Вітродвигун

Изобретение относится к ветроэнергетике, конкретно - к конструкции ветродвигателя, рабочее колесо которого имеет вертикальный вал вращения. Известно техническое решение по заявке Франции №2319028, кл. F 03 D 3/00, в которой ветродвигатель имеет как минимум одну лопасть с аэродинамическим профилем, последняя установлена на опоре и вращается на вертикальном валу. Вал ветродвигателя вращается в опорной трубке и приводит в действие электрогенератор или насос. На верхнем конце вала предусмотрены серьги, к которым при помощи шарниров прикреплены лопасти. Лопасти возвращаются в вертикальное положение с помощью тросов и рычагов, соединенных с общей пружиной. При чрезмерном повышении скорости вращения лопастей и превышении этой скорости за пределы рабочего интервала по углу наклона каждой лопасти (или хотя бы ее части) под действием центробежной силы происходит торможение, К недостаткам данного технического решения относится сложность конструкции ветродвигателя, связанная с необходимостью регулирования угла наклона основных рабочих лопастей. Кроме этого, такое выполнение лопастей отличается ненадежностью в эксплуатации, так как незначительная несбалансированность приводит к вибрациям и разрушениям лопастей. Известно техническое решение по заявке Франции №2285527, кл. F 03 D 3/00, 1979 г., по которому рабочее колесо двигателя имеет вертикальный вал, с установленными на нем рабочими лопастями, и устройство для первоначальной раскрутки рабочего колеса, выполненные в виде отдельного ротора с лопастями. Основными недостатками, данного технического решения является сложность конструкции, связанная с наличием механизмов для балансировки и управлением углами установки лопастей во время работы с различной скоростью вращения и скоростью ветра, и малая быстроходность рабочего колеса из-за наличия пускового устройства, которое создает большое дополнительное гидравлическое сопротивление для потоков ветра, что приводит к снижению эффективности работы устройства, повышению нагрузки на лопасти, снижению прочности и надежности. Техническое решение по заявке Франции №2285527, кл. F 03 D 3/00 по своей сущности является наиболее близким к заявляемому изобретению и может быть принято в качестве прототипа. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования ветродвигателя, в котором установлено три равномерно расположенных рабочих лопастей с винтовым несимметричным аэродинамическим профилем в сочетании с хорошо обтекаемыми закрылками в виде полуцилиндров. Такое устройство снижает гидравлическое сопротивление ветродвигателя, повышает его быстроходность и обеспечивает повышенную эффективность и надежность работы; кроме этого, указанная форма лопастей с закрылками обеспечивает самозапуск ветродвигателя и исключает возникновение изгибных напряжений, так как лопасть работает только на сжатие, что гораздо предпочтительнее с точки зрения прочности и надежности в эксплуатации. Это дает возможность, не изменяя угла установки лопастей, в процессе саморазгона ветродвигателя отказаться от пусков роторов прототипа, что, как указано, снижает гидравлическое сопротивление, повышает быстроходность и улучшает пусковые характеристики ветродвигателя. Поставленная задача достигается тем, что ветродвигатель, снабженный вертикальным валом и установленными на нем рабочими лопастями и устройством для первоначальной раскрутки, согласно изобретению содержит три равномерно расположенных в горизонтальной.плоскости рабочего колеса под углом к касательной окружности рабочие лопасти, выполненные по типу самолетного крыла с винтовым несимметричным аэродинамическим профилем, в которых на концах хвостовой части профиля по всей длине лопастей дополнительно установлены закрылки в виде полуцилиндров, выпуклой стороной ориентированных в сторону, противоположную носовой части аэродинамического профиля, причем каркас лопасти выполнен из листового материала, а внутри полости каркаса установлены нервюры и заполнители из пористой пластмассы, имеющие в сечении форму профиля лопасти. На фиг.1 представлен общий вид ветродвигателя (аксонометрия); на фиг,2 - варианты поперечных сечений профилей по стрелке А на фиг.1; на фиг.3а - поперечное сечение аэродинамического профиля; на фиг.3б - его относительные координаты по осям X и Υ (координаты центра тяжести Хо и Υο). Ветродвигатель содержит три лопасти 1 С несимметричным по типу самолетного крыла аэродинамическим профилем, установленные на горизонтальных несущи х кронштейнах 2. Последние закреплены на вертикальном валу 3. При этом аэродинамические профили лопасти 1, расположенные в горизонтальной плоскости ветроколеса, установлены под требуемым расчетным углом установки b уст, например, 60° (фиг.1). С хвостовых частей профиля лопасти 1 сходит поток по всей длине лопасти. В этом месте установлены закрылки 4, выполненные в виде полуцилиндров и являющиеся продолжением крыловидного профиля 1. При этом выпуклой стороной закрылки 4 ориентированы в сторону, противоположную входной части аэродинамического профиля. На фиг.1 и 2 представлены три варианта исполнения лопастей. Вариант 1 содержит сплошной листовой каркас 5, например, из стали или алюминия, внутри которого расположены в 3-х - 5-ти сечениях по высоте лопасти 1 заполнителя в виде нервюр 6, повторяющих форму профиля (расчет и построение по таблице на фиг.3 с учетом толщины листового материала каркаса 5). В этом варианте закрылок 4 образуются при гибке каркаса 5 из единой прямоугольной листовой заготовки. В варианте 2 каркас 5 образован путем отгибания в прямоугольном листе заготовки с двух сторон в противоположных направлениях носика 7 и полуцилиндрического закрылка 4, а на прямом участке каркаса 5 установлен (приклеен, прикреплен, приварен, припаян и т.п.) заполнитель профиля 8, например, из пенопласта, поролона, полиуретана и т.п. в виде профиля лопасти 1. Сверху на этом пенопласте наклеена или образована защитная тонкая и гладкая пленка (условно на чертежах не показана). В варианте 3 каркас 5 представляет из себя прямоугольную пластину (подложку), к которой приклепан (приварен, приклеен) закрылок и заполнитель профиля 8 из пенопласта, поролона, полиуретана и других подобных материалов. По аналогии с вар.2, заполнитель профиля 8 также покрыт защитной пленкой, например, из стеклоткани (условно на чертежах не показано). Работает ветродвигатель следующим образом. Ветер со скоростью W, взаимодействуя с лопастями 1, создает давление на них и вращает вал 3 ветродвигателя с угловой скоростью W. При этом возникают и действуют одновременно две силы подъемная сила на аэродинамическом профиле 1, и сила динамического давления внутренней поверхности профиля 1 на закрылках 4. Суммарное значение этих двух сил создает момент вращения ветродвигателя относительно вала 3. При этом поток ветра со скоростью W входит в конфузорный канал между соседними лопастями 1 и разгоняется до более высокой скорости, и его динамический напор срабатывает на закрылке 4 с реакцией поворота потока в сторону входа, что обеспечивает быстрый запуск ветродвигателя и повышает момент вращения рабочего колеса. Поэтому главным достоинством предлагаемого ветродвигателя является выполнение лопастей 1 в виде объемных конструкций в сочетании с жесткими закрылками 4. Это обеспечивает минимум опасных изгибных напряжений, возникающих при его работе и повышает аэродинамическое качество ветротурбины. По сравнению с прототипом и базовым объектом это обеспечивает надежную эксплуатацию ветродвигателя с улучшенными пусковыми и прочностными характеристиками.