Вітродвигун

1. Вітродвигун з горизонтальною віссю обертання, що складається з робочих елементів, закріплених на несучому елементі, який встановлений 3 1. Достатньо вузький робочий діапазон співвідношення швидкості обертання лопатей і швидкості набігаючого потоку. При короткочасному ослабленні вітру або при повільному обертанні вала внаслідок зростання навантаження, співвідношення швидкості лопатей і вітру стає неоптимальним і відбувається зрив потоку вітру з лопатей. У такі моменти КВЕВ падає в рази і робота вітродвигуна стає неефективною. 2. Обмеження в розмірах, а значить і в потужності. Діаметр обертання лопатей недоцільно збільшувати більш ніж на 5 метрів, через те, що установка такого вітродвигуна пов'язана з небезпекою при експлуатації. 3. Обертання лопатей такого вітродвигуна супроводжується свистом, а тому його не можна встановлювати в безпосередній близькості до житлових районів. 4. На великих установках з пропелерами необхідно встановлювати додатковий електродвигун для запуску установки, тому що дуже часто вони не запускаються від вітру. 5. Виготовлення лопатей пропелерів є дуже складним і дорогим. 6. Загальна площа лопатей пропелера будьякого розміру буде завжди значно менше площі жорстких вітрил у вигляді порожнистих напівциліндрів при аналогічному діаметрі обертання робочого колеса. У основу корисної моделі поставлено задачу розробити конструкцію вітряного двигуна, в якої шляхом застосування жорстких "вітрил" у вигляді порожнистих напівциліндрів, в основному пластмасових, як робочі елементи для контакту з вітром, а також оригінального способу і кута кріплення їх, забезпечити могутнє і стабільне обертання робочого колеса і, як наслідок, забезпечити підвищення ефективності вітряного двигуна за рахунок збільшення коефіцієнта використання енергії вітру. Поставлена задача вирішена конструкцією вітродвигуна з горизонтальною віссю обертання, що складається з робочих елементів, закріплених на несучому елементі, який встановлений на валу генератора, відповідно до корисної моделі, робочі елементи виконані у вигляді порожнистих напівциліндрів в кількості переважно від двох до чотирьох, кожен з яких основою увігнутої частини закріплений під кутом 40-50°до несучого елемента, щодо його площини обертання. Крім того, співвідношення довжини напівциліндра до його діаметра не менше 1,5:1,0. Крім того, напівциліндри виготовлені переважно з пластмаси. У основі корисної моделі, що заявляється, є чинник впливу потоку повітря на увігнуту (внутрішню) частину напівциліндра. Вітродвигун зображений на кресленні, де: фіг. 1 - загальний вигляд; фіг. 2 - вигляд спереду; фіг. 3 - спосіб кріплення одного напівциліндра; фіг. 4 - схематичне зображення взаємодії потоку вітру і напівциліндра. Вітродвигун з горизонтальною віссю обертання складається з робочих елементів, виконаних у 67659 4 вигляді, в основному чотирьох пластмасових напівциліндрів 1, прикріплених до хрестовини 2 за допомогою елементів кріплення 3. Хрестовина 2 жорстко прикріплена на маточині 4, яка встановлена на валу 5 генератора 6. Кожен напівциліндр 1 закріплений на хрестовині 2 так, щоб основа увігнутої частини напівциліндра була розташована під кутом 45° по відношенню до хрестовини 2. Кількість напівциліндрів швидкохідного горизонтального вітродвигуна вибрана з таких міркувань. Оптимальний розмір жорсткого напівциліндра буде тоді, коли його довжина в 1,5 разу більше, ніж ширина увігнутої частини (діаметру напівциліндра). Більше, ніж в 1,5 разу можна, менше - ні. Цей висновок зроблений із-за особливостей дії вітру на внутрішню увігнуту частину напівциліндра. Виходячи з цього, в будь-якому діаметрі обертання максимальну площу дають чотири вітрила з такими співвідношеннями розмірів при щільному розміщенні усередині колеса, що обертається. Зменшити кількість