а другой полумах с лопастями 2 и 6 связан с наружным валом вращения 11 (см. фиг.2). Чтобы валы вращались с одинаковой скоростью в зависимости от ветрового потока и сохраняли сво начальное положение,имеется электронный фиксатор, поддерживающий их вращение с одинаковой и постоянной угловой скоростью(не показан на чертеже). Результаты теоретического расчета показали, что предлагаемая турбина значительно повышает коэффициент использования энергии ветра, так как на один вал передают суммарный вращательный момент две рабочие лопасти 1 и 3 отстоящие друг от друга на 90. Аналогичным образом действуют лопасти 2 и 6 на наружный вал вращения. В результате суммарная подъемная сила(-900) нигде не обращается в нуль. Когда лопасть 1 проходит через точку 0 (360) связанная с Г-образным махом лопасть 3 будет находиться на точке 270, т.е. вследствие Г-образности маха за лопастью 1 будет следовать лопасть 2 с отставанием на 90. Поэтому при увеличении подъемной силы и угла атаки, например, у лопасти 1 вращательное воздействие на центральный вал налагается уменьшающаяся от максимального значения подъемная сила лопасти 3. Вследствие этого в любой точке окружности вращения лопастей суммарная подъемная силаот двух лопастей 1 и 3 будет воздействовать на центральный вал непрерывно. Иначе говоря, будут отсутствовать точки, где вращательный момент, действующий на вал, обращается в нуль. Аналогичным образом лопасти 2 и 6 передают вращательный момент второму наружному валу (см. фиг.3). В результате, центральный вал со своими полумахами и рабочими лопастями, обходя свою ометаемую площадь, при вращении турбины передает суммарный вращательный момент своему электрогенератору,другой полумах с противоположно расположенными рабочими лопастями соединенные с наружным валом также передает свой вращательный момент второму генератору. Таким образом, каждый из двух рабочих лопастей с помощью полумах вращаются самостоятельно по ометаемой площади в виде кольцевых поверхностей,равным диаметру ветротурбины и шириной - длине рабочих лопастей. Г-образные махи с лопастями 1 и 3 связанные с центральным валом балансируются с лопастями 2 и 6 связанные с наружным валом. Соответственно лопасти 2 и 6 с полумахом вращают наружный вал и имеют ометаемую площадь таких же видов, как и лопасть 1 и 3 связанные с центральным валом. В результате общая ометаемая площадь увеличивается в 2 раза, чем у обычного Дарье. Передача энергии турбины каждой рабочей лопастью к двум разным генераторам, увеличивает общую энергию аппарата. Вырабатываемыая двумя электрогенераторами энергия суммируется, что приводит к существенному увеличению коэффициента использования энергии ветра , по сравнению с прототипом Бидарье. Новизна Ветродвигатель предлагаемой конструкции является прообразом промышленных высокоэффективных ВЭУ нового поколения аппаратов карусельного типа. Как выше отмечалось,это совершенно новый, оригинальный аппарат для максимального извлечения энергии из ветрового потока. Принципиальным отличием, позволяющим резко повысить коэффициент использования энергии ветра, является применение Г-образных махов в аппаратах карусельного типа. Техническим эффектом является повышенное извлечение энергии из ветрового потока в разы по сравнению Бидарье, при одной и той же величине ометаемой лопастями турбины площади, ибо суммируются вращательные моменты как лопасти 1,так и лопасти 4. В основу методологии настоящего изобретения положены теория ветротурбины Дарье изложенной в известной монографии(Ершина А.К.,Ершин Ш.А., Жапбасбаев У.К. Основы теории ветротурбины Дарье. - Алматы КазгосИНТИ,2001. - с.104). Ветродвигатель предлагаемой конструкции, как выше отмечалось, не имеет аналогов, поэтому является новым этапом конструктивного решения вертикально-осевых ВЭУ. Высокая эффективность ВЭУ представляет большой интерес в рамках не только казахстанского, но и мирового масштаба. Данный ветродвигатель позволит осуществить не только импортозамещение, но и экспорт в ближнее и дальнее зарубежье. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Ветродвигатель с двумя коаксиально расположенными валами вращения, отделенными друг от друга опорными подшипниками,допускающими возможность автономного вращения каждого из них, при этом на каждом из валов закреплены махи, соединенные с рабочими лопастями, отличающийся тем, что махи выполнены в виде двух полумахов, соединенных друг с другом под углом 90, причем махи и лопасти ветродвигателя представляют собой симметричные крыловые профили 0021.