Вітроенергетична установка

1. Вітроустановка, що містить вітродвигун з вертикальним валом, пристрій для виконання корисної роботи, статичну споруду, розміщену навколо вітродвигуна з можливостями направлення повітряного потоку на лопаті ротора і підтримання вала вітродвигуна в робочому положенні, яка відрізняється тим, що лопаті вітродвигуна мають обтічну форму в напрямку їх переміщення в процесі роботи вітродвигуна, з можливістю забезпечення при дії повітряного потоку на будь-яку з двох її бічних сторін виникнення аеродинамічної сили, що сприяє обертанню лопатей навколо вертикальної осі вала лише в одному вибраному напрямку. 3 Дана вітроустановка використовує енергію вітру тим менше, чим більша кутова швидкість ротора, оскільки тут співпадають напрямки переміщення лопатей і дії повітряного потоку на кожну з них. Так як будь-яка лопать ротора розташовується в площині, яка перпендикулярна напрямку її переміщення під час роботи вітродвигуна, то це стає причиною виникнення значного опору повітря в цьому процесі і, як наслідок, зменшення кутової швидкості ротора, а також до появи вихорів, що призводить до втрати повітряним потоком своєї енергії. Статична споруда, яка розташовується навколо вітродвигуна, містить направляючі вертикальні пластини, орієнтовані таким чином, що це створює кращі умови проходження рухомого повітря справа від вертикальної осі вала і ускладнює або роблять неможливим таке проходження зліва від цієї осі. А це стає причиною втрати значної частини енергії вітру внаслідок його неефективного гальмування та виникнення нерівномірного силового навантаження різних частин статичної споруди і вітродвигуна, що призводить до виникнення додаткових напружень в конструкціях та механізмах. В основу корисної моделі поставлена задача розробити вітрову установку з вертикальною віссю вала, яка, в порівнянні з аналогами, ефективніша в роботі і стійкіша до навантажень, що виникають в умовах її експлуатації. Для вирішення поставленої задачі в вітроустановці, що містить вітродвигун з вертикальним валом, пристрій для виконання корисної роботи, статичну споруду, розташовану навколо вітродвигуна, з можливістю направлення повітряного потоку на лопаті ротора з метою забезпечення його обертання навколо вертикальної осі вала в необхідному напрямку та можливістю підтримання вала в робочому положенні, відповідно до корисної моделі направляючі потік повітря вертикальні пластини статичної споруди розміщуються вздовж радіусів кола з центром в точці на осі вала, що збільшує загальну площу попадання рухомого повітря на лопаті вітродвигуна і зменшує неефективне гальмування нею вітру, а також усуває асиметрію силової дії потоку на установку, яка спостерігається в прототипі. Перегородки, які ділять статичну споруду по вертикалі на декілька частин, можуть бути як горизонтальними, так і нахиленими до горизонту з утворенням додаткового звуження каналу проходження потоку крізь статичну споруду зі сторони розміщення лопатей вітродвигуна, що дозволяє посилювати кінетичну енергію повітряного потоку перед попаданням його на лопаті та утворювати пустотні камери, захищені від дії потоку, з можливістю розміщення в них пристроїв корисної роботи, що дає змогу використовувати відразу декілька цих пристроїв, розташовуючи їх на різних рівнях вітроустановки. В такому варіанті вал вітродвигуна поділений на декілька частин з можливістю утворення стільки ж автономно діючих вітродвигунів з приєднаними до них пристроями корисної роботи, що зменшує навантаження на вертикальний вал і напруження в ньому шляхом зменшення його довжини. 