Мала вітроенергетична установка

1. Вітроустановка, що містить вітродвигун з горизонтальною віссю вала, двохелементний концентратор зі зовнішнім елементом у вигляді кільця та внутрішнім - у вигляді об'ємного предмета обтічної форми з симетричною відносно осі вала вітродвигуна поверхнею, щоглу, флюгерні пластини, пристрій для виконання корисної роботи, розташований всередині внутрішнього елемента концентратора, яка відрізняється тим, що додатково містить ще декілька пристроїв виконання корисної роботи, які разом з вже існуючим чи існуючими розташовуються послідовно один за одним вздовж осі вітродвигуна і між собою в статичному стані є роз'єднаними, а також механізми, розміщені між сусідніми пристроями корисної роботи на їх валах по одному, з можливістю автоматичного підключення даних пристроїв до робочого процесу по черзі при збільшенні кутової швидкості вітродвигуна та відключення пристроїв від роботи по черзі в зворотному порядку при зменшенні величини сили вітру і забезпечення таким чином разом з пристроями корисної роботи перемінної оптимальної величини корисного навантаження на вітродвигун, яка залежить від величини сили вітру, шляхом практичного створення умов, коли при сильнішому вітрі буде більша кількість пристроїв корисної роботи приєднана до вітродвигуна і функціонувати разом з ним, і, відповідно, чим слабший вітер, тим буде менша кількість працюючих пристроїв. 2. Вітроустановка за п. 1, яка відрізняється тим, що механізм приєднання пристрою корисної роботи до робочого процесу і від'єднання його від нього містить розташований на валу кожного попереднього пристрою корисної роботи зі сторони наступного стрижень, прикріплений в точці своєї середини до вала, з можливістю разом з ним здійснювати обертовий рух і повороти навколо 2 (19) 1 3 Корисна модель належить до вітрових енергетичних установок і може бути застосована в вітроенергетиці для одержання електричного струму і при водопостачанні. Як відомо, сила вітру - величина перемінна, а корисне для вітрової установки навантаження у вигляді електрогенератора чи насоса має сталу величину. Це обумовлює те, що вітроустановка здатна ефективно працювати в вузькому діапазоні значень сили вітру. Так, вітроенергетична техніка з великим корисним навантаженням може успішно застосовуватися лише в місцях дії переважно сильного вітру. В ширшому діапазоні значень сили вітру, яким може бути не лише сильний, але й слабий вітер, здатні працювати, так звані, малі вітроенергетичні установки. Але вони мають суттєвий недолік - є малопотужні, оскільки використовують мале корисне навантаження та вітродвигун, при якому тільки і спроможні ефективно функціонувати. Найбільш близькою за сукупністю ознак до корисної моделі, що заявляється, є мала вітроенергетична установка за патентом України на корисну модель UA 48684 U 2010 року. Вона, в порівнянні з аналогами, здатна ефективно працювати в ширшому діапазоні значень сили вітру і мати більшу потужність. Це досягається за рахунок використання спеціальних конструкцій концентратора та лопатей вітродвигуна. Стала величина корисного навантаження на вітродвигун у прототипі стає причиною того, що максимальний ступінь ефективності установки досягається лише при одному конкретному значенні сили вітру, а при всіх інших її значеннях вона є нижчою і може бути мізерною навіть коли потужність повітряного потоку достатньо велика. