ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области ветроэнергетики, конкретно к устройствам для получения электроэнергии с использованием энергии ветра, а именно к ветряному двигателю в различных вариантах его исполнения.

Существующие ветряные двигатели делятся на:

- устройства с горизонтальной осью вращения;

- устройства с вертикальной осью вращения.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен ветровой двигатель с горизонтальной осью вращения, содержащий ветровые колеса с дугообразными лопастями, которые имеют воздушные каналы, образованные дугообразными перегородками, а также нижней и верхней крышками. Скреплены между собой, ветроколеса имеют три дугообразных лопасти, расположенные под углом 120° по отношению друг к другу, при этом каждая лопасть имеет одинаковое с соседними лопастями четное число дугообразных воздушных каналов, одна половина которых неразрывно связана с воздушными каналами соседней лопасти, расположенной по часовой стрелке, а другая половина воздушных дугообразных каналов неразрывно связана с воздушными каналами соседней лопасти, которая расположена против часовой стрелки. Верхняя и нижняя крышки ветроколес имеют вогнутую дугообразную кромки равного радиуса в части, формирующей лопасть ветроколеса по линии радиуса, а центры радиусов разнесены относительно друг друга под углом от 20° до 50°. В одной половине ветроколес центр дугообразной вогнутой кромки нижней крышки по отношению к центру дугообразной вогнутой кромки верхней крышки смещен по часовой стрелке, а у другой половины - против часовой стрелки, (см. патент Российской Федерации на изобретение Ν° 2285148).

Конструкция данного ветрового двигателя очень сложная, а также имеет небольшой коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ). Наиболее близким к заявляемому ветряному двигателю с горизонтальной осью вращения является воздушный трехлопастной генератор ВЭУ- 3/5, который выпускает ООО «ЗАВОД ЭЛЛИПС», Сальци, Новгородская обл., РФ (см. Рекламный проспект ООО «ЗАВОД ЭЛЛИПС», 2009 г.).

Указанный ветрогенератор содержит рабочие элементы - три лопасти в виде пропеллера, которые закреплены на несущем элементе, расположенном на валу генератора. Генератор закреплен на мачте, а в задней его части прикреплена штанга с кругом (типа флюгера) для ориентации рабочих элементов по направлению ветра.

Конструкция данного ветрогенератора выбрана в качестве прототипа ветряного двигателя с горизонтальной осью вращения.

Прототип и заявляемое изобретение, имеют следующие общие признаки:

- рабочие элементы;

- генератор;

- несущий элемент, закрепленный на валу генератора;

- рабочие элементы закреплены на несущем элементе.

Мощность ветряного трехлопастного генератора ВЭУ-3/5 - 3 кВт КИЭВ достигает 25-30%.

Известный ветрогенератор имеет ряд существенных недостатков.

1. Достаточно узкий рабочий диапазон соотношений скорости вращения лопастей и скорости набегающего потока.

При кратковременных ослаблениях ветра или при замедлении вращения вала вследствие роста нагрузки соотношение скорости лопасти и воздуха становится неоптимальным и происходит срыв потока воздуха с лопастей. В такие моменты КИЭВ падает в разы, работа ветродвигателя становится неэффективной.

2. Ограниченность в размерах, а значит и в мощности.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Диаметр вращения лопастей нецелесообразно увеличивать более чем на 5 м, из-за того, что установка такого ветродвигателя связана с опасностью при эксплуатации.

3. Вращение лопастей такого ветродвигателя сопровождается свистом, а потому его нельзя устанавливать в жилых массивах или в непосредственной близости к ним.

4. На больших установках с пропеллерами необходимо устанавливать дополнительный двигатель для запуска установки, так как очень часто они не запускаются от ветра.

5. Изготовление лопастей пропеллеров очень сложное и дорогое.

6. Общая площадь лопастей пропеллера любого размера всегда будет значительно меньше площади полусфер аналогичного диаметра вращения.

