Вітроустановка

Реферат: Вітроустановка складається з поворотної гондоли, ротора, опори та системи орієнтації за напрямком вітру, яка виконана у вигляді ротора Савоніуса, що встановлений на хвостовій балці з можливістю обертання у вертикальній площині. UA 99965 C2 (12) UA 99965 C2 UA 99965 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід, що пропонується, належить до вітроенергетики, і може бути використаний у вітроустановках, що мають можливість відслідковувати напрямок вітрового потоку завдяки системі орієнтації. Відомі вітроустановки, що складаються з ротора з лопатями, гондоли, опорноповертального пристрою, в яких орієнтація ротора за напрямком вітру здійснюється віндрозним механізмом, наприклад АВЭУ-6 (див. Шефтер Я.И., Использование энергии ветра. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - с. 102). Віндрозний механізм потребує використання черв'ячного редуктора та додаткового ротора, що значно ускладнює конструкцію системи орієнтації та збільшує її собівартість. Крім того в таких системах наявні зони, в яких додатковий ротор не обертається, що призводить до втрат виробітку електроенергії. Із відомих пристроїв найбільш близьким за технічною суттю є, вибрана як прототип, вітроустановка ВЭ-2, що обладнана ротором з лопатями, який закріплений на головному валу. Головний вал з підшипниковими вузлами жорстко закріплюється на рамі гондоли, що може обертатись навколо опори завдяки опорно-повертальному пристрою. Установка обладнана також системою стеження за напрямком вітру, що являє собою жорстко приєднану до рами хвостову балку, на кінці якої жорстко закріплена флюгерна площина (див. Шефтер Я.И., Рождественский И.В., Печковский Г.А., Монтаж, эксплуатация и ремонт ветроустановок. - М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литератури, 1960. - с. 6). Однак, така вітроустановка має недолік, що притаманний всім вітроустановкам з подібною системою орієнтації у вигляді хвоста. Цей недолік полягає в тому, що, згідно з прийнятими конструкційними рішеннями у вітроенергетиці, довжина хвостової балки від осі повороту гондоли до зовнішнього кінця хвоста не повинна бути менше діаметра ротора (вітроколеса). Саме з цієї причини системи орієнтації за допомогою хвостової площини мають обмеження за потужністю і їх доцільно використовувати у вітроустановках потужністю до 10 кВт, в іншому випадку отримаємо дуже складну конструкцію з довжиною хвоста понад 10 м (див. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. - М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литератури, 1957. - С. 173). Крім того, при незначних відхиленнях напрямку вітру, сила, що спричиняє поворот гондоли за напрямком вітру може виявитись недостатньою для повороту гондоли, що призводить до втрат виробітку електроенергії. Цей факт обумовлений тим, що при таких умовах вітровий потік діє не на всю площину хвоста, а лише на проекцію площини на миттєвий напрямок вітрового потоку. Таке технічне рішення не сприяє збільшенню виробітку електроенергії і потребує конструктивного збільшення довжини хвостової балки, що погіршує масогабаритні показники вітроустановок. В основу корисної моделі вітроустановки поставлена задача здійснення ефективної орієнтації установки за напрямком вітру при зменшеній довжині хвостової балки за рахунок збільшення обертального моменту відносно осі обертання гондоли. Поставлена задача вирішується тим, що у вітроустановці, яка складається з поворотної гондоли з ротором та системи орієнтації за напрямком вітрового потоку, відповідно до винаходу, система орієнтації включає в себе ротор Савоніуса, який встановлений на хвостовій балці з можливістю обертання у вертикальній площині. При цьому вал ротора Савоніуса жорстко з'єднаний з валом електрогенератора. Запропонована конструкція, на відміну від прототипу, має значно менший виліт хвостової балки, тому що лобова сила діє на міделевий переріз ротора Савоніуса, а не на проекцію флюгерної площини. Крім того сам ротор Савоніуса в змозі виробляти додаткову енергію. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням: фіг. 1, на якій зображений загальний вигляд запропонованої системи орієнтації, фіг. 2 - вид зверху. Вітроустановка (див. фіг. 1) складається з гондоли 1, що за допомогою опорноповертального пристрою 2 встановлюється на опорі 3. В гондолі розміщений головний вал (на фіг. 1 не показано), який з'єднаний з силовою трансмісією. На вільному кінці головного вала жорстко закріплений ротор з лопатями 4. Головний вал з допомогою підшипникових вузлів кріпиться на рамі, до якої жорстко приєднується хвостова балка 5. Хвостова балка 5, що є несучою конструкцією системи орієнтації, закінчується двоплечим кронштейном, в кожному з плечей якого закріплені за допомогою підшипникових вузлів осі ротора Савоніуса 6. Одна з цих осей жорстко з'єднана з валом додаткового електрогенератора 7. Працює вітроустановка наступним чином. При наявності достатньої швидкості вітру ротор 4 починає обертатись і через головний вал передає обертальний рух на силову трансмісію. Одночасно з цим починає обертатись і ротор Савоніуса 6. При зміні напрямку вітру лобова сила, що діє на ротор Савоніуса, буде весь час 1 UA 99965 C2 5 створювати обертальний момент навколо осі обертання гондоли 1, тому що площа обмаху ротора Савоніуса, на який діє лобова сила, являє собою прямокутник при будь-яких напрямках вітру і найменша зміна напрямку вітру буде створювати обертальний момент навколо осі обертання гондоли 1. При своєму обертанні ротор Савоніуса 6 буде обертати ротор електрогенератора 7, який додатково буде генерувати електроенергію та направляти її до системи перетворення та споживання. Таким чином, використання як флюгерної площини ротора Савоніуса, що обертається, дозволить зменшити виліт хвостової балки і додатково отримувати енергію від електрогенератора, вал якого жорстко з'єднаний з ротором Савоніуса. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 1. Вітроустановка, що складається з поворотної гондоли, ротора, опори та системи орієнтації за напрямком вітру, яка відрізняється тим, що система орієнтації виконана у вигляді ротора Савоніуса, який встановлений на хвостовій балці з можливістю обертання у вертикальній площині. 2. Вітроустановка за п. 1, яка відрізняється тим, що вал ротора Савоніуса жорстко з'єднаний з валом електрогенератора. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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