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення малої вітроенергетичної установки шляхом розширення її робочого діапазону значень сили вітру і забезпечення максимального ступеня ефективності установки при вітрі різної сили. Для вирішення поставленої задачі в вітроустановці, що містить щоглу, вітродвигун з горизонтальним валом, двохелементний концентратор зі зовнішнім елементом у вигляді кільця і внутрішнім - у вигляді об'ємного предмета обтічної форми з поверхнею, симетричною відносно осі вала, флюгерні пластини, відповідно до корисної моделі вітроустановка додатково містить ще декілька пристроїв виконання корисної роботи, які разом з вже існуючим пристроєм розміщуються вздовж осі вала вітродвигуна і в статичному стані є між собою роз'єднаними, а також механізми з можливістю дані пристрої по черзі автоматично приєднувати до робочого процесу, якщо кутова швидкість ротора вітродвигуна зростає, та від'єднувати їх від роботи в зворотному порядку в випадку зменшення цієї кутової швидкості, які розміщуються по одному між сусідніми пристроями корисної роботи на їх валах. Одна частина кожного такого механізму розташовується на валу попереднього пристрою зі сторони наступного, а друга - на валу наступного пристрою зі сторони попереднього. Перша частина механізму містить металевий стержень, з можливістю займати перпендикулярне до осі вала поло 60269 4 ження лише під дією відцентрової сили, який проходить крізь вал пристрою через спеціальний в ньому отвір і кріпиться до вала, пружин з можливістю протидіяти даному стрижневі займати йому перпендикулярне до осі вала положення, які кріпляться до стрижня і вала пристрою, другий стрижень з можливістю займати перпендикулярне до осі вала положення при обертанні останнього та нахилятися в обидві сторони від перпендикуляра лише в площині нахилу першого стрижня та під його дією, який кріпиться за допомогою шарніра до вала пристрою поряд з першим стрижнем зі сторони наступного пристрою, шнур або тросик, що приєднується до кінців обох стрижнів і здатний передавати дію від першого стрижня, коли він притягується пружинами до вала, до другого. Друга частина механізму, що знаходиться на валу наступного пристрою зі сторони попереднього, являє собою деталь, яка знаходиться на лінії траєкторії переміщення в просторі вільного кінця другого стрижня в процесі його обертання навколо осі вала попереднього пристрою, коли перший стрижень займає перпендикулярне до осі вала положення і від цього нахиляє другий стрижень в бік наступного пристрою, в результаті чого відбувається з'єднання даної деталі з другим стрижнем і приведення в дію наступного пристрою корисної роботи. Механізм приєднання і від'єднання пристрою відрегульовано за допомогою пружин таким чином, що кожний наступний з них здатний підключати до робочого процесу наступний пристрій корисної роботи при більшій кутовій швидкості вітродвигуна в порівнянні з попереднім механізмом. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На фіг.1 зображено запропоновану вітрову установку у розрізі по А - А вертикальною площиною вздовж осі вала вітродвигуна. На фіг. 2 зображено механізм з'єднання і роз'єднання пристроїв корисної роботи у розрізі по В-В вздовж спільної осі їх валів. Вітрова установка складається з вітродвигуна у вигляді горизонтального вала - 1 з лопатями - 2, зовнішнього - 3 та внутрішнього - 4 елементів концентратора, що з'єднані між собою перегородками - 5, паралельними осі вала - 1, щогли - 6, флюгерних пластин - 7, розташованих на зовнішньому елементі концентратора, пристроїв - 8 для виконання корисної роботи, розташованих всередині внутрішнього елемента концентратора, вали - 9, які розташовані послідовно один за одним по осі вала вітродвигуна або її паралельної, механізми 10 автоматичного приєднання і від'єднання пристроїв корисної роботи, які знаходяться між цими пристроями і кожна з яких містить стрижні - 11 та 12, що кріпляться на валу - 9 зі сторони наступного пристрою корисної роботи, пружин - 13, приєднаних до стрижня - 11 і вала - 9, шнур або тросик 14, що з'єднує кінці стрижнів - 11 та - 12, патрубок 15, розміщений на валу пристрою корисної роботи і утримує вал сусіднього з ним пристрою, деталь 16, розташована на валу - 9 зі сторони кожного попереднього пристрою корисної роботи. Стрижень - 