Известна конструкция ветрового двигателя с вертикальной осью вращения, содержащего вертикальный вал с радиально закрепленными на нем осями, к которым крепятся основные лопасти, соединенные с упругими элементами. Лопасти установлены под определенным углом φ к вертикальной плоскости с возможностью поворота на угол φ +90° в направлении, совпадающем с направлением воздушного потока и на угол 90° - φ в противоположном направлении. Каждая лопасть установлена на оси шарнирно, а её нижняя кромка соединена упругим элементом с периферийным концом соседней оси в направлении, противоположном направлению воздушного потока.

Каждая лопасть снабжена рычагом, который размещен вблизи вала, периферийный конец рычага соединен упругим элементом с валом, причем точка соединения упругого элемента с валом лежит в вертикальной плоскости, проходящей через ось лопасти, а точка соединения упругого элемента с рычагом лежит в плоскости, проходящей через ось лопасти и составляющей с плоскостью угол 45° + φ/2 (см. патент Российской Федерации JSte 2045681 на изобретение «Ветровой двигатель»).

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Конструкция данного движителя выбрана в качестве прототипа ветряного двигателя с вертикальной осью вращения.

Прототип и заявляемое изобретение имеют общие признаки:

- вертикальный вал;

- элементы крепления, радиально закрепленные на вертикальном валу;

- рабочие элементы (4 шт., установленные крест-накрест), закрепленные на элементах крепления.

Однако указанный двигатель обладает небольшой эффективностью вследствие низкого коэффициента использования энергии ветра.

Это можно объяснить следующими причинами.

1. За основу рабочего элемента использован плоский лист, у которого небольшой коэффициент лобового аэродинамического сопротивления, а при угловом вращении рабочего колеса вращения напор ветра в основном воздействует под углом по отношению к рабочему элементу.

2. Использованный шарнирный способ крепления к осям дает возможность большим крутящим ветрам расшатывать всю конструкцию и сбивать амплитуду вращения рабочего колеса.

3. Упругие элементы при постоянной работе очень быстро разрушаются.

4. При угловом вращении рабочие элементы перекрывают друг друга, уменьшая эффективность рабочих площадей.

5. Применение таких лопастей большого размера, как указано в прототипе, нереально.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу заявляемого изобретения поставлена задача разработать усовершенствованные конструкции ветряного двигателя с горизонтальной и вертикальной осями вращения, в которых путем иного выполнения рабочих органов и иных способа и угла установки их, обеспечить повышение

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) эффективности ветряного двигателя за счет повышения коэффициента использования энергии ветра.

Поставленная задача решена группой изобретений, объединённых единым изобретательским замыслом, а именно вариантами исполнения ветряного двигателя с горизонтальной осью вращения и ветряного двигателя с вертикальной осью вращения.

В первом варианте выполнения ветряного двигателя с горизонтальной осью вращения поставленная задача решена конструкцией ветряного двигателя, содержащего рабочие элементы, закрепленные на несущем элементе, который расположен на валу генератор, тем, что рабочие элементы выполнены в виде преимущественно от двух до четырех полых полуцилиндров или полых полусфер, при этом основание каждого рабочего элемента закреплено под углом 40-50° к несущему элементу относительно его плоскости вращения.

Соотношение длины полого полуцилиндра к его диаметру не менее 1,5:

1 ,0.

Во втором варианте выполнения ветряного двигателя с вертикальной осью вращения поставленная задача решена конструкцией ветряного двигателя, содержащего вертикальный вал с радиально закрепленными на нем элементами крепления, на которых закреплены рабочие элементы, тем, что рабочие элементы выполнены в виде полых полусфер, а элементы крепления - в виде Г - образных кронштейнов, причем выпуклые части полых полусфер прикреплены к коротким плечам, а основания - к длинным плечам Г - образных кронштейнов, а основа каждой полой полусферы смещена относительно сегмента вектора сечения центра оси вращения на V_> диаметра полусферы.

