Вітродвигун

Реферат: Вітродвигун містить корпус, всередині якого розміщене турбінне колесо, змонтоване на вертикальному валу, до якого нерухомо закріплені у радіальному напрямку лопаті прямокутної форми. Навколо турбінного колеса розташований, нерухомо закріплений до корпусу, напрямний апарат, що являє собою дві горизонтально розташовані стінки у вигляді кілець, які з'єднані поміж собою напрямними пластинами прямокутної форми, які розміщені поміж стінками у тангенціальному, відносно осі вертикального вала турбінного колеса, напрямку. Напрямні пластини напрямного апарата мають форму трапецій, до торцевих бокових поверхонь яких нерухомо закріплені стінки у вигляді конусів із зрізаними вершинами. Вершини конусів направлені назустріч одна одній, а геометричні осі конусів зливаються із геометричною віссю вертикального вала турбінного колеса. Лопаті турбінного колеса, з протилежного від вертикального вала боку, заокруглені у тангенціальному, відносно вісі вертикального вала, напрямку у бік дії потоку вітру. Вітродвигун оснащений кришками, влаштованими зверху і знизу так, що поміж кришками і стінками напрямного апарата утворюється кільцевий зазор, виконаний з можливістю зменшення тиску повітря в об'ємах поміж кришками і елементами конструкції вітродвигуна. UA 79667 U (12) UA 79667 U UA 79667 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітродвигунів, які працюють під дією потоку повітря (вітру). Може бути використана при створенні автономних енергетичних пристроїв переважно для незначних потужностей у індивідуальних господарствах. Відомий роторний вітродвигун [патент України 25604, Бюл. № 12, 2007 р.], що містить вертикальний вал, на обох кінцях якого рівномірно по колу закріплені радіальні кронштейни, горизонтальні зовнішні кільця, які скріплюють ці кронштейни. До складу роторного вітродвигуна входять також осьові вертикальні зовнішні стрижні, до яких закріплені лопаті дугоподібної форми. Кожна лопать оснащена гнучким елементом, що з'єднує лопать з кронштейном. З іншого боку кожна лопать закріплена до вертикального вала, а вся конструкція являє турбінне колесо роторного вітродвигуна. Недоліком роторного вітродвигуна є невисока інтенсивність повітряного потоку, який діє на лопаті турбінного колеса, оскільки в конструкції немає напрямного апарата для потоку повітря, яке надходить у роторний вітродвигун. Ця обставина не дає можливості провести порівняльний аналіз роторного вітродвигуна з конструкцією корисної моделі, яку ми заявляємо. Відомий вітродвигун [Элементы механизмов, под ред. С.Н. Кожевникова М.: ГИОП, 1950, фиг. 1422, с. 422]. У вітродвигуні потік повітря (вітер), що утворюється в природі, діє на лопаті турбінного колеса, які не захищені дефлектором, що веде до обертання турбінного колеса і отримання механічної енергії. Лопаті турбінного колеса виконані прямокутної форми і нерухомо закріплені у радіальному напрямку до обертового вала. Вісь обертового вала турбінного колеса розташована вертикально, а дефлектор захищає від дії повітряного потоку ту половину турбінного колеса з лопатями, яка рухається назустріч повітряному потоку. Недоліком вітродвигуна є невисока інтенсивність повітряного потоку, який приймає участь у отриманні механічної енергії і діє на лопаті турбінного колеса, оскільки тільки його частка, яка не закрита дефлектором, перетворюється у механічну (кінетичну) енергію. Окрім того, в природних умовах вітер може постійно змінювати свої параметри (швидкість, напрямок тощо), а це не дає можливості стало отримувати механічну енергію, оскільки в конструкції не передбачене обертання вітродвигуна в залежності від напрямку потоку вітру. До недоліку вітродвигуна можна віднести і конструкцію лопаті турбінного колеса, яка не дає можливості ефективно використовувати параметри потоку вітру. Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю та досягуваному результату є вітродвигун [Элементы механизмов, под ред. С.