Вітродвигун з лопатевими колесами

Вітродвигун з лопатевими колесами, зовнішні краї лопатей якого описують форму поверхні обертання, мають вісь обертання під кутом до горизо 30155 А.с. СРСР № 1333821 пропонується технічне рішення вітродвигуна з горизонтальною віссю обертання, що має два розташованих один за одним лопатні колеса. Всі ці технічні рішення і подібні їм відрізняються складністю конструкцій, нетехнологічністю, великою металоємністю, недосконалістю механізмів перетворення енергії вітру, а найголовніше - низьким К. В. Е. В. (коефіцієнтом використання енергії вітру). За прототип приймається технічне рішення а.с. CPCP № 1333821. Цей вітродвигун має горизонтальну вісь обертання, на якій на різноманітних відстанях від його осі повороту розміщені два лопатеві колеса, встановлені на валах, розміщених на опорі з можливістю обертання у протилежні сторони, і електрогенератор, ротор якого зв'язаний з одним колесом, а контрротор з другим вітроколесом. Вали виконані за одне ціле, опора - у вигляді встановлених на підставу кінцьових підшибникових вузлів, а підстава - у вигляді попередньо піджатої скоби. Істотними властивостями прототипу є те, що вали виготовлені за одне ціле, їхня опора - у вигляді встановлених на підставу кінцьових підшибникових вузлів, а підстава - у вигляді попередньо піджатої скоби. Скоба підстави та розтягнуті її вали демпфують динамічні навантаження, що виникають від обертання лопатевих коліс і повороту підстави. Це дозволяє збільшити відстань між лопатевими колесами, знизити їхній аеродинамічний взаємовплив. Винахід відрізняється від прототипу більш ефективною і універсальною схемою перетворення механічної енергії вітру у електричну, завдяки застосуванню якої можна отримати більший К. В. Е. В. вітродвигуна без додаткових механічних приладів, а також завдяки формі робочих коліс, більш повне використання енергії вітрового потоку, який приходиться на ометаєму площу вітродвигуна. Незважаючи на те, що в прототипі, лопатні колеса рознесені на відстань, приблизно рівну діаметру вітроколеса, взаємовплив залишається. Особливо цей вплив негативно позначається на задньому лопатевому колесі, тaк як воно повністю знаходиться у затіні першого колеса і турбулентні потоки, що зриваються, негативно впливають на використання енергії вітрового потоку, і сильно зменшують К. В. Е. В. всієї вітроелектричної установки. Крім того використання флюгерної пластини для розташування лопатевих коліс по вітру, не виправдовує себе при низьких швидкостях вітру, що також зменшує К. В. Е. В. вітроелектричного двигуна. До основи винаходу покладена задача вдосконалення вітродвигунів, що мають горизонтальну вісь обертання, у яких використані вітроколеса такої форми, завдяки яким вітроустановка використовувала б потік вітру більш повно, і застосовувала б негативний взаємовплив роторів у позитивному для вітродвигуна вигляді, а також більш повно вживала енергію потоку вітру поза залежності від його напряму, безвідносно розташування осі обертання вітроколіс. Все сказане вище, а також і те що є можливість використання в цьому вітроелектричному двигуні лінійного генератора, підвищує К. В. Е. В. вітроустановки. Поставлене завдання вирішується тим, що у вітродвигуні з лопатевими колесами, краї лопатей яких описують форму поверхні обертання, вісь обертання під кутом до горизонту, що прикріплена до вертикальної осі повороту, що складається з двох половин поверхонь обертання, встановлених з можливістю обертання у різні сторони, робочих лопатевих елементів, виконаних по формі криволінійних поверхонь (евольвентних, гвинтових, спіральних та ін.), прикріплених до труби, що обертається і до двох перфорованих дисків-основ поверхонь обертання лопатевих коліс, з протилежним розташуванням лопатей одного вітроколеса відносно лопатей другого, причому, ззаду розташовані лопати знаходяться на більш віддаленій відстані ніж передні, на роз'ємних поверхнях обертання лопатевих коліс, згідно з винаходом одна половина поверхні обертання лопатевих коліс з'єднана з