При создании ветряного двигателя по каждому из приведениях вариантов, учтен фактор влияния ветра на внутреннюю вогнутую часть робочих элементов и способы крепления их.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах изображены варианты выполнения ветряного двигателя, где:

фиг. 1 - общий вид ветряного двигателя с горизонтальной осью вращения, в котором рабочие элементы выполнены в виде полых полуцилиндров (вариант1);

фиг. 2 - вид спереди ветряного двигателя с горизонтальной осью вращения, в котором рабочие элементы выполнены в виде полых полуцилиндров (вариант 1 );

фиг. 3 - схематическое изображение взаимодействия потока ветра с полым полуцилиндром (вариант 1);

фиг. 4 - общий вид ветряного двигателя с горизонтальной осью вращения, в котором рабочие элементы выполнены в виде полых полусфер (вариант 1);

фиг. 5 - вид спереду ветряного двигателя с горизонтальной осью вращения, в котором рабочие элементы выполнены в виде полых полусфер (вариант 1);

фиг. 6 - схематическое изображение взаимодействия потока ветра с полой полусферой (вариант 1);

фиг. 7 - вид одномодульного ветряного двигателя с вертикальной осью вращения с генератором (вариант 2);

фиг. 8 - вид спереди одного модуля ветряного двигателя с вертикальной осью вращения (вариант 2);

фиг. 9 - вид сверху одного модуля ветряного двигателя с вертикальной осью вращения (вариант 2);

фиг.10 - схема крепления полых полусфер к валу ветряного двигателя с вертикальной осью вращения, вид сверху (вариант 2);

фиг. 1 1 - схема крепления Г-образных кронштейнов к валу и между собой ветряного двигателя с вертикальной осью ^: вращения (вариант 2);

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) фиг. 12 - схема крепления небольших полых полусфер, отдаленных от центра вращения;

фиг. 13 - общий вид многомодульного ветряного двигателя с вертикальной осью вращения.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ветряной двигатель с горизонтальной осью вращения, в котором рабочие органы выполнены в виде полых цилиндров, по ПЕРВОМУ ВАРИАНТУ содержит рабочие элементы 1 , выполненные в виде в основном четырех пластмассовых полых полуцилиндров, прикрепленных к крестовине 2 с помощью элементов крепления 3. Крестовина 2 жестко прикреплена на ступице 4, которая установлена на валу 5 генератора 6. Каждый полый полуцилиндр 1 закреплен на крестовине 2 так, чтобы основание вогнутой части полого полуцилиндра было расположено под углом 45° по отношению к крестовине 2.

Количество полых полуцилиндров ветряного двигателя с горизонтальной осью вращения выбрано из таких соображений.

Оптимальный размер жесткого полого полуцилиндра будет тогда, когда его длина в 1,5 раза больше, чем ширина вогнутой части (диаметра полого полуцилиндра). Более чем в 1 ,5 раза можно, меньше - нет. Этот вывод сделан из-за особенностей воздействия ветра на внутреннюю вогнутую часть полого полуцилиндра.

Исходя из этого, в любом диаметре вращения максимальную площадь дают четыре паруса (полые полуцилиндра) с такими соотношениями размеров при плотном размещении внутри вращающегося колеса вращения. Уменьшить количество парусов (полых полуцилиндров) или увеличить можно, но при этом уменьшиться общая площадь парусов (полых полуцилиндров), а значит и мощность ветряного двигателя.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Выбор угла, под которым установлено основание вогнутой части полого полуцилиндра по отношению к крестовине (плоскости вращения), на которой они закреплены, объясняется следующим образом.

Используя влияние потока воздуха на полую вогнутую часть полуцилиндра, было отмечено, что изменяя угол атаки потока воздуха в вогнутой части полого полуцилиндра к его основанию от 20° до 70°, поток стремится к центру и по кругу в противоположную часть полого полуцилиндра (фиг. 3). Это заставляет полые полуцилиндры двигаться выпуклой частью вперед под углом > 90 ⁰ относительно направления потока воздуха.

Этот эффект дает возможность крутить жесткие полые полуцилиндры в вертикальном положении.

