Вітродвигун

Реферат: Винахід належить до вітроенергетики. Вітродвигун має вітронапрямний равликоподібний коробчастий конфузор 1, який утворює вихрову камеру 2 з боковим виходом 3 для повітряного потоку. Боковий вхід 3 примикає до равликоподібного коробчастого дифузора 4 з вихровою камерою 5. У вихровій камері 2 конфузора 1 розміщене барабанне вітроколесо 6 з лопатями 20. Радіальна турбіна 7 з лопатями 21 розміщена у вихровій камері 5 дифузора 4 навпроти виходу 3 з вихрової камери 2 дифузора 1. Вітроколесо 6 і турбіна 7 розташовані на одному валу 8. Послідовне проходження повітряного потоку через вітроколесо 6 і турбіну 7, а також його прискорення у конфузорі перед входженням у вітроколесо 6 і гальмування у дифузорі після виходу з турбіни 7, сприяє ефективному відбиранню з нього механічної енергії. UA 105421 C2 (12) UA 105421 C2 UA 105421 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до вітроенергетики і спрямований на збільшення відбору механічної і електричної енергії з повітряного потоку. Відомий вітродвигун, що містить барабанне вітроколесо з лопатями, що закріплені на горизонтальному валу, і встановлений перед вітроколесом коробчастий конфузор, вихідний отвір якого розташований вище вала, причому вітродвигун забезпечений додатковим конфузором, що встановлений за вітроколесом. Крім того, вихідний отвір додаткового конфузора розміщений нижче вала (див. АС СРСР № 1268792, МПК F03D3/04,1980 р.). Однак, швидкість повітря, незважаючи на використання конфузора, що потрапляє на вітродвигун, незначна. Це обумовлює необхідність використання низькообертових генераторів, які, в свою чергу, мають низький коефіцієнт корисної дії (ККД). Крім того, встановлені один проти одного конфузори створюють взаємні перешкоди для повітряних потоків. Тобто, використання енергії вітру таким вітрогенератором проводиться неефективно. Задачею даного винаходу є створення вітродвигуна, конструкція якого дозволяє збільшити швидкість повітряного потоку, що потрапляє на вітроколесо, і одночасно з цим збільшити коефіцієнт корисної дії вітродвигуна в цілому. Поставлена задача вирішується тим, що у вітродвигуні, який містить барабанне вітроколесо з лопатями, закріпленими на горизонтальному валу, та встановлений перед вітроколесом коробчастий конфузор, вихідний отвір якого спрямований на лопаті вітроколеса, відповідно до винаходу коробчастий конфузор виконаний равликоподібним з утворенням на виході вихрової камери з вхідним отвором, що спрямовує потік повітря на лопаті вітроколеса по дотичній, та вітроколесом, що розміщене всередині вихрової камери, яка охоплює вітроколесо, причому вітродвигун додатково забезпечений радіальною повітряною турбіною з камерою в равликоподібному коробчастому дифузорі, а вихідний отвір вихрової камери конфузора виконаний в одній із його бокових стінок і з'єднаний з вихровою камерою радіальної турбіни з можливістю спрямування повітряного потоку на її лопаті. При цьому вітроколесо та радіальна турбіна встановлені на одному валу. Крім того, равликоподібний конфузор може бути виконаний загнутим по правосторонній спіралі, а равликоподібний дифузор - по лівосторонній спіралі, причому вітродвигун може бути встановлений на поворотній платформі, центр обертання якої зміщений відносно центру тяжіння вітродвигуна. Наведене вище дозволяє досягти наступного технічного результату: збільшується швидкість повітря, що потрапляє на лопаті вітроколеса; збільшується щільність повітря, що потрапляє на лопаті вітроколеса; потік вітру на лопаті вітроколеса спрямовується по дотичній, що збільшує ефективність відбору енергії; потік повітря після вітроколеса спрямовується на лопаті турбіни, яка відбирає від нього додаткову енергію. Крім того: підвищується ефективність використання енергії вітру вітродвигуном. На фіг. 1 схематично зображений вітродвигун, що пропонується, в розрізі, на фіг. 2 - розріз А-А на фіг. 1. Вітродвигун містить повітронапрямний равликоподібний коробчастий конфузор 1, зігнутий по правосторонній спіралі з вихровою камерою 2, з боковим виходом 3 для повітряного потоку, равликоподібний коробчастий дифузор 4, зігнутий по лівосторонній спіралі з вихровою камерою 5 з боковим входом 3 для повітряного потоку, спільним з боковим виходом 3 з вихрової камери 2 конфузора 1, барабанного вітроколеса 6, розміщеного в вихровій камері 2 конфузора 1, повітряної радіальної турбіни 7, розміщеної в вихровій