63140 4 Лопаті ротора мають обтічну форму в напрямку переміщення кожної з них в процесі роботи вітродвигуна, з можливістю отримувати від повітряного потоку на будь-який з двох боків кожної з них таку дію, яка сприяє цьому переміщенню лише в необхідну сторону. Орієнтування кожної лопаті по напрямку їх переміщення в процесі обертання створює умови незалежності сили дії потоку від величини кутової швидкості ротора. Все це сприяє збільшенню кутової швидкості і потужності вітродвигуна. Суть корисної моделі пояснюється кресленням. На Фіг.1 зображено запропоновану вітрову установку у розрізі по А-А вертикальною площиною вздовж осі вала вітродвигуна. На Фіг.2 показано зображення вітроустановки у її розрізі по В-В горизонтальною площиною. Вітрова установка складається з вітродвигуна у вигляді вертикального вала 1 або декілька окремих валів, розміщених на одній вертикальній осі, з лопатями2 обтічної форми у напрямку їх переміщення при обертанні навколо цього вала, одного або декількох пристроїв виконання корисної роботи 3, кожен з яких приєднаний до вітродвигуна, статичну опорну конструкцію 4, яка розміщується навколо вітродвигуна, містить розташовані на однаковій відстані одна від одної вертикальні пластини 5 та перегородки 6, які ділять каркас конструкції на окремі секції і можуть бути як горизонтальними, так і нахиленими до горизонту, утворюючи пустотні камери з можливістю встановлення в них пристроїв корисної роботи. Внизу установки знаходяться опори 7. Рухома повітряна маса спочатку попадає на вертикальні направляючі пластини 5 статичної споруди 4, звідки повітря переміщується по утвореному пластинами 5 і перегородками 6 каналу і попадає на лопаті 2 ротора, котрі розташовані ближче, а потім і на ті, що знаходяться біля каналів споруди 4, через які здійснюється вихід маси повітря за межі установки. В результаті дії рухомого повітря лопаті переміщуються згідно з законами аеродинаміки, забезпечуючи своє обертання навколо вертикальної осі вала в одному і тому ж напрямку. Оскільки в кожному каналі рух повітря при його зустрічі з вітроустановкою корегується направляючими пластинами, то принцип дії потоку повітря, яке виходить з будь-якого каналу і попадає на лопаті, буде аналогічним. Радіальне розміщення вертикальних пластин статичної споруди забезпечує проходження повітряної маси майже по всіх каналах одночасно і її дію на всі лопаті ротора відразу. А так як напрямки потоку і переміщення лопаті не співпадають, і більше того, знаходяться під кутом, близьким до прямого, то залежність величини аеродинамічної дії повітря на лопать від швидкості її руху тут відсутня. Все це разом призводить до збільшення потужності вітродвигуна. Радіальне розташування направляючих пластин також зменшує неефективне гальмування установкою швидкості вітру, оскільки частка площі пластин, на яку попадає потік повітря перпендикулярно до їх поверхні, є мізерною відносно загальної площі, на котру діє повітряний потік, що потім по каналу направляється на лопаті ротора, а пласти 5 ни, які відводять потік від вітроустановки тут відсутні взагалі. Найпотужніший потік повітря буде проходити крізь центр вітроустановки, так як тут вертикальні пластини паралельні напрямку вітру. Повітряні потоки в каналах по краях статичної споруди стають менш потужними через взаємодію повітря з пластинами цих каналів і, будучи від цього послабленими, діють на центральний потік з кожного боку з однаковою силою. В результаті, вся маса повітря, яка потрапляє на вітроустановку, буде виноситися за її межі в напрямку дії вітру, що не створює умов для появи в повітрі шкідливих вихорів біля вітроустановки. Форма лопатей є не лише обтічною, що дає їй змогу обертатися швидше навколо вертикальної осі вала, але й такою, що забезпечує для неї виникнення аеродинамічної сили при дії повітряного потоку на лопать незалежно з якої її сторони, в Комп’ютерна верстка А. Рябко 63140 6 результаті чого відбувається переміщення лопаті в необхідному напрямку, причому, як для ближчих до вхідних каналів лопатей, так і тих, що знаходяться біля каналів, через які повітряна маса з вітроустановки виходить. В варіанті, коли використовуються нахилені міжсекційні перегородки з утворенням між секціями установки пустотних камер, канали проходження потоку в статичній конструкції отримують додаткове звуження поблизу лопатей, що обумовлює збільшення потужності потоку, а сама установка - можливість поділу довгого вала вітродвигуна на декілька коротких, що зменшує виникаючі в ньому під час роботи вітродвигуна напруження та дозволяє використовувати також декілька пристроїв корисного навантаження відразу, що дозволяє вітродвигунові ефективно використовувати енергію також і слабкого вітру. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601