11 проходить крізь вал - 9 через виконаний в ньому отвір, де стрижень кріпиться в точці своєї 5 середини до вала, утворюючи важіль з рівними плечами. Кінці стрижня - 11 загнуті в протилежні сторони в площині осі вала, причому один з них в бік стрижня - 12, який з'єднаний з валом - 9 за допомогою шарніра поруч з отвором. Як один з варіантів кінці стрижня - 11 можуть не бути загнутими. Зате вільний кінець стрижня - 12 буде мати Тподібну форму або будь-яке потовщення. Можливий також і варіант загнутих кінців стрижня - 11 і Тподібної форми чи потовщеного кінця стрижня 12. Поява вітру або його посилення спричиняють прискорене обертання ротора вітродвигуна. Якщо на початку вітер був слабим і він був здатний забезпечити таку кутову швидкість ротора, при якій навіть в першому механізмі приєднання і роз'єднання пристроїв корисної роботи стрижень - 11 під дією відцентрової сили не спроможний зайняти перпендикулярне до осі вала положення, то в такому випадку буде працювати лише пристрій корисної роботи, який безпосередньо приєднаний до вітродвигуна. Якщо вітер стає сильнішим, від чого кутова швидкість ротора збільшиться до величини, при якій даний стрижень під дією відцентрової сили стане обертатися в площині, перпендикулярній осі вала, змістивши з цього положення стрижень 12 і нахиливши його в бік другого пристрою корисної роботи, то, в результаті, стрижень - 12 зачепиться за нерухому деталь - 16, що приведе другий пристрій в дію. Таким чином на вітродвигун збільшиться корисне навантаження, яке буде відповідати вже сильнішому вітру і буде для нього більш оптимальним, ніж попереднє з працюючим одним пристроєм. Раптове збільшення корисного навантаження призведе до різкої втрати величини кутової швидкості ротора вітродвигуна. Через це зменшиться відцентрова сила, що діє на стрижень - 11, і він нахилиться під дією пружин -13 в їх бік. При цьому стрижень - 12 залишиться бути з'єднаним з детал 60269 6 лю - 16 і два пристрої корисної роботи продовжать працювати, якщо при цьому діюча на вітродвигун сила не зменшиться. В такому випадку, здійснений нахил стрижня - 11 не буде критичним, бо підібрана дослідним шляхом довжина шнура 14 не дозволить даному стрижневі потягти за собою стрижень 12. Кутова швидкість вітродвигуна, а з ним і відцентрова сила, що діє на стрижень 11, знову почнуть зростати згідно з законами динаміки. Подальше збільшення кутової швидкості ротора вітродвигуна призведе до аналогічного автоматичного приєднання наступних пристроїв корисної роботи до робочого процесу. Воно буде тривати до тих пір, поки не встановиться рівновага між силою вітру і величиною корисного навантаження на вітродвигун. Послаблення вітру призведе до зменшення кутової швидкості вітродвигуна, а отже, і до автоматичного відключення пристроїв корисної роботи послідовно в зворотному порядку. В механізмі підключення і відключення, який був задіяний в роботі останнім, стрижень - 11, внаслідок зменшення відцентрової сили, що діє на нього, відхилиться від перпендикулярного до осі вала положення в бік пружин далі, ніж це відбувалося при раптовому зменшенні кутової швидкості вітродвигуна при умові, що сила вітру не послаблювалась, тобто, далі критичного відхилення. В результаті, стрижень - 11 за допомогою шнура - 14 потягне за собою стрижень - 12 і від'єднає його від деталі - 16. Пристрій корисної роботи, який був підключений останнім, внаслідок цього стане відключеним від вітродвигуна. Аналогічне роз'єднання буде виникати по черзі і для інших пристроїв. Таким чином буде відбуватися забезпечення відповідності зменшеної кількості працюючих пристроїв, тобто меншої величини корисного навантаження на вітродвигун, вже новому значенню послабленої сили вітру. 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 60269 8 Підписне Тираж 24 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