Горизонтальний аеродинамічний двигун

Винахід належить до області вітроенергетики, де енергія повітряного потоку перетворюється в механічну енергію обертання вала електрогенератора. Відомі пристрої для використання енаргіт вітру і перетворення її в електроенергію, зокрема, карусельні вітродвигуни з вертикальною віссю обертання лопастей [1]. Щоб одержати моменти обертання на осі, лопасті, що рухаються назустріч вітру, повертаються ребром до потоку. Для цього вони закріплюються на осі за допомогою шарнірів і неактивному відрізку шляху (зона А) фіксуються у потрібному положенні упорами. Різновидами двигунів карусельного типу є роторні (з криволінійними робочими поверхнями) і барабанні (з плоскими робочими поверхнями, що обертаються відносно горизонтальної осі). Більшість таких двигунів дуже прості по конструкції, однак не знайшли широкого застосування через громіздку конструкцію та мале значення коефіцієнта використання енергії вітру (не більш як 0,18), а також складностей, які виникають при обладнанні їх системами автоматичного регулювання потужності, що розвивається, і частоти обертання. Більш досконалими є крильчасті двигуни [2]. Такий двигун має стояк, на якому нерухомо закріплений генератор, та поворотний механізм з вітроколесом і повітряним рулем. Вітроколесо має горизонтальну вісь обертання і робочий момент на ньому утворюється за рахунок аеродинамічних сил, які являють собою площини або мають спеціальний профіль. Недоліком прототипа є низька продуктивність, обумовлена тільки частковим використанням повітряного потоку, оскільки в відомій конструкції використовується тільки та частина повітряного потоку, яка попадає на лопасті. У відомих конструкціях нема пристрою, який дозволив би акумулювати всю енергію повітряного потоку і спрямовувати її на вироблення електричної енергії (наприклад, конфузор і дефлектор у пропонованому ймовірному винаході). Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак винаходу, що заявляється, і технічним результатом, якого можна досягти, полягає в тому, що саме наявність конфузора на вході горизонтального повітряного потоку і дефлектора або іншого пристрою для зменшення тиску повітряного потоку за турбіною на виході дозволяє створити додаткову тягу за рахунок перепаду тисків на вході і виході і збільшити потужність двигуна шляхом максимального використання сили повітряного потоку. В основу винаходу проставлене завдання створення вітродвигуна великої потужності шляхом підвищення коефіцієнта використання енергії вітру за рахунок використання конфузора і дефлектора. Даний ймовірний винахід призначений для створення двигунів великої потужності, які використовуватимуть горизонтальні вітрові потоки. Це завдання вирішується завдяки наявності конфузора на вході горизонтального вітрового потоку і дефлектора на виході, який створює допоміжну тягу за рахунок перепаду тисків на вході і виході. На фіг.1 схематично зображений горизонтальний аеродинамічний двигун. На фіг.2 зображена основа конфузора. На фіг.3 зображена труба і дефлектором. Горизонтальний аеродинамічний двигун (див. фіг.1) змонтований на стояках 1, на яких закріплені нерухома зовнішня кільцева опора 2, внутрішня кільцева опора 3, опора 4 поворотного пристрою 5. Поворотний пристрій 5 з'єднаний жорстко бандажем 6 з конфузором 7, який може бути виконаний конусним або багатогранним з оптимальним кутом копра або кутом між ребрами багатогранника, який дорівнює 13. Конфузор 7, прикріплений бандажам 8 до передньої рухомої опори 9 і за допомогою пристрою переміщення 10 рухається відносно внутрішньої кільцевої опори 3, До конфузора 7 кріпляться стабілізатор 11 та труба 12, до якої жорстко прикріплені вертикальний повітряний руль 13, задня рухома опора 14 з пристроєм переміщення 15 та дефлектор 16. В конфузорі 7 розміщені елементи жорсткості 