Вітродвигун

Изобретение относится к ветроэнергетике, конкретно - к конструкции ветродвигателя, рабочее колесо которого имеет вертикальную ось вращения, и может быть использовано в ветроагрегате с самозапуском. Широко известен осевой ветродвигатель с вертикальной осью вращения типа Дарье, [Берковский Б.М. и Кузьминов В.А. Возобновляемые источники энергии на службе человека. "Наука", 1987. с. 48-49]. Он выполнен по принципу "яйцесбивалки", лопасти которой, изогнутые в виде полуокружности, в сечении имеют симметричный крыловой профиль и закреплены на вертикальной оси. Достоинством конструкции является ее простота, отсутствие необходимости постановки устройств ориентации на ветер (виндрозы, флюгеры) при возможности работы с любого направления ветра. Однако в этой конструкции имеется ряд существенных недостатков - она нуждается в специальном устройстве для предварительной раскрутки ротора в первоначальный момент; кроме этого, у этой конструкции практически не работает примерно 1/3 лопастей, то есть практически не создают момент участки лопастей в зоне крепления их к вертикальному валу. Это приводит к росту габаритов, перерасходу материалов, снижению КПД. Кроме этого, к прочности лопастей и технологии их изготовления предъявляются повышенные требования. Наиболее близким к заявляемому является ветродвигатель [Авт.св. СССР №1694977, кл. F03 D3/02,30.11.91], в котором для запуска в первоначальный момент применены два пусковых и тормозных ротора типа Савониуса, размещенные на валу под и над лопастями, причем каждый ротор выполнен в виде упоров и двух криволинейных пластин, снабженных грузами и установленных с возможностью поворота на диаметрально расположенных шарнирах при помощи пружин различной жесткости, взаимодействующих с упорами, причем шарниры пластин роторов расположены взаимоперпендикулярно. К недостаткам конструкции следует отнести ее сложность, большое гидравлическое сопротивление криволинейных пластин, необходимость в тщательном подборе жесткости пружин, связанных с криволинейными лопастями при их различных режимах работы, особенно следует отменять недостаточную прочность рабочих лопастей из-за отсутствия специальных силовых элементов в их конструкции, что резко снижает надежность ветротурбины в эксплуатации. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования конструкции ветродвигателя, в котором в качестве силовых элементов в рабочих лопастях использованы пластины с ребрами жесткости, что повышает прочность и эксплуатационную надежность при одновременном повышении удельной энергоемкости, все вместе взятое повышает ресурс работы ветродвигателя. Поставленная задача решается тем, что в ветродвигателе, содержащем вертикальный вал и закрепленные на нем при помощи диагональных связей криволинейные рабочие лопасти, изогнутые в продольном сечении, в качестве силового элемента дополнительно содержат искривленные под требуемым радиусом пластины с продольными ребрами жесткости, на которые с двух сторон установлены полупрофильные накладки, скрепленные в монолит с указанными пластинами и крепежными скобами, образующие вместе крыловой симметричный профиль, а наружные поверхности лопастей покрыты защитным слоем отполированного пластика. Изобретение позволяет повысить удельную энергоемкость ветродвигателя благодаря тому, что на вертикальном валу закреплены криволинейные лопасти ветротурбины типа Дарье, обращенные выпуклой стороной наружу (от вала), при этом они не создают большого аэродинамического сопротивления в зоне работы и обеспечивают более равномерную и быструю раскрутку ветром любого направления. Благодаря усиленной пластинами с ребрами жесткости конструкции лопастей они обладают повышенной прочностью и надежны в эксплуатации. На фиг.1 и 2 представлены ветродвигатели с рабочими колесами типа Дарье, общий вид; на фиг.3-5 