Пристрій розширення діапазону швидкості вітру для його використання у вітроенергетичних установках

Реферат: Пристрій розширення діапазону швидкості вітру для його використання у вітроенергетичних установках містить лопаті типу Дар'є. Три важелі кріплення розташовані на вертикальній осі обертання з кутовим інтервалом 120°. До кожного із трьох важелів кріплення на відповідних осях обертання установлені лопаті вітродвигуна типу Дар'є, задні кінцеві частини яких додатково з'єднані з важелями кріплення за допомогою пружин. UA 84824 U (12) UA 84824 U UA 84824 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до вітроенергетики і дозволяє розширити діапазон використання швидкості вітру. Відомий пристрій вітроенергетичної установки (ВЕУ) [1] типу Савоніуса, який здатний працювати при малопотужних вітрах. Недоліком цього пристрою є велика парусність лопатей, а це ускладнює його роботу при великих вітрах. Відомий пристрій ВЕУ [1] типу Дар'є, який здатний працювати при вітрах великої потужності і забезпечувати велику потужність на вихідному навантаженні. Недоліком цього пристрою є його нездатність працювати при малопотужних вітрах. Відома комбінована вітроенергетична установка підвищеної ефективності [2], яка містить на одній осі обертання сумісно два типи вітродвигунів Савоніуса та Дар'є і здатна працювати як при малих так і при вітрах підвищеної потужності. Недоліком цього пристрою є велике навантаження на підшипники загальної вертикальної осі обертання та складність обладнання. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити вітроенергетичну установку шляхом суттєвого спрощення її конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій розширення діапазону швидкості вітру для його використання у вітроенергетичних установках, який містить лопаті типу Дар'є згідно з корисною моделлю, три важелі кріплення розташовані на вертикальній осі обертання з кутовим інтервалом 120°, до кожного із трьох важелів кріплення на відповідних осях обертання установлені лопаті вітродвигуна типу Дар'є, задні кінцеві частини яких додатково з'єднані з важелями кріплення за допомогою пружин. На кресленні показана загальна структурна схема пристрою розширення діапазону швидкості вітру для його використання у вітроенергетичних установках. Пристрій, що пропонується, містить вертикальну вісь обертання 1, важелі кріплення 2, осі обертання лопатей 3, лопаті 4, пружини 5. Пристрій розширення діапазону швидкості вітру для його використання у вітроенергетичних установках працює наступним чином. При слабких вітрах пружини 5 максимально зжаті і лопаті 4 виконують роль лопатей F Савоніуса. При цьому результуюча сила рез трьох лопатей Савоніуса визначається відповідно до формули [1]: Fрез  3  ( х1  х 2 )  S  2   Vp 2 , (1) кг (  1/ 29 ) x1  0,665 ; x 2  0,17 ;  - густина повітря м3 ; де S - міделевий переріз, який визначається відповідно до формули [1] S  2  dnH , (2) 35 де dn - діаметр лопаті (4): H - висота лопаті (4). Швидкість Vp обертання лопатей Савоніуса 4 дорівнює [1] Vp  2 V0 3 , V0 40 де - швидкість незбуреного потоку вітру. При сильних вітрах з'являється аеродинамічна сила F , яка діє на лопаті 4 як на крило літака, оскільки лопаті вигнуті з зовнішнього боку. Ця сила F визначається відповідно до формули [1]: 1 2 2 F     S  ( V0  V2 ) 2 (3) (  1/ 29 де  густина повітря S - міделевий переріз; V0 кг м3 ) ; - швидкість незбуреного потоку вітру, 45 V2 - швидкість потоку вітру далеко за ротором. При цих умовах пружини 5 розтягуються і лопаті 4 вітродвигуна працюють подібно лопатям типу Дар'є. 1 UA 84824 U Робота, яка витрачається на деформацію пружини 5, накопичується у вигляді потенційної 5 10 15 20 25 30 енергії Wn , яка визначається відповідно до формули [3] 1 Wn   D  S 2 ) 2 , (4) де D - жорсткість пружини (5), S - довжина розтягнутої пружини (5). Сила FD , яка витрачається на деформацію пружини (5) визначається відповідно до формули [3]: FD  D  S , (5) Аналіз приведених формул (3) і (5) показує, що експериментальним шляхом жорсткість D пружини (5) повинна бути підібрана так, щоб завжди виконувалась умова: FD F (6). Звичайно умова (6) знижує коефіцієнт корисної дії пристрою але цей недолік компенсується простотою конструкції і, як наслідок, високою технічною надійністю пристрою, що пропонується, оскільки ККД в пристрої [2] ще більше занижений за рахунок підвищеної ваги та складності обладнання пристрою, а це обумовлює втрати енергії на тертя в підшипниках вісі обертання. Запропонована корисна модель може знайти широке застосування в системах використання енергії вітрів в широкому діапазоні їх швидкостей. Джерела інформації: 1. Сидоренко К.М., Соченко П.С. Відновлювальні джерела енергії. Розробки молоді - у життя. - К.: НАУ, 2011. - 230 с. 2. Комбінована вітроенергетична установка підвищеної ефективності. Патент України № 64838 від 25.11.2011 р. МПК F03D 3/02, F03D 5/00. 3. X. Кухлинг Справочник по физике. - М.: "Мир", 1982 г. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій розширення діапазону швидкості вітру для його використання у вітроенергетичних установках, який містить лопаті типу Дар'є, який відрізняється тим, що три важелі кріплення розташовані на вертикальній осі обертання з кутовим інтервалом 120°, до кожного із трьох важелів кріплення на відповідних осях обертання установлені лопаті вітродвигуна типу Дар'є, задні кінцеві частини яких додатково з'єднані з важелями кріплення за допомогою пружин. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 2