Вітряний двигун

Вітряний двигун, що містить робочі елементи, закріплені на несучому елементі, котрий розташований на валу генератора, який відрізняється тим, що робочі елементи виконані у вигляді переважно чотирьох відкритих півсфер, при цьому основа кожної відкритої півсфери розташована під кутом 40-50° по відношенню до хрестовини, на якій вона закріплена. (19) (21) u201114312 (22) 05.12.2011 (24) 27.02.2012 (46) 27.02.2012, Бюл.№ 4, 2012 р. (72) ДЕЛІГІОЗ ГЕОРГІЙ ГРИГОРОВИЧ, ПАРМЕНОВА ДАНА ГЕОРГІЇВНА (73) ДЕЛІГІОЗ ГЕОРГІЙ ГРИГОРОВИЧ, ПАРМЕНОВА ДАНА ГЕОРГІЇВНА 3 падає в рази, робота вітродвигуна стає неефективною. 2. Обмеженість у розмірах, а значить і в потужності. Діаметр обертання лопатей недоцільно збільшувати більш ніж на 5 м, через те, що установка такого вітродвигуна пов'язана з небезпекою при експлуатації. 3. Обертання лопатей такого вітродвигуна супроводжується свистом, а тому його неможна установлювати на житловому будинку або в безпосередній близькості до нього. 4. На великих установках з пропелерами необхідно установлювати додатковий двигун для запуску установки, тому, що дуже часто вони не запускаються від вітру. 5. Виготовлення лопатей пропелерів дуже складне та дороге. 6. Загальна площа лопатей пропелера будьякого розміру буде завжди значно менше площі півсфер аналогічного діаметра обертання. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити конструкцію вітряного двигуна, в якому шляхом застосування «вітрил» - жорстких, переважно пластмасових півсфер як робочих елементів для контакту з вітром, а також оригінального способу і куту установлення їх, забезпечити потужне і стабільне обертання робочого колеса і, як наслідок, забезпечити підвищення ефективності вітряного двигуна за рахунок збільшення коефіцієнта використання енергії вітру. Поставлена задача вирішена конструкцією вітряного двигуна, що містить робочі елементи, закріплені на несучому елементі, котрий розташований на валу генератора, тим, що робочі елементи виконані у вигляді переважно чотирьох відкритих півсфер, при цьому основа кожної відкритої півсфери розташована під кутом 40-50° по відношенню до хрестовини, на якій вона закріплена. В основі корисної моделі, що заявляється, стоїть фактор впливу потоку повітря на увігнуту (внутрішню) частину порожнистої півсфери. Вітряний двигун зображений на кресленні, де: фіг. 1 - загальний вигляд двигуна; фіг. 2 - вигляд спереду; фіг. 3- схематичне зображення взаємодії потоку вітру з півсферою. Швидкохідний горизонтальний вітряний двигун містить робочі елементи, виконані у вигляді, переважно чотирьох пластмасових півсфер 1, прикріплених до хрестовини 2 за допомогою елементів кріплення 3. Хрестовина 2 з'єднана з маточиною 5, яка жорстко закріплена на валу генератора 4. Кожна півсфера 1 закріплена на хрестовині 2 таким чином, що основа розташована під кутом 45° по відношенню до хрестовини 2. Кількість півсфер швидкохідного горизонтального вітряного двигуна вибрано з таких міркувань. У будь-якому діаметрі обертання максимальну площу можна отримати при щільному розміщенні чотирьох півсфер з максимальним діаметром, які вмістяться в нього. Збільшуючи кількість півсфер більше чотирьох штук, при заявленому принципі розміщення півсфер для отримання обертання колеса, будуть втрати в сумарній площі півсфер, 67661 4 але ефект обертання залишиться. Установка трьох або двох півсфер так само дасть обертання, але площа зменшиться ще більше. Вибір кута, під яким установлено відкриту основу кожної півсфери по відношенню до хрестовини, на якій вони закріплені, пояснюється наступним. Використовуючи вплив потоку повітря на порожнисту півсферу було відмічено, що, змінюючи кут атаки потоку повітря в зігнутій частині порожнистої півсфери, щодо її основи від 70° до 90°, потік прямує до центру і по колу в протилежну