Вітроагрегат

Вітроагрегат, який включає силову раму, підшипники вертикального вала, вітросприймаючі махи з поворотними лопатями, який відрізняється тим, що вітросприймаючі вузли вітроколеса виконані у вигляді радіальних рамок з горизонтальними осями, жорстко зв'язаними з привідним валом, як мінімум, у два яруси, рівномірно розміщені по Винахід відноситься до вітроенергетики Відома широка різновидність вітроагрегатів з вертикальною привідною віссю Близьким зразком цього класу конструкцій являється вітроагрегат [1] Вітроагрегат включає в себе вертикальний вал і, закріплені на ньому, радіальні траверси Радіальні траверси шарнірно зв'язані з лопатями і в їх внутрішніх полостях розміщені вантажі, які при роботі вітроагрегата переміщуються до лопатей, підвищуючі їх СТІЙКІСТЬ при підсиленні вітру Недоліком такого вітроагрегата являється відносно низький ККД використання енергії вітру, пов'язаний з обмеженою можливістю регулювання активної площі лопастей Відомий також вітроагрегат [2], який по технічній суті ближче до представленого технічного рішення, тому приймається як прототип Даний вітроагрегат складається із опорної рами і вертикального вала, розміщеного в її направляючих вузлах У верхній частині вала встановлені махи(траверси), на кінцях якого розміщені поворотні лопаті Лопаті виконані у вигляді прапорців, що знаходяться на горизонтальній площині При наявності вітру, частина прапорців, які рухаються у напрямі вітру, розвертаються на 90°, та встановлюються у вертикальних площинах, забезпечуючи крутний момент вітроколеса Інші, які рухаються колу у вертикальних площинах, при цьому на осях рамок підвішені лопаті, центр мас яких розміщено нижче осі підвісу, причому кожна рамка в ярусах зсунута одна відносно одної на половину кута а розміщення рамок в ярусах, крім того рамки мають упори, які визначають горизонтальні положення лопатей, при цьому трубчаста опора вітроколеса забезпечена профільними формувачами потоку повітря, розміщеними в горизонтальній площині над і під вітроколесом, та привідним валом, забезпеченим підшипниками та ведучим зубчастим колесом, кінематично зв'язаним із зубчастими колесами генераторів електроструму проти вітру, залишаються в горизонтальних площинах, забезпечуючи мінімальний опір вітру Недоліком такої конструкції являється відносно низький ККД використання вітрової нагрузки, пов'язаний з тим, що підвищенню активної площі чинить перепони низька жорсткість силовосприймаючих елементів констукцій(консолей), працюючих на згин та кручення, надлишкова металоємкість, пов'язана із забезпеченням жорсткості та надійності роботи вітронавантажених консолей, незадовільна робота лопатей при переході із горизонтального положення у вертикальне, оскільки вони знаходяться у положенні невизначеної СТІЙКОСТІ, при якій можлива затримка розвороту лопатей у робоче(вертикальне) положення, відсутності плавності перекладки лопатей, що викликає виникнення вібрації консолей траверсів, на яких розміщені робочі лопаті В основу винаходу поставлено задачу удосконалення вітроагрегату шляхом виконання конструкції у такому вигляді, щоб забезпечити підвищення ККД вітрової нагрузки, за рахунок покращення умов роботи поворотних лопастей і формування робочого потоку вітру Ця задача вирішується тим, що у вітроагрегаті, який має силову раму, підшипники вертикального валу, вітроприймальні махи з поворотними лопа ю СО ^00 48435 стями, новим виявляється те, що вітроприимальні вузли вітроколеса виконані у вигляді радіальних рамок з горизонтальними осями, жорстко зв'язани з привідним валом, як мінімум, у два яруси, рівномірно розміщені по колу у вертикальних площинах, при цьому на осях рамок підвішені лопаті, центр мас яких розміщений нижче осі підвісу, причому кожна рамка в ярусах зміщена одна відносно одної на половину кута а розміщення рамок в ярусах, крім того рамки мають упори, які визначають горизонтальне положення лопатей, при цьому трубчаста опора вітроагрегата забезпечена профільними формовачами потоку повітря, розміщеними у горизонтальній площині над і під вітроколесом, і привідним валом, забезпеченим підшипниками та ведучим зубчатим колесом, кінематично пов'язаним з зубчатими колесами генераторів електроструму В конструкції аналогу містяться інерційні вантажі, які застосовані в якості силосприймаючих