Вітрова установка

1. Вітрова установка, яка містить корпус, з'єднаний за допомогою вертикальної осі з конструкцією утримання установки на необхідній висоті та з'єднаний за допомогою горизонтальної осі з віт 3 Зменшити розміри та масу установки, а також спростити її конструкцію і, таким чином знизити її собівартість. Незважаючи на позитивний технічний результат від зазнаного удосконалення можливі ускладнення. Ускладнення можуть виникати при експлуатації установок, у яких вертикальна вісь в умовах експлуатації може відхилятись від вертикального положення. Наприклад, коли вертикальна вісь закріплена на канаті або дирижаблі. За таких обставин погіршується коефіцієнт використання енергії вітру, а також можливе перенавантаження елементів установки. Для усунення зазначених недоліків заявленим технічним рішенням передбачається удосконалене з'єднання корпуса з вертикальною віссю. Удосконалення полягає в тому, що корпус з'єднаний з вертикальною віссю за допомогою планки, яка має можливість переміщатися відносно корпусу і, таким чином, утримувати корпус разом з колесом у вертикальному положенні незалежно від положення вертикальної осі. Слід зазначити, що таке регулювання дозволяє забезпечити вертикальне положення, як корпусу, так і колеса, навіть, при значних відхиленнях вертикальної осі від вертикалі. При цьому, необхідно додати, що саме утримання колеса у вертикальному положенні забезпечує максимальне використання енергії вітру. Крім того, заявленим технічним рішенням передбачене запобігання від перевантаження установки в екстремальних умовах, що досягається шляхом відхилення корпусу з колесом відносно вертикалі у разі підвищення швидкості вітру до недопустимого рівня. Технічні рішення ілюструються кресленнями, де: на Фіг.1 показаний загальний вигляд вітрової установки з жорстким закріпленням вертикальної осі; на Фіг.2 - загальний вигляд установки з закріпленою на канаті вертикальною віссю; на Фіг.3 - загальний вигляд установки з закріпленою на дирижаблі вертикальною віссю. Вітрова установка 1 (Фіг.1) містить корпус 2, з'єднаний за допомогою вертикальної осі 3 з конструкцією 4 утримання установки на необхідній висоті. Корпус 2 також з'єднаний за допомогою горизонтальної осі 5 з вітровим колесом 6. Колесо 6 має диск 7 та лопатки 8, основні елементи яких зв'язані радіальною віссю Z. Радіальна вісь Z - суттєва ознака заявленого технічного рішення і, саме тому вимагає окремого пояснення. Вісь Z являється конструкторською базою, яка використовується при проектуванні, як диска, так і лопатки. Розміщена вона в площині симетрії диска. Направлена по радіусу диска та повздовжньої осі лопатки, початок - точка перетину осі обертання диску з площиною симетрії диску. До осі Z прив'язані масові та аеродинамічні сили, які діють на диск та лопатки. В першу чергу, необхідно звернути увагу, що на вісь Z колеса діє складова від сили тиску вітру на усі деталі колеса. Крім того, вісь Z являється технологічною базою, яка використовується в процесі розробки тех 66181 4 нології, а також виробництва та контролю, як лопаток, так і диска й колеса. Таким чином, для кожного колеса вісь Z - параметр однозначний та визначений і тому його слід розглядати як вісь вала чи вісь отвору. Радіальна вісь Z (Фіг.1) колеса 6 розташована на відстані  від вертикальної осі в напрямку дії вітрової маси (швидкості вітру V). Відстань  може бути відрегульована за допомогою пластин 9 шляхом експериментального визначення положення пластин відносно корпусу, або визначена розрахунками. Слід зауважити, що технічним рішенням передбачене саме автоматичне провертання колеса в напрямку дії вітру, як показано на Фіг.1. Тобто, зі зміною напрямку вітру автоматично у відповідності з новим напрямком вітру змінюється і положення колеса. З метою перевірки можливості практичного застосування запропонованої технології була виготовлена установка з вітровим колесом у діаметрі 1330мм, маса якого склала 1,6кг. Випробування