17, що прикріплені нерухомо до стінок конфузора 7. В основі конфузора 7 (див. фіг.2) розміщена сітка захисна 18, а на елементах жорсткості 17 розміщені газові пальники. В трубі 12 (див. фіг.3) за допомогою елементів кріплення 19 змонтований нерухомий конус 20 з оптимальним кутом при 26°, повітряна турбіна 21, електрогенератор 22. До кінця труби 12 кріпиться дефлектор 10, внутрішня частина якого виконана у формі сопла Лаваля. Назовні до труби 12 жорстко прикріплені повітряний руль 13, задня рухома опора 14, коробка електроз'єднань 23 та шинопровід 24. Горизонтальний аеродинамічний двигун розміщений на стояках 1 над землею на такій висоті, де постійно є вітер мінімум від слабкого до помірного, швидкість руху повітря по шкалі Бофорта дорівнює 1 - 2 бали або 1,0 до 3,3м/сек. Вісь обертання поворотного пристрою 5 конфузора 7 розміщується на такій відстані від основи, що при зміні напрямку повітряного потоку, завдяки поворотному пристрою 5, повітряному рулю 13, передній рухомій опорі 9 з пристроєм переміщення 10 по внутрішній кільцевій опорі і та задній рухомій опорі 14 з пристроєм переміщення 15 по зовнішній кільцевій опорі 2, конфузор 7 автоматично займав позицію, при якій площа основи перпендикулярна до повітряного потоку. Швидкість руху повітря в конфузорі 7 збільшується, згідно рівняння неперервності в стільки разів, у скільки разів площа основи конфузора 7 більша від площі кола, утвореного від обертання лопаток повітряної турбіни 21. На виході з конфузора 7 повітряний потік попадає в трубу 12, конфігурація якої обумовлена конструкцією турбіни 1, проходячи між стінкою труби 12 та нерухомим конусом 20 або іншим пристроєм, з допомогою якого повітряний потік спрямовується до турбіни 21, збільшує свою швидкість, згідно рівняння неперервності, і потрапляє на лопатки турбіни 21. При обтіканні повітряним потоком лопаток турбіни 21 створюється аеродинамічний обертовий момент, який передається на ротор електрогенератора 22, який перетворює механічну енергію обертання турбіни в електричну енергію. Електрична енергія по шинопроводу 24 з допомогою щіток і струмознімачів потрапляє від рухомого конфузора 7 до нерухомої підстанції, де розподіляється між споживачами, а надлишок використовується для водневого акумулювання. Повітряний потік після турбіни 21 проходить по проміжку між електрогенератором 22 та трубою 12, де зменшує свою швидкість, і далі потрапляє в сопло Лаваля, де ще більше зменшує свою швидкість, після чого потрапляє в атмосферу. Стабілізатори її служать для компенсації моменту, який створюється відносно поворотного пристрою 5 по осі В повітряним потоком. Газові пальники з дистанційним запалюванням, розміщені на елементах жорсткості 17 конфузора 7, служать для створення теплового потоку, який повинен захищати турбіну 21 від можливого обледеніння при зимових опадах і конфузор 7 від можливого забивання снігом. Обертовий момент турбіни 21 підтримується завдяки автоматичному витримуванню співвідношення кута атаки лопаток турбіни 21 до швидкості повітряного потоку, а швидкість повітряного потоку в заданих межах витримується завдяки наявності в конструкції конфузора 7 регулюючих вікон, які при зміні швидкостей вітру автоматично відкриваються або закриваються. Таке виконання двигуна дозволяє створити екологічно чисте потужне - в межах десятків мегават - джерело електроенергії з незначними затратами на спорудження та обслуговування в будь-якому регіоні України і зменшити потребу в енергоносіях. На відміну від відомих двигунів запропонована конструкція дозволяє максимально використовувати енергію повітряного потоку, який, потрапляючи в конфузор, збільшує свою швидкість і таким чином продукує більше електроенергії. При надмірній швидкості вітру зайвий потік гаситься, що зменшує навантаження на конструкцію і сприяє її довговічності.