Регульована вітроустановка

Регульована вітроустановка, що містить основне вітроколесо на горизонтальному валу з підшипниками, поворотний вузол на вертикальній опорі, планетарний редуктор та електрогенератор, яка відрізняється тим, що в неї введене додаткове вітроколесо, вал якого з одягненою на нього з попереднім натягом пружиною розміщений всередині вала основного вітроколеса із використанням двох обертових ПІДШИПНИКІВ та можливістю пересуван Винахід підноситься до вітроенергетики і дозволяє одержувати електричну та ІНШІ ВИДИ енергії з використанням двох вітроколіс та редуктора зі змінним передавальним числом ВІДОМІ вітроустановки, в яких використовуються два вітроколеса [1], що обертаються в різні сторони і розташовані на двох горизонтальних концентричних валах В них, як правило, використовуються лопаті з фіксованим кроком через складність виконання їх поворотними Тому такі вітроустановки не забезпечують необхідної стабілізації швидкості обертання вала генератора при ЗМІННІЙ ШВИДКОСТІ вітру Використовуються також вітроустановки [2] з планетарним редуктором (з шестернями), що містить основне вітроколесо на горизонтальному валу з підшипниками, поворотний вузол на вертикальній опорі, планетарний редуктор та електрогенератор В даній конструкції регулювання швидкості обертання вітроколеса відбувається за рахунок ня в них вала додаткового вітроколеса, а планетарний редуктор виконаний фрикційним з регульованим передавальним числом, який включає конічний барабан, водило, два колеса-сателіти на стержнях-осях та конічний вал, причому вал основного вітроколеса зв'язаний з СПІВВІСНО розміщеним конічним барабаном, направленим вужчою стороною в бік вітроколіс, вал додаткового вітроколеса всередині конічного барабана з'єднаний з водилом у вигляді профільованого стержня, перпендикулярного до цього вала, на двох протилежних сторонах водила на ковзаючих без можливості обертання підшипниках встановлено два стержніосі, паралельні до твірних поверхні конусного барабана, на валу генератора всередині барабана напроти водила встановлено концентрично на відстані, рівній висоті барабана, конічний вал, твірні якого паралельні до твірних поверхні конусного барабана, на однакових за довжиною кінцях стержнів-осей закріплено на обертових підшипниках два колеса-сателіти із пружними ободами, які фрикційно зчеплені з внутрішньою поверхнею конічного барабана та конічним валом змінного кроку крил шляхом їх повороту навколо своїх осей за рахунок встановлених вантажів та дії на них центробіжних сил При такій стабілізації швидкості обертання вала електрогенератора зміною кроку лопатей вітроколеса потужність вітроустановки пропорційна тільки до квадрату швидкості вітру, а при ЗМІННІЙ швидкості обертання вітроколеса потужність пропорційна до кубу швидкості вітру В основу регульованої вітроустановки поставлено задачу шляхом об'єднання додаткового вітроколеса з новим фрикційним редуктором із змінним передавальним числом стабілізувати швидкість обертання вала електрогенератора, знизити ШКІДЛИВІ шуми та підвищити коефіцієнт використання енергії вітру Поставлена задача вирішується тим, що в регульованій вітроустановці, який містить основне вітроколесо на горизонтальному валу з підшипниками, поворотний вузол на вертикальній опорі, 00 со ю 53899 планетарний редуктор та електрогенератор, згідно з винаходом в неї введене додаткове вітроколесо, вал якого з одягненою на нього з попереднім натягом пружиною розміщений всередині вала основного вітроколеса із використанням двох обертових ПІДШИПНИКІВ та можливістю пересування в них вала додаткового вітроколеса, а планетарний редуктор виконаний фрикційним з регульованим передавальним числом, який включає конічний барабан, водило, два колеса-сателітн на стержняхосях та конічний вал, причому вал основного вітроколеса зв'язаний з СПІВВІСНО розміщеним конічним барабаном, направленим вужчою стороною в бік вітроколіс, вал додаткового вітроколеса всередині конічного