Вітродвигун, незалежний від напрямку вітрів

1. Вітродвигун, незалежний від напрямку вітрів, який містить кінематично зв'язаний з електрогенераторами вертикальний вал, на якому жорстко, з можливістю обертання разом з ним, посаджене вітроколесо з лопатями, який відрізняється тим, що додатково містить кінематично зв'язаний з електрогенераторами ще один вертикальний вал, який обертається в протилежному напрямку та на якому жорстко, з можливістю обертання разом з ним, посаджене вітроколесо з лопатями, вали розміщені один в одному, а вітроколеса розміщені одне над одним та являють собою дві C2 1 3 87803 4 раторами ще один вертикальний вал, який оберФіг.6, 7 схеми дії аеродинамічних сил на лопаті тається в протилежному напрямку та на якому при любому їх розташуванні, епюри величини та жорстко, з можливістю обертання разом з ним, напрямку дії аеродинамічних сил в любій точці посаджене вітроколесо з лопатями, вали розміщевітроколіс, а також епюри дії аеродинамічних сил ні один в одному, а вітроколеса розміщені одне від ребер жорсткості; на Фіг.8-11 - схематично зонад одним та являють собою дві жорстко посабражені варіанти використання вітродвигуна. джені на валах площини, які мають форму круга та Вітродвигун незалежний від напрямку вітрів розміщені-горизонтально, між площинами по кільмістить кінематично зв'язані з електрогенераторацю вертикально розташовані лопаті, які зверху та ми два вертикальні вали обертання внутрішній 1 і знизу наглухо прикріплені до площин, лопаті склазовнішній 2. Внутрішній вал 1 є суцільним та роздені з двох частин, одна, більша частина має виташований у зовнішньому порожнистому 2. В сегляд несиметричного авіаційного крила, задня редині зовнішнього валу 2 у верхній і нижній його кромка якого має округлену форму, а друга частичастинах розташовані внутрішні радіально-упорні на має вигляд авіаційного фіксованого передкрилпідшипники 3, по внутрішньому кільцю яких прохока, профіль якого має форму сегмента, причому дить внутрішній вал 1, а по їх зовнішньому кільцю лопаті верхнього вітроколеса розташовані при зовнішній вал 2. Вали 1,2 з'єднані з механізмом обертанні округлою стороною за годинниковою передачі крутячих моментів 4. На валах 1,2 жорстстрілкою, а лопаті нижнього вітроколеса розташоко, з можливістю обертання разом з ними, посавані при обертанні округлою стороною проти годжені вітроколеса 5,6 розміщені одне над одним. динникової стрілки, або навпаки. Вітроколеса 5,6 являють собою дві жорстко посаПоставлене завдання досягається ще і тим, джені на валах 1, 2 площини 7, які мають форму що кожна площина вітроколіс з зовнішнього боку круга та розміщені горизонтально. Кожна площина містить ребра жорсткості, а вали з'єднані з механі7 вітроколіс 5,6 з зовнішнього боку містить ребра змом передачі крутячих моментів для передачі жорсткості 8. Між площинами 7 по кільцю 9 (Rмеханічної енергії на осі генераторів змінного великий радіус кільця, r - малий радіус кільця) струму та (при необхідності) отримання руху різ(Фіг.5) вертикально розташовані лопаті, які зверху них об'єктів. та знизу наглухо прикріплені до площин 7, лопаті У запропонованій конструкції вітродвигуна, заскладені з двох частин, одна частина має вигляд вдяки розташуванню лопатей округлою стороною авіаційного крила 10, у якого задня кромка має на вітроколесах в протилежних напрямках при округлену форму, а друга частина має вигляд необтіканні їх повітряним потоком з любого напрямку симетричного авіаційного фіксованого передкрилвиникають аеродинамічні сили, які створюють мока 11, профіль якого має форму сегмента. Лопаті менти обертання вітроколіс в протилежних напряверхнього вітроколеса 5 розташовані при обермках. Можливість обертання вітроколіс у протилетанні округленою стороною за годинниковою стріжних напрямках забезпечує стійку рівновагу лкою, а лопаті нижнього вітроколеса 6 - округлевітродвигуна. Виконання лопатей у вигляді широною стороною - проти годинникової стрілки. Таке ких і могутніх авіаційних крил з фіксованими перозташування крил 10 на верхньому 5 і нижньому редкрилками у порівнянні з прототипом при одна6 вітроколесах вітродвигуна дозволяє при будьковому діаметрі вітроколіс та при одній і тій же якому напрямку вітру, а також при будь-якій його швидкості вітру мають в десятки разів більші по раптовій зміні напрямку, забезпечити можливість величині аеродинамічні сили для створення крутяпостійного виникнення