Н. Кожевникова, М.: ГИОП, 1950, фиг. 1423, с. 422], який містить корпус, всередині якого уміщене турбінне колесо, змонтоване на вертикальному валу, до якого нерухомо закріплені у радіальному напрямку лопаті прямокутної форми. Навколо турбінного колеса розташований, нерухомо закріплений до корпусу, напрямний апарат, що являє дві горизонтально розташовані стінки у вигляді кілець, які з'єднані поміж собою напрямними пластинами прямокутної форми, які уміщені поміж стінками у тангенціальному, відносно осі вала турбінного колеса, напрямку. Недоліком вітродвигуна є невисока інтенсивність повітряного потоку, який діє на лопаті турбінного колеса, оскільки потік повітря проходить крізь канал (конфузор) обмежений поверхнею у напрямному апараті поміж двома горизонтально розташованими стінками (кільцями), що з'єднані поміж собою напрямними пластинами прямокутної форми, які уміщені поміж кільцями у тангенціальному, відносно осі вала турбінного колеса, напрямку. До недоліку вітродвигуна можна також віднести і конструкцію лопаті турбінного колеса, яка не дає можливості ефективно використовувати параметри потоку повітря, яке надходить з конфузора. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення кінетичної енергії потоку повітря, яке надходить на лопаті турбінного колеса вітродвигуна та підвищення генерування механічної (кінетичної) енергії на валу турбінного колеса вітродвигуна. Поставлену задачу здійснюють тим, що напрямні пластини напрямного апарата мають форму трапецій, до торцевих бокових поверхонь котрих нерухомо закріплені стінки у вигляді конусів із зрізаними вершинами, причому вершини конусів направлені назустріч одна одній, а геометричні осі конусів зливаються із геометричною віссю вертикального вала турбінного колеса, при цьому лопаті турбінного колеса, з протилежного від вертикального вала боку, заокруглені у тангенціальному, відносно осі вертикального вала, напрямку у бік дії потоку вітру, а вітродвигун оснащений кришками, влаштованими зверху і знизу вітродвигуна так, що поміж кришками і стінками напрямного апарата утворюється кільцевий зазор, з можливістю зменшення тиску повітря в об'ємах поміж кришками і елементами конструкції вітродвигуна. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями: фіг. 1 - вітродвигун вид спереду (переріз повздовж вертикальної осі); фіг. 2 - переріз А-А на фіг. 1. Вітродвигун містить корпус 1, всередині якого уміщене турбінне колесо, змонтоване на вертикальному валу 2, до якого нерухомо закріплені у радіальному напрямку лопаті 3 1 UA 79667 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 прямокутної форми. Навколо турбінного колеса розташований, нерухомо закріплений до корпусу 1, напрямний апарат, напрямні пластини 4 якого мають форму трапецій (фіг. 1). До бокових поверхонь напрямних пластин 4 нерухомо закріплені стінки 5 у виді конусів із зрізаними вершинами, причому вершини конусів направлені назустріч одна одній, а геометричні осі конусів зливаються із геометричною віссю вертикального вала 2 турбінного колеса. Напрямні пластини 4 уміщені поміж стінками 5 у тангенціальному, відносно осі вертикального вала 2 турбінного колеса, напрямку. Лопаті 3 турбінного колеса, з протилежного від вертикального вала 2 боку, заокруглені у тангенціальному, відносно осі вертикального вала 2, напрямку у бік дії потоку вітру (фіг. 2). Вітродвигун оснащений кришками 6, влаштованими зверху і знизу вітродвигуна так, що поміж кришками 6 і стінками 5 напрямного апарата утворюється кільцевий зазор 7, з можливістю зменшення тиску повітря в об'ємах поміж кришками 6 і елементами конструкції вітродвигуна. Фактично напрямний апарат розподіляється напрямними пластинами 4 на ряд каналів (конфузорів), в яких площа поверхні до якої надходить потік повітря, більша ніж площа поверхні, з якої потік повітря надходить на лопаті 3. Вертикальний вал 2 змонтований у підшипниках (на кресленнях не показані), які закріплені у корпусі 1. Вітродвигун може бути змонтований над поверхнею землі, наприклад, за допомогою труби 8 (фіг. 1). Працює вітродвигун наступним чином. Потік повітря (вітер), який утворений у природі, надходить з будь-якого боку у напрямний апарат, у якому він стискається у каналах (конфузорах) поміж напрямними пластинами 4 та стінками 5 і далі надходить на лопаті 3, які нерухомо закріплені до