В заявленной конструкции на крестовине разместили четыре полые полуцилиндра максимально плотно одним торцом друг к другу, основой вогнутой части паруса под углом 45° по отношению к направлению ветра и выпуклой частью паруса полых полуцилиндров в одном направлении (фиг. 1,2).

Экспериментально установлено, что угол 45° дает максимальный эффект воздействия ветра на полый полуцилиндр для вертикального вращения колеса.

В результате изготовленная модель очень чувствительна к воздействию ветра, стабильно вращается и в зависимости от скорости ветра изменяет скорость вращения. Кроме того, при изменении угла атаки ветра по отношению к колесу вращения, оно не теряет вращение даже при развороте выпуклой части полых полуцилиндров на 180° по отношению к направлению ветра. Это дает возможность при больших разрушающих ветрах, разворачивая установку (вращающуюся часть) на 180°, максимально уменьшить сопротивление полых полуцилиндров ветру, без потерь работы установки.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Ветряной двигатель с горизонтальной осью вращения, в котором рабочие органы выполнены в виде полых полуцилиндров по ПЕРВОМУ ВАРИАНТУ работает следующим образом.

Направляя установку фронтальной частью (фиг.1) против направления ветра каждый полый полуцилиндр 1 будет двигаться под воздействием потока ветра выпуклой частью вперед. Поскольку каждый полый полуцилиндр 1 установлен основанием параллельно осям плеч крестовины 2 и в одном направлении по кругу вращения, а также выпуклой своей частью под углом 90 ° относительно осей плеч крестовины 2, то и силы воздействия на полый полуцилиндр 1 будут под углом 90 ° относительно осей крестовины 2. Таким образом, получим вращение колеса вращения и вместе с ним вала 5.

Сравнивая возможности заявляемого ветряного двигателя, и прототипа - ветродвигателя с тремя лопастями, видно существенную разницу. Это можно объяснить следующим. Как известно, сила, воздействующая на лопасть пропеллера и сила, действующая на парус (полый полуцилиндр), рассчитываются по одним и тем же формулам:

F _x = С _Х - ^~ · о ² ; F _y = C _y - · и ² - это в Ньютонах, или F _x = 0,0625 - C _x - S - u ² ; F _y = 0,0625 · С _у · S · υ ² - в кгс.

где С _у и С _х — аэродинамические коэффициенты подъемной силы и силы лобового сопротивления; υ — скорость ветра, действующая на парус

(пропелер или полый полуцилиндр); S - площадь поверхности паруса

(пропелера или полого полуцилиндра); р - плотность воздуха.

Исходя из этих формул, ясно, что мощность ветряного двигателя прямо пропорциональна площади воздействия ветра. Вывод: в любом диаметре колеса вращения площадь полых полуцилиндров будет всегда намного больше, чем площадь пропеллера. Это означает, что и мощность будет намного больше. Изготавливать такие установки очень просто и

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) рентабельного. Полые полуцилиндры можно изготавливать из армированного пластика, из которого изготавливают бутылки, что позволит утилизировать тару из-под напитков.

Полые полуцилиндры должны максимально отвечать форме полуцилиндра, т.е. сегмента круга 180°. Для этого пластиковый лист крепится на заранее изготовленные легкие, жесткие металлические сегменты, соответствующие радиусу 180° и прикрепленные к крестовине рабочего колеса.

Поскольку эти установки будут бесшумными их можно устанавливать на территориях жилых массивов и даже на крышах высотных зданий больших мегаполисов.

Ветряной двигатель с горизонтальной осью вращения, в котором рабочие органы выполнены в виде полых полусфер по ПЕРВОМУ ВАРИАНТУ содержит рабочие элементы, выполнены в виде, преимущественно четырех пластмассовых полых полусфер 1 , прикрепленных к крестовине 2 с помощью элементов крепления 3. Крестовина 2 соединена со ступицей 4, жестко закрепленной на валу 5 генератора 6. Каждая пластмассовая полая полусфера 1 закреплена на крестовине 2 таким образом, что бы основание вогнутой части полой полусферы располагалось под углом 45 ⁰ по отношению к крестовине 2.