поперечные сечения рабочих лопастей в различных местах по их длине (А-А, В-В, С-С на фиг. 1,2); на фиг.6 сечение накладок лопастей; на фиг.7 и 8 - положение криволинейных пластин пусковых роторов; на фиг.9 скоба для крепления лопастей к валу и тягами. Ветродвигатель содержит вертикальный вал 1 и закрепленные на нем криволинейные лопасти 2 с симметричным профилем (фиг.3-5), изогнутые в продольном сечении и обращенные вогнутой стороной к валу 1. Ветродвигатель снабжен двумя пусковыми роторами 3 и 4, размещенными на валу 1 между лопастями 2. На лопастях 2 расположены два тормозных устройства 5 (не раскрываются). При этом пусковые роторы 3 и 4 расположены внутри рабочего колеса (пол.1) и в местах крепления лопастей 2 на валу (пол.II). Причем каждый ротор выполнен из двух криволинейных пластин 6 (фиг.7 и 8), размещенных вокруг вала 1 и обращенных вогнутыми сторонами друг к другу, а роторы 3 и 4 расположены взаимно перпендикулярно. Вал 1 установлен в верхней 7 и нижней 8 опорах. Нижняя опора 8 соединена с фермой 9, а на конце вала 1 в нижней его части расположены электрогенератор с мультипликатором 10 (не показаны). Проводами 11 электрогенератор 10 соединен с регулятором напряжения 12 и аккумулятором 13. Ветродвигатель закреплен в нижней части формы в основании 14. а в верхней части растяжками (талрепами) 15. По другому варианту лопасти 2 закреплены на силовых тягах 16, которые в свою очередь связаны с валом 1 при помощи продольных силовых элементов 17 и подкосов 18(фиг.2). Криволинейные рабочие лопасти 2 имеют на концах скобы 19 (фиг.9) одетые на шарниры 20, при помощи которых они закреплены на ваду 1 (фиг.1) и на силовых тягах 16 (фиг.2). Внутри лопасти 2 по всей ее длине расположена искривленная под требуемым радиусом R (фиг.1) силовая пластина 21, например, из алюминия с ребрами жесткости 22. На указанную пластину 21 с двух сторон установлены предварительно искривленные под требуемым радиусом (фиг.1) профильные накладки 23 (фиг.6), например, из дерева или пластмассы, которые скреплены с пластиной 21 винтами или заклепками 24 и дополнительно склеены между собой в местах контакта 25. Наружные поверхности лопасти 2 покрыты, например, пропитанной клеющими составами стеклотканью 26 или смолой. После сушки в специальной форме лопастей 2 ее поверхности полируются и при помощи скоб 19 и шарниров 20 скрепляются с валом 1 (фиг. 1), а также силовыми элементами 16, 17 и 18 (фиг,2). Работает электродвигатель следующим образом. Скорость ветра W воздействует на активные лопасти пусковых роторов 3 и 4, раскручивает ветротурбину с криволинейными лопастями 2 до необходимой угловой скорости w . При достижении этой номинальной скорости ω и появлении силы Жуковского на лопастях 2, они переходят на самостоятельный режим работы и все элементы ветротурбины лопасти 2 и пусковые роторы 3 и 4 - работают совместно, обеспечивая суммарный вращающий момент на валу 1. Установленный на валу электрогенератор 10 вырабатывает электроэнергию, которая при помощи проводов 11 поступает в аккумулятор 13 и расходуется по мере необходимости. Установка верхнего 3 и нижнего 4 пусковых роторов с поворотом на угол 90° (фиг.7 и 8), обеспечивает более равномерную раскрутку лопастей ветром любого направления, оказывает минимум аэродинамического сопротивления, что превышает КПД ветродвигателя, а установка специально усиленных рабочих лопастей при помощи скоб, шарниров и тяг обеспечивает надежную их работу в эксплуатации. При увеличении скорости ветра W выше номинальных значений включаются в работу тормозные устройства 5 - спойлеры (не описываются), тормозные пластины которых отходят от поверхности лопастей 2, резко повышая гидравлическое сопротивление лопастей и предотвращая раскрутку ротора вразнос, что значительно повышает эксплуатационную надежность ветротурбины в целом.