вертикального вала 2 турбінного колеса (фіг. 1). Під дією цього потоку повітря турбінне колесо починає обертатися і генерувати механічну (кінетичну) енергію. Лопаті 3 турбінного колеса, з протилежного від вертикального вала 2 боку, заокруглені у тангенціальному, відносно осі вертикального вала 2, напрямку у бік дії потоку вітру (фіг. 2). Таке конструктивне рішення сприяє генеруванню кінетичної енергії на вертикальному валу 2 турбінного колеса за рахунок того, що потік повітря, який надходить на лопаті 3, дещо затримується на заокругленнях лопатей 3. Вертикальний вал 2 обертається у підшипниках (на кресленнях не показані), які закріплені у корпусі 1. Оскільки, напрямні пластини 4 у формі трапецій, які уміщені поміж стінками 5 у тангенціальному, відносно осі вертикального вала 2 турбінного колеса, напрямку, то потік повітря, що надходить у напрямний апарат має більшу площу входу ніж у прототипі. Цей, збільшений за параметрами потік повітря, стискається одночасно у вертикальному та горизонтальному напрямку, а це веде, як у будь-якому конфузорі, до підвищення швидкості і кінетичної енергії потоку повітря, який надходить із напрямного апарата на лопаті 3 вертикального вала 2 турбінного колеса. Кришки 6 влаштовані зверху і знизу вітродвигуна так, що поміж кришками 6 і стінками 5 напрямного апарата утворюється кільцевий зазор 7. Під дією потоку повітря, біля кільцевого зазору 7, зменшується тиск повітря в об'ємах поміж кришками 6 і елементами конструкції вітродвигуна (турбінним колесом та напрямним апаратом). Зменшення тиску повітря у зоні, де відпрацьований потік повітря виходить із турбінного колеса, додатково працює на підвищення кінетичної енергії, що генерується у вітродвигуні. Напрямний апарат нерухомо закріплений на корпусі 1 (фіг. 1). Отже, конструкція вітродвигуна за рахунок зміни конструкції лопатей 3, напрямного апарата та кришок 6 забезпечує підвищення кінетичної енергії потоку повітря, яке надходить на лопаті 3 турбінного колеса вітродвигуна, що призводить до підвищення продуктивності вітродвигуна, з точки зору генерування механічної (кінетичної) енергії, у порівнянні з прототипом. Окрім того, в природних умовах вітер може постійно змінювати свої параметри (швидкість, напрямок тощо), а конструкція напрямного апарата надає можливість стало отримувати механічну (кінетичну) енергію незалежно від зміни цих параметрів. Вітродвигун може бути змонтований над поверхнею землі, наприклад, за допомогою труби 8 (фіг. 1), при цьому у порожнинах поміж турбінним колесом, стінками 5 та кришками 6 може бути розміщене обладнання для перетворення механічної енергії у електричну, котру можливо відвести по порожнині всередині труби 8. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Вітродвигун, що містить корпус, всередині якого розміщене турбінне колесо, змонтоване на вертикальному валу, до якого нерухомо закріплені у радіальному напрямку лопаті прямокутної форми, навколо турбінного колеса розташований, нерухомо закріплений до корпусу, напрямний апарат, що являє собою дві горизонтально розташовані стінки у вигляді кілець, які з'єднані поміж собою напрямними пластинами прямокутної форми, які розміщені поміж стінками у тангенціальному, відносно осі вертикального вала турбінного колеса, напрямку, який відрізняється тим, що напрямні пластини напрямного апарата мають форму трапецій, до 2 UA 79667 U 5 торцевих бокових поверхонь яких нерухомо закріплені стінки у вигляді конусів із зрізаними вершинами, причому вершини конусів направлені назустріч одна одній, а геометричні осі конусів зливаються із геометричною віссю вертикального вала турбінного колеса, причому лопаті турбінного колеса, з протилежного від вертикального вала боку, заокруглені у тангенціальному, відносно осі вертикального вала, напрямку у бік дії потоку вітру, вітродвигун оснащений кришками, влаштованими зверху і знизу так, що поміж кришками і стінками напрямного апарата утворюється кільцевий зазор, виконаний з можливістю зменшення тиску повітря в об'ємах поміж кришками і елементами конструкції вітродвигуна. 3 UA 79667 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 4