барабана з'єднаний з водилом у вигляді профільованого стержня, перпендикулярного до цього вала, на двох протилежних сторонах водила на ковзаючих без можливості обертання підшипниках встановлено два стержні-осі, паралельні до твірних поверхні конусного барабана, на валу генератора всередині барабана напроти водила встановлено концентрично на відстані, рівній висоті барабана, конічний вал, твірні якого паралельні до твірних поверхні конусного барабана, на однакових за довжиною кінцях стержнів-осей закріплено на обертових підшипниках два колесасателіти із пружними ободами, які фрикційно зчеплені з внутрішньою поверхнею конічного барабана та конічним валом Використання в запропонованій регульованій вітроустановці двох вітроколіс, які обертаються в різні сторони, в сукупності з планетарним фрикційним редуктором, що забезпечує плавну зміну передавального числа, дозволяє підвищити коефіцієнт використання енергії вітру Це пояснюється тим, що при роботі двох вітроколіс набігаюче повітря спочатку потрапляє на лопаті додаткового вітроколеса і за рахунок опору цих крил відкидається ними в сторону протилежну їх рухові При цьому ці потоки повітря виявляються направленими в сторону руху лопатей основного вітроколеса, збільшуючи тиск на них Застосування планетарного редуктора, у якого водило і барабан зв'язані ВІДПОВІДНО З першим і другим вітроколесом і обертаються в протилежні сторони, дозволяє збільшити в два рази передавальне число редуктора без збільшення його габаритів і ваги, що додатково підвищує економічність вітряка Одночасно запропонований фрикційний редуктор через використання в ньому пружних (надувних) коліс-сателітів є безшумним в роботі, гасить вібрації при роботі вітроколіс, а це підвищує екологічну безпеку вітроустановки Через виконання планетарного фрикційного редуктора із конічним барабаном і конічним валом та двома колесами-сателітами, що можуть пересуватися всередині барабана під дією сили тиску вітру на додаткове вітроколесо, забезпечується автоматична стабілізація швидкості обертання вала електрогенератора Підвищенню економічності вітроустановки сприяє використання фрикційного редуктора для стабілізації швидкості обертання вала електрогенератора тому, що в цьому випадку вітроколеса працюють при фіксованому крокові лопатей із змінними швидкостями обертання і одержана потужність пропорційна кубу швидкості вітру В той же час використаний фрикційний планетарний редуктор із змінним передавальним числом має високий к к д на всіх режимах роботи і малі втрати енергії Винахід пояснюється кресленням (фіг), на якому зображено 1 - додаткове вітроколесо, 2 основне вітроколесо, 3 - вал додаткового вітроколеса, 4 - вал основного вітроколеса, 5 - пружина, 6 - підшипники вала додаткового вітроколеса, 7 конічний барабан, 8 - підшипники вала основного вітроколеса, 9 - труба-тримач, 10 - рама, 11 - стержень, 12 - поворотний вузол, 13 - вертикальна опора, 14 - фундамент, 15 - водило, 16 - ковзаючі підшипники, 17 - стержні-осі, 18 - колеса-сателіти, 19 - конічний вал, 20 - електрогенератор, 21 - хвостовик Регульована вітроустановка включає два вітроколеса - додаткове 1 з меншим діаметром, на яке спочатку діє потік повітря (вітер), та основне 2 з більшим діаметром, що розташоване за додатковим відносно напрямку вітру Обидва вітроколеса 1, 2 закріплені на концентричних валах ВІДПОВІДНО 3 І 4 та мають лопаті, що розвернуті в різні сторони Вал 3 додаткового вітроколеса 1, на який одягнена пружина 5, встановлений на обертових і одночасно ковзаючих підшипниках 6, що знаходяться всередині вала 4 основного вітроколеса 2 Пружина 5 знаходиться у попередньо стиснутому стані і впирається одним кінцем у додаткове вітроколесо 1, а другим кінцем в основне вітроколесо 2 Вал 4 на протилежному КІНЦІ ВІД ОСНОВНОГО вітро колеса 2 міцно з'єднаний з конічним барабаном 7 і може обертатись на підшипниках 8 в трубі-тримачі 9, яка прикріплена через раму 10 до стержня 11 поворотного вузла 12, встановленого