аеродинамічних сил, що чих моментів. Відсутність механізму розвороту створюють крутячі моменти для обертання вітровітродвигуна проти вітру підвищує коефіцієнт коколіс 5, 6. рисної дії щонайменше на 25-30%. Кожне крило 10 вітродвигуна має фіксований Наявність ребер жорсткості на вітроколесах передкрилок 11, котрий при прямому обтіканні забезпечує їм необхідну жорсткість та надійність. крила 10 повітряним потоком виконує роль передПовітряний потік за один оберт вітроколеса крилка, а при зворотному - роль закрилка, тобто обтікає кожне крило двічі - у прямому і зворотному він виконує подвійну функцію. Лопаті між площинапрямках, тому виконання задніх країв крил окрунами 7 кільцях 9 розташовані через 30° або частіглої форми покращує умови їх обтікання повітряше в залежності від обраного профілю крила 10 і ним потоком і сприяє виникненню постійно діючих радіусу вітроколіс 5, 6. З метою отримання більш аеродинамічних сил на всіх можливих положенням плавного ходу кругової епюри аеродинамічних сил лопатей. Конструкція вітродвигуна дозволяє отрина вітроколесах 5, 6 вітродвигуна з урахуванням мати будь-які показники електроенергії шляхом оптимальних, критичних та за критичних кутів" зміни радіуса вітроколіс та кількості крил з фіксоатаки, хорди передкрилок 11 та крил 10 мають між ваними передкрилками. Запропонований вітродвисобою кут 0-35°. гун може привести в рух будь-який рухомий об'єкт, Запропонована конструкція вітроколіс 5, 6 обнаприклад човен, катамаран, яхту, корабель морана з метою запобігання витоку і перетікання пожуть рухатися у будь-якому напрямку, у тому числі вітря з поверхні крил 10 і передкрилок 11, передачі безпосередньо проти вітру. крутячих моментів, що створюються аеродинамічНа Фіг.1 зображений вітродвигун, загальний ними силами кожного з крил 10 і передкрилок 11 вигляд, розріз; на Фіг.2 - площини вітроколіс з зона вали 1,2 вітродвигуна, ефективного викорисбраженими на них ребрами жорсткості; на Фіг.3 тання вхідних і вихідних потоків повітря, що пролопать, загальний вигляд; на Фіг.4 - напрямок дій ходять через вітродвигун. Вихідні потоки повітря з аеродинамічних сил при дії вітрового потоку на підвітряної і бічних сторін також дають аеродиналопать; на Фіг.5 - вітроколесо, аксонометрія; на мічні сили, що створюють крутячі моменти для 5 87803 6 обертання вітроколіс 5, 6 вітродвигуна, додатковотирної лінії кругової епюри, в середині кола - позиго одержання крутячих моментів від ребер жорсттивний, поза колом - негативний. В секторах від кості кожного вітроколеса 5, 6. 30° до 80° та від 210° до 260° за годинниковою Вітродвигун працює таким чином. стрілкою для верхнього вітроколеса 3 (Фіг.6) і в При обтіканні вітродвигуна повітряним потоком секторах від 100° до 150° та від 280° до 330° проти з любого напрямку на лопатях виникають протигодинникової стрілки для нижнього вітроколеса лежні крутячі моменти, котрі через площини 7, що (Фіг.7) піднімальні сили крил та передкрилок бужорстко скріпляють комплекти лопатей з валами дуть мати протилежний напрям через негативні 1,2 вітроколіс 5, 6, обертають вали в протилежних кути атаки. Але ці аеродинамічні сили малі по венапрямках. Крутячі моменти валів 1, 2, які кінемаличині, мають відносно вузькі сектори і суттєво не тично зв’язані з електрогенераторами перетворювплинуть на кінцевий результат. А також їх велиють енергію вітру в електричну та (при необхідносчини компенсуються силою, що створюють ребра ті) в механічну. Кутові напрямки обертання жорсткості площин вітроколіс. Тому при врахуванні вітроколіс в механізмі передачі крутячих моментів крутячих моментів вітроколіс крутячі моменти репоказані на Фіг.1 - W 1(для верхнього колеса), W2 бер жорсткості не враховуються. (для нижнього вітроколеса), W3; W4 - кутові наУ створенні крутячих моментів Мкр постійно прямки обертання осей електрогенераторів. Аероберуть участь три сили: піднімальна сила крила Y динамічні сили Р, Y, Q, що діють на крило та сили, на плечі L, піднімальна сила передкрилка (закрилР1, Y1, Q1, що діють на передкрилок, при обтіканні ка) Y’ на плечі l , а також сила, що створюється їх повітряним потоком показані на Фіг.4. ребрами жорсткості - показана точковою епюрою К На Фіг.6, 7 зображені схеми дії аеродинамічдля верхнього вітроколеса у секторі від 270 до них сил на лопаті при любому їх розташуванні, 360° за годинниковою стрілкою та нижнього вітроепюри величини та напрямку дій