Количество пластмассовых полых полусфер горизонтального ветряного двигателя выбрано из следующих соображений.

В любом диаметре вращения максимальную площадь можно получить при плотном размещении четырех пластмассовых полых полусфер с максимальным диаметром, которые помещаются в него. Увеличивая количество полых полусфер более четырех штук в том же диаметре вращени рабочего колеса, при заявленном принципе их размещения, будут потери в суммарной площади полых полусфер, но эффект вращения останется.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Установка трех или двух полых полусфер в том же диаметре вращения так же даст вращение, но площадь так же уменьшится.

Выбор угла, под которым установлено открытое основание каждой полой полусферы по отношению к крестовине, на которой они закреплены, объясняется следующим.

Используя влияние потока воздуха на пластмассовую полую полусферу было отмечено, что изменяя угол атаки потока воздуха в изогнутой части пластмассовой полой полусферы, к её основанию от 20° до 90°, поток стремится к центру и по кругу в противоположную часть пластмассовой полой полусферы (фиг.6). Это заставляет пластмассовую полую полусферу двигаться в направлении ее оси выпуклой частью вперед.

Этот эффект дает возможность крутить жесткие пластмассовые полые полусферы в вертикальном положении.

В заявленной конструкции на крестовине разместили четыре пластмассовые полые полусферы максимально плотно друг к другу (из расчета, чтобы каждая полая полусфера была открыта воздействию ветра) под углом 45 ⁰ по отношению к направлению ветра. Все пластмассовые полые полусферы обращены выпуклой частью в одном направлении (фиг.3,4).

Экспериментально установлено, что угол, равен 45°, дает максимальный эффект воздействия ветра на пластмассовую полую полу сферу при данном принципе крепления к рабочему колесу.

В результате изготовлена модель очень чувствительна к ветру, которая стабильно вращается и в зависимости от скорости ветра изменяет скорость вращения. Кроме того, при изменении угла атаки ветра по отношению к колесу вращения, она не теряет вращение и направление (даже выпуклой части пластмассовых полых полусфер по отношению к направлению ветра), а теряет только мощность вращения. Это дает возможность при больших разрушающих ветрах разворачивать установку (вращающуюся часть) на 180°

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) максимально уменьшая сопротивление пластмассовых полых полусфер ветра, без потерь работы установки.

Ветряной двигатель с горизонтальной осью вращения, в котором рабочие органы выполнены в виде открытых пластмассовых полусфер по ПЕРВОМУ ВАРИАНТУ работает следующим образом.

Направляя установку фронтальной частью (фиг.З) против направления ветра каждая пластмассовая полая полусфера 1 (парус) будет следовать под действием потока ветра выпуклой частью вперед. Поскольку каждая пластмассовая полая полусфера i установлена основой параллельно осям плеч крестовины 2 и в одном направлении по кругу, а значит выпуклой частью пластмассовой полой полусферы под углом 90° относительно осей плеч крестовины 2, то и силы воздействия напластмассовые ^" полые полусферы 1 будут под углом 90° относительно осей крестовины 2. Таким образом, получаем вращения колеса и вместе с ним вала 5.

Сравнение возможностей заявляемого ветряного двигателя, и ветродвигателя по прототипу с тремя лопастями показывает существенное его преимущество. Это можно объяснить следующим.

Производить можно очень мощные установки относительно небольших размеров и на небольших занимаемых площадях. Например: установка с пластмассовыми полыми полусферами диаметром 5 м и общей площадью четырех пластмассовых полых полусфер ^а 156м , имеет диаметр колеса вращения 13м и может разместиться основой опоры на таком же диаметре, а высота может быть до 25м (в зависимости от рельефа местности или места расположения).

Изготовить установку с таким пропеллером невозможно и нецелесообразно, потому что она будет огромной и будет занимать большую площадь.

