Вітроколесо
Номер патенту: 57378
Опубліковано: 25.02.2011
Автори: Бєляєв Вадим Олександрович, Горобець Вячеслав Володимирович
Формула / Реферат
Вітроколесо, що містить вал, маточину і лопаті з елементами кріплення їх до вала, яке відрізняється тим, що в ньому коренева сторона лопаті закріплена на маточині за допомогою шарнірів та тяг, причому вісь шарнірів перпендикулярна осі обертання маточини, а інший кінець тяги закріплений на повзуні, який може рухатись по маточині паралельно осі вала, кут відхилення лопатей синхронізований тягами, закріпленими на повзуні, між маточиною та повзуном тяги знаходиться пружина стискання.
Текст
Вітроколесо, що містить вал, маточину і лопаті з елементами кріплення їх до вала, яке відрізня 3 багатосторонньою лінійкою, з'єднаною з циліндричною з попереднім натягом пружиною із розміщеним в середині неї амортизатором, на маточні вітроколеса напроти зубчастої багатосторонньої лінійки встановлено блок автоматичної стабілізації швидкості обертання вітроколеса, а під вітроколесом на землі встановлено загороду для повітря. (Патент України №43638 А, опубл. 17.12.2001, бюл. №11). Така конструкція має вузький діапазон величин зміни кута поверхні крил і тому зниження величини порогової швидкості вітру є незначним, крім того, крила, які знаходяться в потоку повітря вібрують, а при малих кутах атаки може виникнути флатер. Вітроколесо не захищене від можливого руйнування, коли швидкість вітру досягає критичних значень. Відомо вітроколесо вітрогенератора (Патент України №52879 А опубл. 15.01.2003, бюл. №1). Вітроколесо вітрогенератора складається з головного валу, чотирьох, однакового перерізу обертових трубчастих валів з поділеними на секції лопатями, оснащеними ребрами жорсткості, обертові трубчасті вали жорстко з'єднані основою з головним валом вітроагрегату, а їх верхівки обперті за допомогою зв'язок до двох точок на кожному обертовому валу і, таким чином, утворюючи схему обпирання нерозрізної балки, секції лопатей шарнірно прикріплені до обертових валів через посередництво працюючих на скручування спіральних пружин, жорстко прикріплених своїми відігнутими кінцями до циліндричних кілець, а другі кінці пружин вставлені у ребра жорсткості на секціях лопатей і жорстко прикріплені до них, причому, жорсткість з'єднання усіх зазначених елементів забезпечена гвинтами. Основними недоліками даного аналогу є те, що площинна форма секцій лопатей не оптимізована, прийняте двохразове зменшення кута атаки (скрутка профілю) секцій лопатей від основи 20° до 10° у верхівці не відповідає оптимальній величині і при зазначеному співвідношенні гальмує рушійну силу вітроколеса, знижуючи ККД особливо при підвищенні швидкості вітру, штормова швидкість вітру може привести до руйнування лопатей, що знаходяться на обертових трубчастих валах постійного зовнішнього діаметра по всій своїй довжині. Найбільш близькою до заявленого з технічної суті є конструкція вітроколеса (Патент України №62398 А опубл. 15.12.2003, Бюл №12, 2003 p.), що містить вал, порожнисту маточину і висувні поворотні лопаті, що складаються із рухомої і нерухомої частин, яка виконана у вигляді втулок з внутрішнім буртом і утвореними в них гвинтовими пазами, в яких встановлені повзуни, закріплені в рухомих частинах лопатей, які шарнірно з'єднані важелями регульованої довжини з установленим в маточині поворотним елементом, вісь обертання якого співпадає з віссю вала вітроколеса. До недоліку найближчому аналогу слід віднести наступне: відома конструкція характеризується невисоким коефіцієнтом використання енергії вітру в цілому, зокрема, при сильних вітрах; 57378 4 конструкція вітроколеса не передбачає достатньої надійності лопатей при перевищенні допустимих вітрових навантажень; конструкція вітроколеса не передбачає достатньої захищеності від випадкових поривів вітру та локальної дії вітрових потоків; конструкція найближчого аналогу передбачає необхідність забезпечення високої жорсткості нерухомої частини лопатей та валу, що приводить до зростання аеродинамічного опору лопатів, що додатково погіршує характеристику вітроколеса; при експлуатації найближчого аналогу відбувається вібрація лопатей, а при малих кутах атаки є можливість виникнення флатера; при швидкості вітру більшої за певну величину не можливо повністю виключити граничне чи штормове навантаження на лопаті, навіть при поверненні лопатей в „флюгерне" положення. В основу корисної моделі поставлена задача розробити конструкцію вітроколеса, яка б забезпечила високе значення коефіцієнта використання енергії вітру шляхом оптимізації кута встановлення лопатей, підвищення чутливості до вітрового потоку, захисту від випадкових поривів вітру та руйнування при граничних навантаженнях на лопаті, здатності виконувати корисну роботу при зменшенні площі поверхні лопатей, яка взаємодіє з вітровим потоком, до мінімальної, підвищення надійності роботи та експлуатаційних якостей в цілому. