Ветряной двигатель – это аэродинамический механизм, преобразующий энергию ветра в кинетическую энергию ротора, которая при помощи системы передач может быть использована для совершения полезной работы. Существует большое количество различных конструкций ветряных двигателей, которые принято делить на две группы: двигатели с горизонтальной осью вращения (крыльчатые) и двигатели с вертикальной осью вращения (карусельные).

Рассмотрим механизм действия ветряного двигателя на примере ветряного двигателя с горизонтальной осью вращения (рисунок 1). Набегающий поток воздуха движется параллельно оси вращения ротора. Лопасти винта расположены под углом к оси вращения, который в аэродинамике называется углом атаки. Лопасть стоит на пути движения воздуха, когда поток сталкивается с лопаткой, он тормозится и изменяет направление движения, обтекая лопатку. При этом неизбежно около передней поверхности лопасти возникает область с повышенным давлением воздуха, а около задней поверхности возникает область с пониженным давлением. Величина разницы давлений зависит от многих параметров, например скорости движения воздуха, угла атаки, формы поверхности. В результате на лопасть действует со стороны потока сила P, направленная перпендикулярно ее плоскости (в сторону области пониженного давления). Поскольку лопасть жестко закреплена и не может совершать движений ни вдоль оси ротора, ни вдоль оси крепления лопатки, то составляющие силы P, направленные вдоль этих направлений, уравновешиваются силами реакции (в случае прямоугольной лопатки, изображенной на рисунке, присутствует только сила реакции, направленная вдоль оси вращения, которая обозначена как N). Некомпенсированная составляющая силы P, равная S, создает крутящий момент, который заставляет ротор вращаться. Так как , где А – площадь лопасти, а  - среднее давление на нее, то очевидно сила может быть увеличена за счет формы лопасти и угла атаки (увеличивает ), либо за счет увеличения площади лопастей. Очевидно, общий крутящий момент увеличивается пропорционально количеству лопастей.

Обозначения рисунка 1: 1 - ось вращения, 2 – область пониженного давления, 3 - область повышенного давления. P - сила, действующая со стороны потока на лопасть, N - сила реакции, S - результирующая сила, создающая крутящий момент.

Максимально возможный КПД ветряного двигателя сотавляет 46%, у реалных механизмов он достигает 20%.

В прошлом ветряные двигатели использовались для выполнения большого числа работ, требующих больших затрат мускульной силы (в производстве сукна, пороха, дробления руды, откачки воды, приведения в действие кузнечных мехов). Сегодня энергию ветра используют для генерации электроэнергии.

Однако широкому распространению ветроэлектространций препятствует большое число их недостатков по сравнению с более распространенными типами электростанций (дороговизна эксплуатации, шумность, малая мощность, зависимость от непостоянных скорости и направления ветра и др.) При этом ведутся интенсивные поиски новых конструкций, материалов ветряных установок для улучшения их эксплуатационных харатеристик.

Так известна новая ветроустановка "Вера". Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к экологически чистым ветроэлектростанциям с замкнутым циклом воздушного потока. Технический результат, заключающийся в повышении надежности ветроустановки и увеличении коэффициента использования силы ветра.
Это достигается за счет того, что в ветроустановке, содержащей башню, ветряной двигатель с вертикальной осью вращения, генератор и эжекторные системы, состоящие из направляющих воронок, подключенных к внутренней полости башни и направленных на лопасти ветряного двигателя, согласно изобретению ветряной двигатель выполнен одноярусным, вращающимся от двух ветровых потоков. Первый поток поступает через конусы в верхней части башни, а второй - через эжекторы, выполненные вертикальными, при этом ветроустановка содержит наружный и внутренний воздушные аккумуляторы, второй и третий генераторы, машинный зал и шахту, причем, первый и второй генераторы размещены в башне и подключены к ветряному двигателю с помощью скоростного электромагнитного редуктора, а третий генератор соединен с приводом через электромагнитную муфту сцепления. Запуск первого и второго генераторов происходит через редуктор, а третьего - через электромагнитную муфту сцепления.
Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к экологически чистым ветроэлектростанциям с замкнутым циклом воздушного потока.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветряным двигателям, и предназначено для использования в ветроэнергетических установках различной мощности. Технический результат заключается в увеличении производительности ветряного двигателя и уменьшении затрат на его производство. Сущность изобретения заключается в том, что ветряной двигатель содержит цилиндрическую головку, которая через скользящие и опорные элементы связана с валом. На валу ветряного двигателя установлено, по меньшей мере, два ветряных колеса различного диаметра с четным или нечетным количеством поворотных лопастей различной длины, модульный генератор с корпусом, механизм синхронизации оборотов ветряного колеса, устройство ориентации на ветер, конусная гайка, устройство уплотнения, защитный кожух и поворотное устройство. Поворотное устройство ветряного двигателя расположено в передней части цилиндрической головки и выполнено в виде втулки, которая при помощи скользящих и опорных элементов связана с опорной шайбой неподвижной башни. Каждое ветряное колесо содержит четное или нечетное количество лопастей различной длины, которые объединены в рабочие сектора, где каждый рабочий сектор имеет, по меньшей мере, одну лопасть. Минимальное расстояние между ветряными колесами с поворотными лопастями должно составлять не менее половины диаметра от ветряного колеса с поворотными лопастями, расположенного за генератором. Ветряные колеса с поворотными лопастями должны быть расположены на валу в порядке возрастания диаметров и иметь возможность осевого перемещения.