на опорі 13, що знаходиться на фундаменті 14 Вал 3 на протилежному КІНЦІ від додаткового вітроколеса 1 скріплений з водилом 15 у вигляді профільного стержня, перпендикулярного до вала 3 На водилі 15 на двох протилежних кінцях розташовані ковзаючі (без можливості обертання) підшипники 16, до яких прикріплені стержні-осі 17 із підшипниками на кінцях (без можливості ковзання), де встановлені колеса-сателіти 18 із пружними (надувними) ободами Ці колеса-сателіти 18 розміщені таким чином в середині конічного барабана 7, що їх площини обертання перпендикулярні до зовнішньо поверхні цього барабана 7, а їх ободи затиснені між зовнішньою поверхнею вказаного барабана 7 і конічним валом 19, що встановлений на валу електрогенератора 20, вісь якого співпадає з віссю обертання вітроколіс 1 і 2 Електрогенератор 20 та хвостовик 21 міцно прикріплені до рами 10, що зв'язана з стержнем 11 поворотного вузла 12 Регульована вітроустановка працює наступним чином При відсутності вітру вітроколеса 1 та 2 є нерухомими і пружина 3 знаходиться в початковому стисненому стані При цьому водило 15, зв'язане з валом 3 першого вітроколеса 1 розташоване в крайньому лівому положенні, а колесасателіти 18 притискаються ободами до конічного вала 19 біля його лівого краю (див креслення) При слабкому вітрі виникає сила тиску на хвостовик 21 і вітроустановка повертається на поворотному вузлі 12 таким чином, що напрям вітру стає перпендикулярним до площини обертання 53899 вітроколіс 1 і 2 Далі за рахунок тиску потоку повітря на вітроколеса 1 і 2, завдяки різному розвороту лопатей відбувається обертання вітроколіс 1 і 2 в протилежні сторони При цьому доцільно, щоб швидкості обертання вітроколіс 1 і 2 були однаковими Тому діаметр додаткового вітроколеса 1 є меншим, а основного 2 - більшим Тоді затінення основного вітроколеса 2 додатковим 1 компенсується за рахунок більшого діаметра основного вітроколеса 2 Одночасно відбувається збільшення коефіцієнту використання енергії вітру через скіс потоків повітря на лопатях додатковою вітроколеса 1 і їх спрямування на лопаті основного вітроколеса 2 в напрямі його обертання Пружина 5, яка встановлена з попереднім стисненням при слабкому вітрі залишається у тому самому стані через те, що сила тиску на додаткове вітроколесо 1 є недостатньою В т о м у випадку водило 15, стержні-осі 17 і колеса-сателити 18 залишатися у крайньому лівому положенні (див креслення) Тоді відношення діаметрів конічного барабана 7 і конічного вала 19 в місцях доторкання до них ободів коліс-сателітів 18 є значним, і відбувається швидке обертання згаданого конічного вала 19 і вала електрогенератора 20 для забезпечення відповідної частоти змінного струму (50Гц) При посиленні вітру збільшується швидкість обертання вітроколіс 1 і 2, а також лобовий тиск на вітроколесо 1, і за рахунок цього стискається пружина 5, а вал 3 додаткового вітроколеса 1 ковзає в підшипниках 6, а разом з ним переміщається вправо водило 15 і колеса-сателіти 18 При цьому відбувається деяке переміщення стержнів-осей 17 вздовж водила 15 від осі обертання вітроколіс 1 і 2 завдяки ковзаючим підшипникам 16 (без можливості обертання) Тоді відношення діаметра конічного барабана 7 до діаметра конічного вала 19 в місцях доторкання ободів коліс-сателітів 18 зменшиться А це приводить до того, що збільшені швидкості обертання в різні сторони конічного барабана 7, зв'язаного через вал 4 з вітроколесом 2, і водила 15 з'єднаного через вал 3 з вітроколесом 1, компенсується переміщенням коліс-сателітів 18 вправо і зменшенням передавального числа фрикційного планетарного редуктора, в результаті чого швидкість обертання конусного вала 19 і вала електрогенератора 20 залишається постійною 1 М 2 М СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ Шефтер Я И Использование энергии ветра Энергоатомиздат, 1983 -С 194-196 Шефтер Я И Использование энергии ветра Энергоатомиздат, 1983 - С 96-101 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24