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому вітроколесі, що складається з валу, маточини та лопатей з елементами кріплення їх до валу згідно з корисною моделлю коренева сторона лопаті шарнірнозакріплена на маточині за допомогою шарнірів та тяг, причому вісь шарнірів перпендикулярна осі обертання маточини, а інший кінець тяги закріплений на повзуні, який може рухатись по маточині паралельно осі валу, між маточиною та повзуном тяги знаходиться пружина стискання. Кут відхилення лопатей синхронізований тягами закріплених на повзуні. Наявність пружини стискання дає змогу переводити лопаті в горизонтальне положення при перевищенні допустимого вітрового навантаження, що дає змогу запобігти поломці елементів конструкції вітроколеса. Застосування пружини стискання, крім того, дозволяє плавно зменшувати парусність лопатей по мірі зростання вітрового навантаження над розрахункову (критичну). Таким чином, застосовані суттєві конструктивні удосконалення вітроколеса і його окремих деталей забезпечують поліпшення надійності роботи лопатей при перевищенні допустимих вітрових навантажень, захищають від випадкових поривів вітру та локальної дії вітрових потоків, зменшують вібрацію та забезпечують автоматичне складання лопатей при збільшенні вітрового потоку. Для більш докладного роз'яснення суті пристрою, який заявляється, нижче представлено креслення і докладний опис цього пристрою. На Фіг.1 зображено вітроколесо в перерізі в площині паралельній осі колеса в робочому стані, на Фіг.2 зображено вітроколесо в перерізі в площині паралельній осі колеса в статичному стані. 5 Вітроколесо містить в собі лопаті 1, тягу 2, повзун 3, вал 4, маточину 5, шарнірне з'єднання 6, пружину 7. Вітроколесо з валом, з маточиною 5 та з елементами кріплення лопатів до валу складається з трацепевидних лопатей 1 з асиметричним профілем, кожна з яких кореневою стороною закріплена на маточині 5 за допомогою шарнірного з'єднання 6 та тяг 2, причому вісь шарнірів перпендикулярна осі обертання маточини 4, а інший кінець тяги 2 закріплений на повзуні 3, який може рухатись по маточині 5 паралельно осі валу 4. Між маточиною 5 та повзуном 3 тяги 2 знаходиться пружина стискання 7. Наявність пружини стискання 7 дає змогу переводити лопаті 1 в горизонтальне положення при перевищенні допустимого вітрового навантаження, що дає змогу запобігти поломці елементів конструкції вітроколеса. Вітроколесо працює таким чином. В робочому стані вертикальне положення лопатей підтримуються пружиною, яка максимально розтягнута (Фіг.1). При збільшенні швидкості вітрового потоку відповідно збільшується вітрове навантаження на кожну лопать, що передається через шарнірне з'єднання, тяги, повзуни до пружини, яка відповідає за регулювання положення лопатей. При перевищенні розрахункової-допустимої величини вітрового навантаження (тобто навантаження, яке може привести до пошкодження лопатей або до порушення роботи вітроколеса в цілому) повзун 57378 6 зміщується вправо, пружина починає стискатися і площина лопатей починає відхилятися від вертикального положення, що приводить до зменшення площі лопатей, яка взаємодіє з вітровим потоком. Відхилення лопатей відбувається синхронно. Після зменшення навантаження пружина розжимається, що спричинює автоматичний синхронний перехід лопатей в вертикальне положення. При збільшенні вітру до штормового, щоб запобігти можливе руйнування вітроколеса, повзун зміщується до кінця, пружина максимально стискається і синхронно переводить лопаті в горизонтальне положення та повністю виключає їх з робочого стану (Фіг.2). Знову після зменшення навантаження пружина розжимається, що спричинює автоматичний синхронний перехід лопатей в вертикальне положення. Тобто, дана конструкція вітроколеса, призначена для захисту вітряків від випадкових поривів вітру та руйнування при граничних штормових навантаженнях на лопаті та її використання підвищує надійність роботи, експлуатаційні якості в цілому. Конструкція даного вітроколеса не дає технічні обмеження на встановлення будь-якої кількості лопатей, їх розміри, конфігурацію та т.д. Застосовуючи пружини різної жорсткості та потужності, можна виготовляти вітроколеса, призначені для відповідних вітрових зон території України. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 57378 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюWind wheel
Автори англійськоюHorobets Viacheslav Volodymyrovych, Beliaiev Vadym Oleksandrovych
Назва патенту російськоюВетроколесо
Автори російськоюГоробец Вячеслав Владимирович, Беляев Вадим Александрович
МПК / Мітки
Мітки: вітроколесо
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-57378-vitrokoleso.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Вітроколесо</a>
Попередній патент: Формувач імпульсів з перенастроювальною тривалістю і періодом проходження
Наступний патент: Водогрійний котел
Випадковий патент: Системи і способи для формування променя і регулювання швидкості у системах зв'язку з множиною входів і множиною виходів