карусельный ветродвигатель

Формула изобретения

Карусельный ветродвигатель, содержащий вертикальный вал и радиальные лопасти, каждая из которых выполнена в виде прикрепленной к валу рамы, снабженной покрытием из полимерно-композиционного материла и имеющей вид каркаса с ячейками, и установленных в ней с возможностью поворота параллельных пластин, состоящих из полимерно-композиционного материла с ориентированными волокнами, каждая из которых закреплена верхней стороной в ячейке, при этом ближний к валу край пластины отогнут на острый угол от ее плоскости с образованием с отогнутым удаленным краем суживающегося полусопла, отличающийся тем, что на внутренней поверхности полусопла выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного до выходного отверстия полусопла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается ветродвигателей карусельного типа с ветроприемными поворотными пластинами.

Известен карусельный ветродвигатель (см. а.с. N 1537885, Мкл. F 03 D 3/00, Бюл. 25, 1990), содержащий вертикальный вал и радиальные полости, каждая из которых выполнена в виде прикрепленных к валу рамы с установленными в ней и поворачивающимися из флюгерного в рабочее положение параллельных пластин, имеющих отогнутый острый угол на краю, удаленном от вала.

Недостатком является недостаточная надежность работы при обледенениях или снежных заносах, когда затрудняется поворот параллельных пластин и утяжеляется конструкция за счет покрытия лопастей карусельного ветродвигателя атмосферными осадками.

Известен карусельный ветродвигатель (см. а.с. N 1787209, Мкл. F 03 D 3/00, Бюл. 1, 1990), содержащий вертикальный вал и радиальные лопасти, каждая из которых выполнена в виде прикрепленной к валу рамы и установленных в ней с возможностью поворота параллельных пластин, состоящих из полимерно-композиционного материала с ориентированными волокнами и закрепленной верхней стороной в ячейке, при этом ближний к валу край пластины отогнут на острый угол от ее плоскости с образованием с удаленным краем суживающегося полусопла.

Недостатком является невысокая эффективность, обусловленная неполным использованием энергии ветра при отсутствии постоянства гидравлического сопротивления в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации.

Технической задачей является повышение эффективности работы при изменяющейся нагрузке путем стабилизации процесса вращения за счет создания дополнительного скоростного напора ветра, обеспечивающего постоянство гидравлического сопротивления движения лопастей.

Технический результат достигается тем, что карусельный ветродвигатель, содержащий вертикальный вал и радиальные лопасти, каждая из которых выполнена в виде прикрепленной к валу рамы, снабженной покрытием из полимерно-композиционного материала и имеющей вид каркаса с ячейками, и установленных в ней с возможностью поворота параллельных пластин, состоящих из полимерно-композиционного материала с ориентированными волокнами, каждая из которых закреплена верхней стороной в ячейке, при этом ближний к валу край пластины отогнут на острый угол от ее плоскости с образованием с отогнутым удаленным краем суживающегося полусопла, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного до выходного его отверстия.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема карусельного ветродвигателя, на фиг. 2 показано образование зоны разрежения.

Ветродвигатель состоит из вертикального вала 1 с присоединенными к нему четырьмя рамами 2, состоящими из жесткого каркаса с ячейками 3, каждая из которых затянута гибким полимерно-композиционным материалом 4, имеющим отверстия 5, закрываемые пластинами 6 с отогнутыми на острый угол ближней и дальней относительно вала 1 сторонами 7 и 8, при этом все пластины 6 одной стороной закреплены к материалу 4 с возможностью изгиба под действием ветра в виде полусопла 9, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки 10, продольно расположенные от большего 11 к меньшему 12 отверстиям полусопла 9.

Ветродвигатель работает от ветра любого направления. Под действием скоростного напора ветра одна полость в виде рамы 2, закрепленная на валу 1, устанавливается в положение, когда пластины 6 прижимаются к гибкому полимерно-композиционному материалу 4 таким образом, что закрывают отверстия 5. Так как пластины 6 выполнены из полимерно-композиционного материала с ориентированными волокнами, то стороны 7 и 8 отогнуты на острый угол относительно плоскости прилегания, под действием статического давления воздуха выпрямляются на материале 4 ячейки 3 рамы 2, обеспечивая плотное прилегание пластины 6 к отверстию 5. В результате данного соединения полимерно-композиционного материала 4, затягивающего ячейку 3 с отверстием 5, и полимерно-композиционного материала с ориентированными волокнами пластины 6 и винтообразными канавками 10 образуется гибкий элемент рамы 2 (полости), переместившейся под действием скоростного напора ветра из одного выпуклого положения в другое.

В это время на противоположной раме 2 пластины 6 под действием скоростного напора ветра, проходящего через отверстие 5, изгибаются, занимая флюгерное (горизонтальное) положение, при котором каждая пластина 6 с отогнутыми в одном направлении на острый угол сторонами 7 и 8, благодаря гибкости полимерно-композиционного материала с ориентированными волокнами, создает конструкцию в виде расширяющегося полусопла на выходе из отверстия 5. В результате ветер с повышенной скоростью, входя во входное большее отверстие 11 полусопла 9, закручивается, перемещаясь по винтообразным канавкам 10, и создает на выходе из отверстия 12 зону разрежения с постоянными гидродинамическими параметрами, практически не зависящими от погодно-климатических условий эксплуатации ветродвигателя, что способствует перемещению данной рамы 2 (лопасти) из нерабочего положения в рабочее с меньшим аэродинамическим сопротивлением.

Ускоренный переход гибкой пластины 6 из флюгерного (горизонтального) положения в рабочее обеспечивается за счет того, что наличие отогнутой на острый угол ближней по отношению к валу край стороны 7 пластины 6 устраняет изгибающее действие ветра при воздействии его на дальнюю отогнутую на острый угол сторону 8 пластины 6, т.е. одновременное воздействие ветра на дальнюю и ближнюю стороны пластины 6 не приводит к изгибу ее (пластина 6 выполнена из гибкого материала), а как бы растягивает вследствие гибкости применяемого материала.

В результате наличия двух загнутых на острый угол в одном направлении сторон 7 и 8 гибкой пластины 6 и наличия винтообразных канавок 10, продольно расположенных от большего отверстия 11 к меньшему отверстию 12 внутренней поверхности полусопла 9, обеспечивается ускоренный переход пластины 6 из флюгерного положения в рабочее.

Оригинальность технического решения заключается в том, что выполнение винтообразных канавок, продольно расположенных от большего входного до меньшего выходного отверстий полусопла из пластины, образованного под действием скоростного напора ветра, обеспечивает повышение эффективности работы ветродвигателя как в плане уменьшения аэродинамического сопротивления движению лопасти (рамы) из нерабочего положения в рабочее, так и постоянства гидравлического сопротивления вне зависимости от погодно-климатических условий эксплуатации. А это гарантирует эксплуатационную надежность установки со снижением энергозатрат, обусловленных проведением монтажно-демонтажных работ.