вітрил або збільшити можна, але при цьому ми зменшимо загальну площу вітрил, а значить і потужність вітродвигуна. Вибір кута, під яким встановлена відкрита основа увігнутої частини напівциліндра по відношенню до хрестовини (площини обертання), на якій вони закріплені, пояснюється таким чином. Використовуючи вплив потоку повітря на порожнисту увігнуту частину напівциліндра, було відмічено, що змінюючи кут атаки потоку повітря в увігнутій частині полого напівциліндра щодо його основи від 20° до 70°, потік прагне до центру і по кругу в протилежну частину напівциліндра (фіг.4). Це примушує напівциліндри рухатися опуклою частиною вперед під кутом >90° щодо напряму потоку повітря. Цей ефект дає можливість крутити жорсткі порожнисті напівциліндри у вертикальному положенні. У заявленій конструкції на хрестовині розмістили чотири напівциліндри максимально щільно одним торцем один до одного, основою увігнутої частини вітрила під кутом 45° по відношенню до напряму вітру і опуклою частиною напівциліндрів в одному напрямі (фіг. 1,2). Експериментально встановлено, що кут 45° дає максимальний ефект дії вітру на напівциліндр для вертикального обертання колеса. В результаті виготовлена модель дуже чутлива до впливу вітру, яка стабільно обертається і залежно від швидкості вітру змінює швидкість обертання. Крім того, при зміні кута атаки вітру по відношенню до колеса, яке обертається, воно не втрачає обертання навіть при розвороті опуклої частини напівциліндрів на 180° по відношенню до напряму вітру. Це дає можливість при великих руйнуючих вітрах, розгортаючи установку (частину, що обертається) на 180°, максимально зменшити опір напівциліндрів вітру, без втрат роботи установки. Вітродвигун працює таким чином. Направляючи установку фронтальною частиною (фіг.1) проти напряму вітру кожен напівциліндр 1 рухатиметься під впливом потоку вітру 5 опуклою частиною вперед. Оскільки кожен напівциліндр 1 встановлений підставою паралельно осям плечей хрестовини 2 і в одному напрямі по кругу обертання, а також опуклою частиною напівциліндра під кутом 90° щодо осей плечей хрестовини 2, то і сили дії на напівциліндр 1 будуть під кутом 90° щодо осей хрестовини 2. Таким чином, отримаємо обертання колеса і разом з ним вала 5. Порівнюючи можливості вітродвигуна, який заявляється, і прототип - вітродвигун з трьома лопатями, ми бачимо істотну різницю. Це можна пояснити наступним. Як відомо, сила, що впливає на лопать пропелера і сила, яка діє на вітрило, розраховуються по одних і тих же формулах: S 2 S 2 Fx  C x    ; Fy  C y    - це в 2 2 Ньютонах або Fx  0,0625  C x  S   2 ; Fy  0,0625  C y  S   2 - в кгс. де C y і C x - аеродинамічні коефіцієнти підйомної сили і сили лобового опору;  - швидкість вітру, який діє на вітрило (пропелер); S - площа 67659 6 поверхні вітрила (пропелера);  - щільність повітря. Виходячи з цих формул, ясно, що потужність вітродвигуна прямо пропорціональна площі дії вітру. Звідси робимо висновок, що в будь-якому діаметрі обертання колеса площа напівциліндрів буде завжди набагато більша, ніж площа пропелера. Це означає, що і потужність буде набагато більша. Виготовляти такі установки дуже просто і рентабельно. Напівциліндри можна виготовляти з армованого пластика, з якого виготовляють пляшки, що дозволить утилізувати тару з-під напоїв. Напівциліндри повинні максимально відповідати формі напівциліндра, тобто сегменту круга 180°. Для цього пластиковий лист кріпиться на заздалегідь виготовлені легкі, жорсткі металеві сегменти, які відповідають радіусу 180° і прикріплені до хрестовин робочого колеса. Оскільки ці установки будуть безшумними їх можна встановлювати на територіях житлових масивів і навіть на дахах висотних будинків великих мегаполісів. 7 67659 8 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601