Теперь сравним мощности по занимаемым площадям и диаметрам вращения.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Как известно, силу, действующую на лопасть пропеллера и силу, действующую на парус (пластмассовую полую полусферу), рассчитывают по одним и тем же формулам:

о S о S

F = C -— и ² ; F _v = С„ ·— V ² - это в Ньютонах,

2 2

или F _x - 0,0625 - С _х - S · υ ; F _y = 0,0625 - C _y - S · υ ² - в кгс.

где С _у и С _х — аэродинамические коэффициенты подъемной силы и силы лобового сопротивления; υ — скорость ветра, действующая на парус

(пропелер или пластмассовую полую полусферу); S - площадь поверхности паруса (пропелера или пластмассовой полой полусферы); р - плотность воздуха.

Например, рассчитана конструкторами установка с пропеллером, состоящая из трех лопастей общей площадью- 1,8 м ² и диаметром вращения пропеллера 5м, может давать 2000-3000 Вт электроэнергии. Если изготовить ветряной двигатель предлагаемой конструкции с таким же диаметром колеса вращения, то в этом диаметре можно разместить четыре пластмассовые полые полусферы 0 2м и общей площадью- 25м . Получим установку примерно в 13,5 раз мощнее установки с пропеллером, то есть с мощностью- 30-40 кВт. Это существенное преимущество заявленной конструкции.

Изготавливать такие установки будет очень просто и рентабельно. Пластмассовые полые полусферы можно изготавливать из пластика, из которого изготавливаются бутылки, что позволит утилизировать тару из-под напитков.

Поскольку эти установки будут бесшумными их можно устанавливать на крышах домов крупных мегаполисов и в пределах жилых массивов. Производимую электроэнергию можно соединить с общей энергетической системой.

Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по ВТОРОМУ ВАРИАНТУ содержит рабочие элементы, выполненные в виде четырех

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) (преимущественно пластмассовых) полых полусфер 1, прикрепленных к вертикальному валу 5 с помощью элементов крепления, выполненных в виде Г- образных кронштейнов 3.

Г-образные кронштейны 3 в свою очередь жестко закреплены на вертикальном валу 5. На концах вертикального вала 5 установлены подшипники, вмонтированные в корпус 7 и закрепленные на крестовинах 2 каркаса 8. Вертикальный вал 5 с полыми полусферами 1 передает вращение генератору 6 через конусообразную шестеренчатую пару 9.

Количество полых полусфер 1 ветряного двигателя выбрано из следующих соображений.

Для любого диаметра вращения сохраняя в среднем 100%-ую открытость ветру площади одной полой полусферы при максимально близком расстоянии крепления ее к валу можно разместить не больше четырех полых полусфер. Меньше четырех можно, но при этом уменьшается площадь непрерывного контакта с ветром, снижая производительность двигателя.

Оптимальная схема расположения полых полусфер на валу для получения максимального эффекта вращения следующая.

На вертикальном валу 5 радиально под углом 90° относительно вертикального вала 5 и под углом 90° между собой крепятся четыре Г- образных кронштейна 3 одинакового размера. Длина короткого плеча Г- образного кронштейна 3, которое крепится непосредственно к вертикальному валу 5, равна высоте полой полусферы 1. На расстоянии Уг диаметра полой полусферы 1 симметрично крепятся на вертикальном валу 5 еще четыре Г- образных кронштейна 3 такого же размера. Четыре верхних Г-образных кронштейна 3 и четыре нижних Г-образных кронштейна 3 соединяются между собой (фиг. 9).

На созданной таким образом Г-образной конструкции полая полусфера 1 крепится выпуклой частью к короткому плечу Г-образных кронштейнов 3, а

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) основанием к длинному плечу следующих Г-образных кронштейнов 3. Все полые полусферы 1 крепятся выпуклой частью в одном направлении относительно колеса вращения (фиг. 7,8, 10). Такое смещение относительно центра колеса вращения, дает возможность крепить большие полые полусферы 1 максимально близко друг к другу, сохраняя открытость полых полусфер 1 влиянию воздушного потока.