однією частиною генератора енергії, а друга половина поверхні обертання з'єднана з другою частиною цього ж генератора. З'єднання поверхонь обертання ротора з генератором може бути здійснене довільним засобом: електромагнітним або механічним, але при цьому відсутній механічний привід у вигляді редукційного механізму і гальмівних приладів, застосування яких приводить до зниження загального К. В. Е. В. вітродвигуна. Запропоноване перетворення механічної енергії вітру у електричну, дозволить більш ефективно і зручно використати потужність, що знімається з поверхонь лопатевих коліс, а роз'ємна конструкція лопатевих коліс з протилежним нахилом робочих лопатевих елементів дозволить ефективно використати цей вітродвигун при малих швидкостях вітру, а при аварійних вітрових навантаженнях взаємний вплив передньої частини вітроустановки на задню навпаки, буде підгальмовувати і переднє, і розташоване ззаду лопатеві колеса. Внутрішня безлопатева порожнина заднього лопатного колеса буде пропускати тільки ту кількість вітрового потоку, на який розрахована вітроустановка (на максимально допустиму кількість обертів лопатних коліс). Набір всіх цих якостей (параметрів) дозволить експлуатувати запропоновану вітроенергетичну установку в безаварійному режимі, з максимальним зняттям енергії з потоку вітру при різноманітних напрямках вітру. Запропонований вітродвигун зображений на фіг.1. Він складається з переднього лопатного колеса 1 (з діаметром D1) і заднього лопатного колеса 2 (з діаметром D2), які закріплені на осі 3, що в свою чергу закріплена через підшибниковий вузол 4 в поворотному закріплюючому корпусі 5, що прикріплений на вертикальній осі повороту 6, а після цього, через підшибники 7, що дають можливість повертатись всій конструкції по вітру, до штанги 8, що знаходиться на установочній поверхні 9. Робочі лопатеві елементи 10 переднього лопатевого колеса 1 прикріплюються до труби 11 і перфорованого диску-основи переднього лопатного колеса 12, що разом обертаються в одному напрямку, а робочі лопатеві елементи 13 заднього лопатного колеса 2 кріпляться до труби 14 і перфорованого диску - основи заднього лопатного колеса 15, що разом обертаються в протилежному напрямку, причому робочі елементи на кожному з 2 30155 лопатевих коліс мають протилежний нахил по відношенню до лопатевих елементів іншого колеса. Переднє лопатеве колесо з'єднане з ротором 16, а розташоване по заду лопатеве колесо - з контрротором 17 цього ж генератора 18. Вітродвигун працює таким чином: при будьякому напрямі вітру робочі лопатеві елементи 13 заднього лопатного колеса 2, що мають більшу робочу площу, самостійно установлюють вітродвигун під найбільш оптимальним кутом до напрямку потоку повітря, при цьому самі обертаються і створюють обертальний момент на перфорованому диску-основі 15 заднього лопатевого колеса. Одночасно з цим починає обертатися під дією вітру переднє лопатеве колесо 1, встановлене віссю 3 до найбільш оптимального положення по відношенню до напряму руху вітрового потоку, обертаючи перфорований диск-основу 12 переднього лопатного колеса. Внаслідок цього переднє лопа теве колесо 1 буде обертатися в одну сторону, а лопатеве колесо, яке знаходиться позаду - в іншу. Одночасно в різні сторони обертаються рухомі диски 12 і 15, що обертають ротор 16 і контрротор 17 електрогенератора 18, що генерує струм споживачу. На другому аркуші ілюстративного матеріалу, аксонометричне зображені форми передньої (фіг. 2) і задньої (фіг. 3) лопат. Проведені лабораторні випробування моделі вітродвигуна з лопатевими колесами, що мають форму поверхонь обертання, причому заднє лопатеве колесо витягнуте по осі і має збільшений діаметр по відношенню до переднього, що самостійно установлюється, підтверджують ідею створення універсального, ефективного, економічного і безшумного вітродвигуна лопатево-колісного типу, К. В. Е. В. якого у 1,25-1,5 рази більше, ніж у використовуємих вітродвигунів подібного типу. Фіг. 1 3 30155 Фіг. 2 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 4