Ветродвигатель

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Академический научный комплекс ИТМО(73) Патентообладатель Академический научный комплекс ИТМО(57) Ветродвигатель, содержащий ветроколесо с центральным неподвижным обтекателем и лопастями, расположенными от его оси вращения на расстоянии, превышающем радиус обтекателя, отличающийся тем,что ветроколесо установлено в плоскости диаметрального сечения обтекателя, выполненного в виде полусферы, а длина лопастей определяется из соотношения 0,7,3,где- радиус обтекателя, - длина лопасти. 2046 1 Заявляемое изобретение относится к ветроэнергетике и позволяет повысить коэффициент использования энергии ветра ветродвигателем. Известен ветродвигатель, содержащий лопастное ветроколесо, установленное на мачте 1. С целью повышения мощности ветродвигателя, лопасти ветроколеса имеют большую длину (20 ). Однако использование такого ветродвигателя ограничено диапазоном скоростей ветра 4-16 м/сек. Кроме того, применение лопастей большой длины связано с определенными технологическими трудностями при их изготовлении, а сами лопасти во время эксплуатации являются источником повышенного шума. Известны также технические решения, в которых для уменьшения длины лопастей используются различного рода концентраторы ветровой энергии 1 (стр.22-24). Однако такие устройства, являясь громоздкими сооружениями, оказались малоэффективными с точки зрения повышения коэффициента использования энергии ветра. Наиболее близким по техническому решению, выбранным в качестве прототипа, является ветродвигатель, концентратор ветровой энергии которого выполнен в виде неподвижного центрального обтекателя 3. Однако, в заявленном техническом решении нет указания на форму обтекателя, от выбора которой в значительной степени зависит как коэффициент использования ветровой энергии, так и компактность самой применяемой строительной конструкции обтекателя, а также габариты рабочих лопастей ветродвигателя. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение коэффициента использования энергии ветра ветродвигателем при одновременном упрощении элементов его конструкции и уменьшении габаритов рабочих лопастей ветроколеса. Результат достигается тем, что ветроколесо установлено в плоскости диаметрального сечения обтекателя,выполненного в виде полусферы, а длина лопастей определяется из соотношения 0,71,3,где- радиус обтекателя, - длина лопасти. Изобретение поясняется чертежом (фиг.1). Ветродвигатель содержит ветроколесо 1 с лопастями 2, вращающимися вокруг оси 3. Со стороны ветра перед ветроколесом установлен центральный обтекатель 4, выполненный в виде полусферы, направленной выпуклой частью навстречу ветру. Ветродвигатель работает следующим образом. При обдувании полусферы 4 ветром происходит поджатие и ускорение набегающего воздушного потока. При этом в диаметральном сечении, где установлено ветровое колесо, распределение поля скоростей будет близким к распределению поля скоростей при обтекании сферы. Это обусловлено тем, что течение в кормовой области сферы мало влияет на распределение гидродинамических параметров в ее лобовой части 2. Следовательно, для поля скоростей в диаметральном сечении полусферы можем записать выражение 2 2 где- скорость воздушного потока в плоскости ветроколеса на расстоянииот оси его вращенияскорость ветра- радиус обтекателя. Поток ветровой энергии через рабочую часть ветроколеса с лопастями длинойпри этом будет равным- плотность воздушной среды. В отсутствие от обтекателя поток ветровой энергии через всю плоскость ветроколеса при тех же условиях равнялся бы величине 32 2 Коэффициент концентрации ветровой энергии будет характеризоваться отношением /0, график зависимости которого от величины / показан на фиг.2. Как видно из представленной зависимости, в диапазоне 0,71,3 для отношения /0 существует оптимальное соотношение /01,2. При этом максимальное значение 1,2225 достигается при /0,9326. Таким образом, если длина лопасти ветроколеса выбирается в заявленном диапазоне, то при наличии обтекателя на ветроколесо будет сконцентрировано энергии в 1,2 раза больше, чем на такое же ветроколесо без обтекателя, но с более длинными лопастями,длина которых равна . Это значит, что при выбранном соотношении / длина рабочей лопасти ветроколеса может быть уменьшена примерно в 2 раза при одновременном увеличении (более чем на 20) концентрации ветровой энергии на ветроколесо. оставитель Е.С. Кузьмина Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Заказ 0027 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.