частину півсфери (фіг. 3). Це змушує півсферу рухатися у напрямку її осі опуклою частиною вперед. Цей ефект дає можливість крутити жорсткі порожнисті півсфери у вертикальному положенні. В заявленій конструкції на хрестовині розмістили чотири півсфери максимально щільно одна до одної (з розрахунку, щоб кожна півсфера була повністю відкрита впливу вітру) під кутом 45° по відношенню до напрямку вітру. Всі півсфери звернені опуклою частиною в одному напрямку (фіг. 2, 3). Експериментально установлено, що цей кут, рівний 45°, дає максимальний ефект впливу вітру на півсферу. У результаті виготовлена модель дуже чутлива до вітру, вона стабільно обертається і залежно від швидкості вітру змінює швидкість обертання. Крім того, при зміні кута атаки вітру по відношенню до колеса, що обертається, вона не втрачає обертання і напрям (навіть опуклої частини півсфер по відношенню до напрямку вітру), а втрачає тільки потужність обертання. Це дає можливість при великих руйнуючих вітрах розгортати установку (обертову частину) на 180°, максимально зменшуючи опір півсфер вітру, без втрат роботи установки. Вітряний двигун працює наступним чином. При направленні установки фронтальною частиною (фіг. 1) проти напряму вітру, кожна півсфера 1 (вітрило) буде прямувати під дією потоку вітру випуклою частиною уперед. Оскільки кожна півсфера 1 установлена основою паралельно осям плечей хрестовини 2 та в одному напрямку по колу, а отже випуклою частиною півсфери під кутом 90° відносно осей плечей хрестовини 2, то й сили дії на півсфери 1 будуть під кутом 90° відносно осей хрестовини 2. Таким чином, отримуємо обертання колеса та разом з ним вала генератора. Порівняння можливостей вітряного двигуна, що заявляється, і вітродвигуна за найближчим аналогом з трьома лопатями показує істотну перевагу його. Це можна пояснити наступним. Виготовляти можна дуже потужні установки відносно невеликих розмірів і на невеликих займаних площах. Наприклад: установка, з півсферами діаметром 5 м і загальною площею чотирьох півс2 фер ~156 м , матиме діаметр обертового колеса 13 м і може розміститися основою опори на такому ж діаметрі, а висота може бути до 25 м (залежно від рельєфу місцевості або місця розташування). Виготовити пропелер з такою площею неможливо і недоцільно, тому що він буде величезним і 5 67661 буде займати великі площі, а висота його також буде величезною. Тепер порівняємо потужності щодо займаних площ і діаметрів обертання. Як відомо, силу, діючу на лопать пропелера, і силу, що діє на вітрило, розраховують за одними і тими же формулами: S 2 S 2 Fx  C x    ; Fy  C y    - в Ньюто2 2 нах, 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, що діє на вітрило (пропелер); S - площа поверхні вітрила (пропелера);  - щільність повітря. Наприклад, розрахована конструкторами установка з пропелером, що складається з трьох 6 2 лопатей загальною площею ~1,8 м діаметром обертання пропелера 5 м, може давати 2000-3000 Вт електроенергії. Якщо виготовити вітродвигун пропонованої конструкції з таким же діаметром обертання колеса, то в цьому діаметрі можна розмістити чотири півсфери  2 м і загальною пло2 щею ~25 м , і отримаємо установку приблизно в 13,5 разів потужніше установки з пропелером, тобто з потужністю ~30-40 кВт. Наявна істотна перевага заявленої конструкції. Виготовляти такі установки буде дуже просто і рентабельно. Півсфери можна виготовляти з пластика, з якого виготовляються пляшки, що дозволить утилізувати тару з-під напоїв. Оскільки ці установки будуть безшумними, їх можна установлювати на дахах будинків великих мегаполісів і в межах житлових масивів. Виробництво електроенергії можна поєднати із загальною електричною системою. 7 67661 8 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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