камері 5 дифузора 4 проти виходу 3 повітряного потоку з вихрової камери 2 дифузора 1, при цьому барабанне вітроколесо 6 і радіальна повітряна турбіна 7 установлені на спільному валу 8, який своїм кінцем з боку конфузора 1 опирається на шариковий підшипник в корпусі 9, закріплений на знімній підставці 10, а кінцем з боку дифузора 4 вал 8 опирається на упорний конічний підшипник в корпусі 11, що закріплений на знімній підставці 12, а також електрогенератор 13, закріплений на згаданій підставці 10 і з'єднаний з валом 8 через муфту 14. Для проведення монтажних і ремонтних робіт з обох боків вітродвигуна передбачені розбірні кришки, з боку конфузора 1 кришка 15 по діаметру вітроколеса 6, а з боку дифузора 4 кришка 16 по діаметру радіальної турбіни 7. Для зміни числа обертів вала 8 або зупинки вітродвигуна на виході повітряного потоку з дифузора 4 установлена вигнута поворотна заслінка 17 з фіксатором положення 18. Крім того, на кінці вала 8, з боку дифузора 4, установлений гальмівний пристрій 19, закріплений на знімній підставці 12. Лопаті 20 вітроколеса 6 і лопаті 21 радіальної турбіни 7 вигнуті і орієнтовані на максимальне сприйняття повітряного потоку, уникаючи втрат енергії на 1 UA 105421 C2 5 10 15 20 завихрення. Необхідна жорсткість вітродвигуна досягається за допомогою стяжок, розпірок, ребер жорсткості, опор, болтових з'єднань тощо. Вітродвигун працює наступним чином. Потік атмосферного повітря потрапляє в конфузор 1, звужується в ньому, прискорюється і в вихровій камері 2 закручується в правосторонній вихор, який охоплює всі лопаті 20 вітроколеса 6 і діє на них по всьому колу одночасно, а переходячи через боковий вихід 3 у вихрову камеру 4 дифузора 5, указаний потік розширюється в радіальному напрямку, діючи також одночасно на всі лопаті 21 радіальної турбіни 7, розкручується на лопатях 21 в лівосторонньому напрямку і повертається в атмосферу, віддавши частину механічної енергії повітряного потоку лопатям вітродвигуна 20 і 21, а через них валу 8, електрогенератору 15, споживачам, в акумулятори тощо. Вітродвигун краще встановлювати на відкритому пагорбі на низьких опорах конфузором назустріч переважаючому напрямку вітрів, а вихідним патрубком дифузора з ухилом за конфузор, де більше розрідження. В місцевостях з нестійкою розою вітрів вітродвигун може бути установлений на поворотній платформі зі зміщеним центром тяжіння вітродвигуна відносно до центру обертання платформи. Можлива установка двох вітродвигунів у спареному варіанті з їх спільною роботою на один електрогенератор між ними. Для цього в одному із вітродвигунів необхідно конфузор і дифузор поміняти місцями зі зміною нахилу лопатей в дифузорі на протилежний. Для вала вітроколеса краще використати трубу, для якої лопаті будуть одночасно ребрами жорсткості. Крім того, лопаті вітроколеса можна закріпити на валу по гвинтовій лінії, але не більше як в один виток. Вихідну кромку конфузора у вихрову камеру також можна робити навкіс, а вітроколесо і радіальну турбіну жорстко з'єднати на спільному валу. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 1. Вітродвигун, що містить барабанне вітроколесо з лопатями, закріпленими на горизонтальному валу, та встановлений перед вітроколесом коробчастий конфузор, вихідний отвір якого спрямований на лопаті вітроколеса, який відрізняється тим, що коробчастий конфузор виконаний равликоподібним з утворенням на виході вихрової камери з вхідним отвором, що спрямовує потік повітря на лопаті вітроколеса по дотичній, та вітроколесом, що розміщене всередині вихрової камери, яка охоплює вітроколесо, причому вітродвигун додатково забезпечений радіальною повітряною турбіною, установленою в камері равликоподібного коробчастого дифузора, а вихідний отвір вихрової камери виконаний на одній із бокових стінок вихрової камери і з'єднаний з камерою радіальної турбіни з можливістю спрямування повітряного потоку на її лопаті, при цьому вітроколесо та радіальна турбіна встановлені на одному валу. 2. Вітродвигун за п. 1, який відрізняється тим, що равликоподібний конфузор виконаний загнутим по правосторонній спіралі, а равликоподібний дифузор виконаний загнутим по лівосторонній спіралі. 3. Вітродвигун за п. 1, який відрізняється тим, що він встановлений на поворотній платформі, центр обертання якої зміщений відносно центру тяжіння відродвигуна. 2 UA 105421 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 3