При таком компактном и жестком креплении полых полусфер 1 к вертикальному валу 5 максимально уменьшается возможность рарушения колеса вращения во время больших ветров.

Небольшие полые полусферы 1 крепят таким же способом, как и большие, отдаляя их от центра вращения (фиг.10).

Все элементы крепления 3 должны быть максимально облегченные.

В результате изготовлена модель, которая очень чувствительна к влиянию ветра и сохраняет свое вращение и направление вращения при любых ветрах (порывистых, крутящих).

Такой ветряной двигатель не нуждается в коррекции его направления относительно направления ветра, что упрощает конструкцию и не нуждается в постоянном присмотре.

Ветряной двигатель с вертикальной осью вращения по ВТОРОМУ ВАРИАНТУ работает таким образом.

Ветер любого направления воздействует на вогнутую (внутреннюю) часть полой полусферы 1. Полая полусфера 1 начинает угловое вращение, которое передается вращающемуся вертикальному валу 5 и при этом вращении каждая из четырех полых полусфер 1 попадает в зону воздействия ветра изогнутой частью полусферы, передавая усилие вертикальному валу 5. Вертикальный вал 5 через конусообразную шестеренчатую пару 9 передает свое вращение генератору 6 или нагрузке.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Мощность таких установок зависит от скорости ветра и суммарной площади рабочих органов, на которую он воздействует. Расчет проводят по формуле для расчета силы, действующей на любой парус: „ = С„ · ^ ^ - и ² - это в Ньютонах,

у у 2

или F _y = 0,0625 · С _у S · V ² - в кгс.

где С _у — аэродинамический коэффициент подъмной силы; v— скорость ветра, действующая на парус (пропелер или полую полусферу); S - площадь поверхности паруса (пропелера или полой полусферы); р - плотность воздуха.

Из этого значения вычитают силу лобового сопротивления выпуклой части полой полусферы, которая при вращении попадает под воздействие ветра. = С х · ^ ₂ ^ · Ό ² - это в Ньютонах, или F _x = 0,0625 - С _х · S · υ ² - в кгс.

где С _х — аэродинамический коэффициент силы лобового сопротивления.

Из теории аэродинамики известно, что коэффициент лобового сопротивления (относительно коэффициента для плоского предмета) у шара 0,48, у полой полусферы, движущейся вперед своей вогнутой стороной - 1 ,49, а для обтекаемого тела в виде капли - 0,05.

При предложенных способах крепления сопротивление выпуклой части полой полусферы ветру будет ближе к обтекаемому объекту, чем к сопротивлению шара, так как при угловом вращении время сопротивления ветру полного диаметра полой полусферы очень мало, а завихрение воздуха, возникающее во время вращения, помогает сзади идущей полой полусфере преодолевать сопротивление ветру.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) При угловом вращении процесс «прилипания» воздуха к телу очень кратковременный и не будет создавать серьезное сопротивление.

Производить такие ветродвигатели целесообразно модулями (фиг.5,6) с возможностью крепить их между собой, создавая мощные установки (фиг.13). Вращающиеся валы соединяются между собой полумуфтами или карданными валами. Каркас таких установок можно использовать для трансмиссии своей электроэнергии, либо от других источников электроэнергии.

Поскольку эти установки будут бесшумными, то их можно устанавливать в черте населенных пунктов. Производить такие установки будет просто и рентабельно. Полые полусферы необходимо изготавливать из пластмассы. Пластмассу можно армировать для прочности. На изготовление таких полусфер вполне подойдут пластиковые бутылки из под напитков, что позволит утилизировать б/у тару.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Предлагаемый ветряной двигатель целесообразно производить с диаметрами полусфер от трех метров и больше.

С целью экономии материалов и площади целесообразно на многомодульном варианте исполнения ветряного двигателя с вертикальной осью вращения (фиг.13) монтировать, в верхней его части ветряной двигатель с горизонтальной осью вращения, в котором рабочие органы выполнения в виде полых полуцилиндров или полых полусфер.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)