зазначеної установки показало, що при розміщені осі Z колеса на відстані 190мм від вертикальної осі корпус разом з колесом в автоматичному режимі орієнтувався в напрямку вітру, починаючи зі швидкості вітру у 2 метра за секунду, що, слід вважати, як позитивний результат. Заявленим технічним передбачені й інші варіанти закріплення вертикальної осі. На Фіг.2 показаний загальний вигляд установки 11, у якій вертикальна вісь 12 закріплена на канаті 13 за допомогою втулки 14 та кронштейну 15. Установка 11 містить корпус 16, з'єднаний за допомогою горизонтальної осі 17 з вітровим колесом 18. Радіальна вісь Z колеса 18 розміщена на відстані  від вертикальної осі 12 за допомогою пластин 19. Крім того, за допомогою пластин 19 колесо 18 може бути орієнтовано в вертикальне положення 20. Передбачена автоматична орієнтація колеса в вертикальне положення за допомогою механізмів 21 переміщення пластин, або шляхом розрахунку положення пластин відносно корпусу, приймаючи розрахункову швидкість вітру та розрахункове значення відхилення  осі 12 від вертикалі 20, нехтуючи при цьому, зменшенням коефіцієнта використання енергії вітру. Крім того, заявленим технічним рішенням передбачене запобігання від перевантаження установки в екстремальних умовах, що досягається шляхом відхилення корпуса з колесом відносно вертикалі на кут  у разі підвищення швидкості вітру до недопустимого рівня. Слід зазначити, що запобігання перевантаження відбувається автоматично. Для цього достатньо обмежити переміщення пластин 19, що еквівалентно обмеженню відхилення радіальної осі Z колеса відносно вертикальної осі 12. На Фіг.3 показаний загальний вигляд установки 25, у якій вертикальна вісь 26 з'єднана за допомогою сферичної опори 27 з дирижаблем (зондом) 28, або іншим плаваючим засобом. Установка 25 містить корпус 29, з'єднаний за допомогою горизонтальної осі 30 з вітровим колесом 31. Радіальна вісь Z колеса 31 розміщена на відстані  від вер 5 тикальної осі 26. Як і у варіанті Фіг.2, колесо 31 може бути орієнтовано в вертикальне положення за допомогою механізмів 21 шляхом переміщення пластин, або шляхом розрахунку. При цьому, необхідно враховувати, крім піднімальної сили F дирижабля та сил вітрових мас на установку та дирижабль, також масові сили установки, дирижабля та каната 33. Для покращення маневрування, особливо в екстремальних умовах, дирижабль доцільно оснастити сонячними батареями 34 та двигуном 35. До викладеного слід додати, що вертикальна вісь може бути, як жорсткою, так і гнучкою, наприклад виробленою із дроту чи канату. Джерела інформації: 1. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1969.-543с. 2. Антонов А.С., Артамонов Б.А., Коробков Б.М., Магидович Е.И. Планетарные передачи // Танк. - М.: Воениздат, 1954. - С.422-429.-607с. 3. Андрианов В.Н., Быстрицкий Д.Н., Вашкевич К.П., Секторов В.Р. Ветровые электростанции. Государственное энергетическое издательство. М.: 1960.-320с. Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 66181 6 4. Биргер И.А., Шор Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. - М.: Машиностроение, 1979.-702с. 5. Ежемесячный научно-популярный журнал "Сельский механизатор", №12/98, с.28. б. Журнал "Зерно і хліб", 2009. - №4. 7. Установки електричні вітрові: Загальні технічні вимоги: ДсТУ 4037-2001/ Ред. Григор'єва. -К.: Держстандарт України, 2001.-28с. 8. Журнал "Энергосбережение", 2009. - №4. – С.32…34. 9. Журнал "Новини енергетики", 2010. - №3. 10. Кашкаров А.П. Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции: - М.: ДМК Пресс, 2011.-144с. 11. Журнал "Винахідник і раціоналізатор", 2009, №7. - С.26. 12. Жирицкий Г.С, Локай В.И., Максутова М.К., Стрункин В.А. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1971.620с. 13. Патента США: 5 509 784; F01D5/16; 5 211 540, F01D5/22; 5 238 368, F01D5/22; 4 710 102, F01D5/22; 4 655 686, F04D29/32; 4 884 951, F01D5/22. 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