аеродинамічних колеса у секторі від 270 до 180° проти годинникосил в любій точці вітроколіс 5, 6, а також епюри дій вої стрілки (через малі її величини остання сила не аеродинамічних сил від ребер жорсткості. На кожвраховується). Створення крутячих моментів обному вітроколесі 5, 6 є два положення крил 10, де числюють за формулою:здійснюється рівність вхідних і вихідних мас повітMкp=2n(Ykp×L+Yпepeд× l ), ря, що проходить через крила 10. У таких полоде: женнях піднімальна сила крил 10 є близькою до 2 - кількість вітроколіс вітродвигуна; нуля. Це сектори в межах 10°, обмежені азимутаn - кількість крил (передкрилок) вітроколеса; ми 25° -35° і 205° - 215° для верхнього вітроколеса r ×V 2 5, а також 145° - 155° і 325°- 335° для нижнього - піднімальна сила Yкр = Су кр × S кр × 0 вітроколеса 6, де сумарні піднімальні сили крил 2 10, передкрилок 11 (закрилок) мають мінімальні крила; значення. Ці положення на Фіг.6, 7 показані заr ×V 2 штрихованими профілями крил 10 і передкрилок - підніY 'перед = Су перед × S перед × 0 2 11 (закрилок). мальна сила передкрилка; Розташування крил 10 з передкрилками 11, Сукр і Суперед - коефіцієнти піднімальної сили величину, напрямок та загальний характер змінюкрила (Сукр) відповідно передкрилка (Суперед) вання аеродинамічних сил у різних секторах вітроSкр і Sперед - площа крила (Sкр) і відповідно пеколіс 5, 6 вітродвигуна з обліком кута атаки покаредкрилка (Sпepeд) в квадратних метрах; зано для верхнього вітроколеса 3 на Фіг.6, нижнього вітроколеса 6 на Фіг.7, 2 r0 - масова щільність повітря в ( кГ · сек ); де: L - відстань від осі обертання вітроколеса до м4 2 V - швидкість вітру у м/сек . місця виникнення піднімальної сили крила при Під піднімальною силою крила розуміється обтіканні його повітряним потоком (у метрах); аеродинамічна сила, яка виникає на лопатях при l - відстань від осі обертання вітроколеса до обтіканні їх повітряним потоком, остання залежить місця виникнення піднімальної сили передкрилка від багатьох факторів, але при обраному профілі при обтіканні його повітряним потоком (у метрах); та механізації крила основним розрахунковим фаd - кругова епюра змінювання величини аероктором є кут атаки при будь-якому положенні кридинамічних сил на крилах і передкрилках (закрилла в просторі. Зважаючи на рівність вхідних і вихіках) вітроколіс; дних потоків повітря через вітродвигун К - епюра змінювання величини аеродинамічрозраховується величина аеродинамічних сил для них сил, що створюються-ребрами жорсткості вітлівої половини, верхнього вітроколеса (лівіше зароколіс. штрихованих профілів крил і передкрилок). ЗнаДля визначення величини аеродинамічних сил чення аеродинамічних сил крил з передкрилками у будь-якій точці вітроколеса необхідно провести з для лівої половини верхнього вітроколеса буде обраної точки округлості вітроколеса пряму лінію рівнозначним та симетричним і для його другої до осі вітроколеса. Точка перетину цієї прямої з (правої) половини від 30° до 210° (Фіг.6). Сумарпунктирною лінією кругової епюри покаже величиний крутячий момент для верхнього вітроколеса ну діючих аеродинамічних сил у даній точці, набуде по величині таким, як і для нижнього вітрокопрямок їх дій у кожному положенні крила та передлеса, але протилежним за напрямком, що дає опкрилка показано у всіх секторах аеродинамічними тимальні умови для обертання валів вітродвигуна. силами Y, Q, Р та Y, Q, Р. Знак (позитивний чи Деяка асиметричність кругової епюри через аеронегативний) визначається по розташуванню пунк 7 87803 8 динамічні сили, які створюються ребрами жорсткотреб населення (Фіг.11). Двигун може надати дості вітроколіс, великого значення не має, тому що помогу армійським і прикордонним підрозділам, а має протилежну направленість на верхньому та також у період стихійних лих, коли населені пункти нижньому вітроколесах. залишаються тривалий час без електроенергії, без Запропонований вітродвигун може бути викотепла. Двигуну не страшні вітри і урагани. Крім ристаний в багатьох галузях народного господарстого він є простим та надійним і можна його зібратва для забезпечення праці малих підприємств, ти в будь-якій майстерні, екологічно чистий та не зокрема різних плавучих засобів (Фіг.8), вітроелекпотребує коштів для його утримання. тростанцій (Фіг.9), млинів (Фіг.10), побутових по 9 87803 10 11 Комп’ютерна верстка В. Мацело 87803 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601