упорів, сила дії яких на лопаті пов'язана з силою вітрової нагрузки на вітроколесо Наявність інерційних вантажів, при відносно великих вітрових нагрузках, вимагає підсилення МІЦНОСТІ каркасу вітроколеса, що підвищує матеріалоємність конструкції В конструкції прототипу лопаті встановлені на радіальних махах(траверсах) горизонтально і закріплених консольно до ведучого вала Таке розміщення робочих лопатей веде до виникнення підвищених згинаючих і круглих моментів в несучих елементах конструкції, що приводить до необхідності збільшення моментів опору силовим нагрузкам та підвищенню матеріалоємкості конструкції Крім того, в консолях конструкції можливі вібрації як наслідок різких розворотів робочих лопатей із горизонтального у вертикальне положення Цьому сприяє невизначена СТІЙКІСТЬ робочих лопатей у вихідних положеннях У запропонованому технічному рішенні вітросприймаючі вузли виконані у вигляді рамок жорстко зв'язаних з привідним валом Таке рішення дозволяє покращити МІЦНІСТНІ характеристики вітроагрегата Установка поворотних лопастей у вертикальному положенні під дією власної ваги, сприяє більш плавній роботі вітроколеса при переходах від парусного до флюгерного режиму Підвищенню ККД використання вітрового навантаження сприяє застосування багатоярусного розміщення вітросприймаючих рамок зі зміщенням їх ВІДПОВІДНО один одного в ярусах Підвищенню ККД використання енергетики вітру сприяє також наявність профільних формівників потоку вітру Наявність генераторів струму, які знаходяться у планетарному защепленні з шестернею ведучого валу вітроагрегата сприяє оптимальному підключенню КІЛЬКОСТІ генераторів току в залежності від зміни вітрового навантаження Таким чином, сукупність нових ознак запропонованого технічного рішення відповідає критерію "Новизна" На фіг 1 показано загальний вигляд вітроагрегату, на фіг 2 - 4 перерізи А-А, Б-Б, В-В вітроагрегата Вітроагрегат включає в себе силову раму 1, всередині якої розміщені упорний підшипник 2 привідного вала 3 На валу встановлена ведуча шестерня 4, кінематично зв'язана з шестернями 5 генераторів 6 електроструму Привідний вал пропущено всередині трубчастої опори 7 у радіальному підшипнику 8 Нижня частина трубчатої опори закріплена на силовій рамі До верхньої частини опори приварено нижній формулу 9 повітря і на ньому встановлені стержні 10, зв'язуючі жорстко вехній формувач 11 У верхньому формувачі встановлено підшипник 12, обмежуючий консоль привідного валу Верхній і нижній формувачі мають отвори 13, 14 для виходу частини відпрацьованого повітря та зливу атмосферних опадів На привідному валу встановлені радіально рамки 15 та 16 під кутом 120° у два яруса Рамки в ярусах зсунуті відносно один одного на кут 60° У кожній рамці на осі 17 закріплені поворотні лопаті 18 Формувачі потоку повітря мають профільні забірники 19, 20 Для обмеження руху поворотних лопастей передбачені упори 21, 22 Вітроагрегат працює наступним чином При відсутності вітру, робочі лопаті 18 під дією власної ваги знаходяться у вертикальному положенні, перекриваючи проточні вікна рамок 15, 16, зв'язаних з привідним валом При вітровому навантаженні, незалежно від напряму вітру, частина лопатей 18 сприймає вітрове навантаження, притискаючи поворотні лопаті 18 до нерухомих рамок 15, 16 Ці лопаті рухаються у напрямі вітру та спричиняють круглий момент на валу 3 у парусному режимі Друга частина лопастей 18 відтискується від нерухомих рамок 15, 16 і, в залежності від положення до напряму вітру, відхиляється від вертикальної площини в сторону горизонтальної площини та рухається у флюгерному режимі Максимальне відхилення цих лопатей дорівнює 85° Лопаті, працюючі в парусному режимі, обертають не тільки привідний вал 3, але і шестерню 4, кінематично пов'язану з шестернями 5 генераторів 6 електроструму Для підвищення ефективності вітрового навантаження на лопаті передбачені формувачі 9, 11 вітрового потоку з профільними кільцевими заборниками 19, 20 повітря, які ущільнюють та вирівнюють вітровий потік Виконана таким чином конструкція вітроагрегата підвищує ефективність використання енергії вітру Запропонована конструкція може бути виконана на більшості машинобудівних підприємств, тому вона відповідає критерію "Промислова застосовність" 48435 Фіг1 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71