Технические науки/5. Энергетика
Лысенко В.С., Сулейменов Б.Т.
Казахский
национальный педагогический университет имени Абая
МОДЕРНИЗИРОВАННАЯ
КОНСТРУКЦИЯ ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ
Анализ экспериментальных
исследований, описанных в предыдущей статье, позволил разработать новую
конструкцию ветродвигателя [1], описание которого представлено в данной статье.
Известны
конструкции ветродвигателей, преобразующие энергию потока воздуха или воды во
вращательное движение, такие как ветродвигатели типа Савониуса [2] и Кажинского
[3], в которых энергия части потока, уже использованного при давлении на
лопасть, отражается от нее и повторно оказывает давление на другую лопасть, что
повышает коэффициент использования потока ветра.
Такого рода
роторные и карусельные двигатели с вертикальной осью вращения имеют низкий
коэффициент использования энергии потока ветра, поскольку приводятся во
вращение только частью потока, движущегося попутно наветренным лопастям. Другая часть охватывающего потока ветра
создает на нерабочих поверхностях лопастей сопротивление движению.
Известен
также ветродвигатель системы Угринского
[3], содержащий пару лопастей, расположенных на диске симметрично относительно
оси вращения ротора. В данном роторе, так же как и в роторе Савониуса, частично
используется вторично отражаемый поток, а за счет определенной конфигурации
лопастей уменьшена нерабочая зона.
Однако
такого рода устройства неравномерно воспринимают давление потока с разных
направлений, т.е. имеют нерабочие зоны, поэтому для обеспечения равномерности
их вращения используют два и более аналогичных ротора, расположенных на общей
оси, но лопасти их сдвинуты на определенный угол. Кроме того в них также
возникает сопротивление встречным потокам воздуха.
Наиболее
близким по технической сути к заявленному устройству является ветродвигатель
[4] выбранный в качестве прототипа,
который состоит из четырех пар лопастей в виде сегментов от точек пересечения
обеих лопастей пар до их окончания на периферии диска, расположенных на дисках симметрично относительно оси их
вращения со сквозными каналами вблизи центра вращения, при этом на рабочей
поверхности образованных из пересечения лопастей сегментов выполнены в
направлении к центру его вращения нормально закрытые клапаны и каждая пара
лопастей расположена на дополнительных основаниях, имеющих ось вращения с
шестерней, причем все шестерни соединены посредством механической передачи с
регулятором числа оборотов.
Недостатком
прототипа являются потери энергии на преодоление сопротивления встречного
потока воздуха, возникающего на нерабочих поверхностях лопастей.
Техническая
задача изобретения [1] – снижение сопротивления встречного потока воздуха и тем
самым повышение эффективности преобразования энергии ветра.
Поставленная
техническая задача достигается тем, что ветродвигатель, состоящий из четырех пар лопастей с дополнительными
основаниями в виде сегментов, расположенных
на дисках симметрично относительно оси их вращения со сквозными каналами
вблизи центра их вращения и устройства
для регулирования скорости вращения посредствам поворота сегментов,
снабжен крыльями и створками, расположенными на каждой лопасти набегающей на
встречный поток ветра, при этом каждая пара лопастей снабжена щелевым проходом
к центру вращения.
Снабжение
ветродвигателя крыльями и створками позволяет использовать энергию встречного
потока ветра за счет направления этого потока при открывании створок на
внутреннюю поверхность крыльев. При этом
возникает дополнительный крутящий момент на валу ветродвигателя. Схема
ветродвигателя представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема ветродвигателя
Ветродвигатель
состоит из четырех пар лопастей 1 и 2 с щелевыми проходами 3, створок 4 имеющих
возможность поворота на установленных на лопастях 1 шарнирах 5 и крыльев 6.
Лопасти 1, 2 и крылья 6 жестко
установлены на сегментах 7, которые могут поворачиваться на осях 8 относительно
дисков 9 для регулирования скорости вращения ветродвигателя в зависимости от
скорости ветра при помощи специального механизма (на рисунке не показан).
Сегменты 7 снабжены ограничителями 10 для створок 4.
Ветродвигатель
работает следующим образом.
Поток ветра
(на рисунке изображен стрелками) воздействует на вогнутые плоскости лопастей 1
и 2 раскручивает ветродвигатель. При этом створки 4 лопастей 1 прижимаются
потоком ветра к внутренним поверхностям крыльев 6. Отработавший поток ветра
через щелевые проходы 3 дополнительно воздействует на вогнутые плоскости
лопастей 2 других пар, которые в это время набегают на сопротивляющийся
движению поток ветра. Этим создается дополнительный крутящий момент на дисках
ветродвигателя.
Одновременно
створки 4, тех лопастей 1, которые
набегают на встречный поток ветра, отклоняются до упоров ограничителей 10. При
этом поток ветра направляется на внутренние поверхности крыльев 6 и создает
дополнительный крутящий момент на ветродвигателе. Это позволяет не только
снизить сопротивление встречных потоков ветра, но и создать дополнительный
крутящий момент.
Лабораторные
исследования влияния створок 4 на макетах ветродвигателей показали увеличение
угловой скорости вращения ветродвигателя со створками на 15 – 20 % при одинаковых параметрах скорости ветра и
геометрии ветродвигателя.
Таким
образом, оснащение ветродвигателя створками 4 позволит значительно повысить
эффективность преобразования энергии ветра, за счет снижения сопротивления
встречных потоков.
Работа выполнена в
рамках гранта Комитета науки Министерства образования и науки Республики
Казахстан (номер госрегистрации 0113РК00415).
Литература:
1. Инновационный патент РК № 28474, МКИ F03D
1/00, F03D 3/00. Ветродвигатель.
/Лысенко В.С., Сулейменов Б.Т., Рафиков И.Х. Опубликован 15.05.2014, бюл. № 5.
2. Патент РФ №
2118703, МПК F03D3/00, Роторный
ветродвигатель / Боровский Н. В.; заявитель и патентообладатель Боровский Н. В.− № 97109571/06; заяв.10.06.1997; опубл. 10.09.1998.
3.
Кажинский.
Б.В. Свободнопоточные гидроэлектростанции малой мощности / под ред. Берга. – М., 1950 – Вып. 57. – С.31-33.
4.
Патент 2246634 РФ, МПК F03D
3/00, Ротор / Попов А.И. и др.;
заявитель и патентообладатель
Попов А.И. и др. – № 2003107348/06; заявл. 17.03. 2003;
опубликован: 20.02.2005.