Вітроустановка із обертовим ротором

Реферат: Вітроустановка із обертовими роторами містить розміщений на осі із можливістю обертання навколо неї ротор із встановленими на ньому симетрично відносно осі і розвернутими на 180 один відносно одного повітровловлювачами опуклої форми з кривизною поверхні, які виконані по гвинтовій лінії у вигляді замкнутої труби із перемінним і невпинно зменшуваним від повітрозабірної до повітровідвідної частини діаметром поперечного перерізу. Вітроустановка містить встановлений під повітровідвідними отворами повітровловлювачів із можливістю обертання додатковий багатолопатевий ротор, лопаті якого поверхнею, що сприймає тиск повітря, повернуті до цих повітровідвідних отворів. UA 100974 U (54) ВІТРОУСТАНОВКА ІЗ ОБЕРТОВИМ РОТОРОМ UA 100974 U UA 100974 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вітроустановка із обертовими роторами належить до галузі альтернативної енергетики. Дана вітроустановка належить до когорти тихохідних вертикально-осьових і може використовуватись для забезпечення дешевою екологічно чистою енергією автономних споживачів, у тому числі і в регіонах із слабким вітровим потенціалом, наприклад, степових. Відома вертикально-осьова вітроустановка, названа ротором Савоніуса [патент ФРН 3519700, F03D 3/00, пул. 1986 р.]. Дана вітроустановка містить вертикальну вісь, на якій із можливістю обертання навколо неї встановлено ротор. Зверху та знизу ротор обмежений горизонтальними дисками, між якими розташовані розвернуті на 180° одна відносно одної дві поверхні циліндричної форми та певного радіусу їх кривизни. Диски разом із циліндричними поверхнями формують два розвернуті на 180° один відносно одного повітровловлювачі. При набіганні повітряного потоку на увігнутий до нього повітровловлювач на його поверхні створюється надлишковий тиск, який перевищує тиск повітря всередині повернутого до потоку повітря опуклого повітровловлювача. Завдяки різниці тисків на поверхнях повітровловлювачів ротор набуває обертового руху в напрямі від опуклої до увігнутої циліндричної поверхні. Через механічну передачу та розташований всередині пустотілої осі вал обертовий рух ротора передається на генератор, на його обмотках індукується електричний струм, який у подальшому накопичується в акумуляторі. Забезпечуваний обертовим ротором крутний момент та частота обертання ротора пропорційні при цьому швидкості повітряного потоку та площі циліндричної увігнутої поверхні повітровловлювачів. Однак, у процесі обертання ротора за неробочою опуклою до повітряного потоку поверхнею його повітровловлювача формуються турбулентні повітряні струмені. Ці турбулентні струмені нарощують тиск повітря на неробочій на даний момент поверхні повітровловлювача, який протистоїть тиску повітря на робочу поверхню повітровловлювача. Наслідком протистояння тисків на робочій та неробочій поверхнях повітровловлювачів є пригальмовування обертання ротора, зменшення швидкості його обертання та забезпечуваного крутного моменту. У результаті понижується коефіцієнт корисної дії даної вітроустановки, що є певним її недоліком. Найбільш близькою до даної корисної моделі є вертикально-осьова вітроустановка, що містить розміщений на осі із можливістю обертання навколо неї ротор із встановленими на ньому симетрично відносно осі і розвернутими на 180° один відносно одного повітровловлювачами опуклої форми та певного радіусу кривизни їх поверхні [патент № 91665, публ. 10.07.2014 р. Бюл. № 13]. Повітровловлювачі виконані по гвинтовій лінії у вигляді замкнутої труби із перемінним і невпинно зменшуваним від забірної до відвідної частини діаметром поперечного перерізу. При цьому кожен із по вітровловлювачів містить розвернуті одна відносно одної на 180 повітрозабірну та повітровідвідну частини. Проникаючи у повітрозабірну частину повернутого до повітряного потоку повітровловлювача струмені повітря, нарощуючи свою швидкість, переміщаються вздовж гвинтової поверхні повітровловлювача і виходять з нього в атмосферу через повітровідвідний отвір. Повітряні струмені, почергово проходячи через розвернуті до повітряного потоку повітровловлювачі, створюють тиск на їх повітрозабірну та внутрішню поверхні, під дією якого ротор із повітровловлювачами набуває обертового руху навколо своєї осі. При цьому додаткового пришвидшення ротору надають ще і реактивні струмені повітря, що виходять в атмосферу через повітровідвідні отвори повітровловлювачів. Через механічну передачу та розташований всередині пустотілої осі вал обертовий рух ротора передається на якір генератора. На його обмотках індукується електричний струм, який у подальшому накопичується в акумуляторі. Забезпечувані обертовим ротором крутний момент та частота обертання пропорційні при цьому швидкості повітряного потоку, його тиску на внутрішню поверхню повітровловлювачів та тиску реактивних струменів, що утворюються при виході повітря через повітровідвідні отвори в атмосферу. Певним обмеженням у використанні даних вітроустановок є те, що не використовується повною мірою енергія реактивних струменів потоків повітря, що, пройшовши через повітровловлювачі, виходить в атмосферу. В основу корисної моделі поставлено задачу створення вітроустановки із підвищеними енерговіддачею та коефіцієнтом корисної дії завдяки використанню енергії реактивних струменів потоків повітря, що, пройшовши через повітровловлювачі, виходить в атмосферу. Поставлена задача вирішується тим, що у вітроустановці із обертовими роторами, що містить розміщений на осі із можливістю обертання навколо неї ротор із встановленими на ньому симетрично відносно осі і розвернутими на 180° один відносно одного повітровловлювачами опуклої форми та певного радіусу кривизни їх поверхні, що виконані по гвинтовій лінії у вигляді замкнутої труби із перемінним і невпинно зменшуваним від повітрозабірної до повітровідвідної частини діаметром поперечного перерізу, згідно з корисною 1 UA 100974 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 моделлю, вітроустановка містить встановлений під повітровідвідними отворами повітровловлювачів із можливістю обертання додатковий багато-лопатевий ротор, лопаті якого поверхнею, що сприймає тиск повітря, повернуті до цих повітровідвідних отворів. Використання у запропонованій конструкції вітроустановки розташованого під основним ротором із повітровловлювачами додаткового багатолопатевого ротора, зорієнтованого на використання енергії реактивного струменя повітря, що, пройшовши через повітровловлювачі, виходить в атмосферу, збільшить коефіцієнт корисної дії та енерговіддачу вітроустановок даного типу. На кресленні відображена конструктивна схема запропонованої вітроустановки із елементами кінематичної схеми передачі обертового руху. Вітроустановка із обертовими роторами опуклої форми з кривизною поверхні, які виконані по гвинтовій лінії у запропонованій конструкції, містить вертикально встановлену на нерухомій основі 9 пустотілу вісь 4, у якій на опорах кочення 3 розміщено вал 5. До верхньої частини вала 5 за допомогою хомутів 2 прикріплено два розвернуті на 180° один відносно одного повітровловлювачі 1, а до нижньої зубчасте колесо конічної зубчастої передачі 6. Встановлений на підшипниках 8 вихідний вал 7 зубчатої передачі 6 через муфту 10 з'єднано із якорем генератора 11. Індукований на обмотках генератора 11 електричний струм накопичується в акумуляторі (на кресленні не відображений). Вал 5 та повітровловлювачі 1 формують основний обертовий ротор. Під основним роторам на опорах кочення 3 на пустотілому валу 12, який охоплює вал 5, розміщено корпус 13 додаткового багатолопатевого ротора. Його лопаті 14 розташовано під повітровловлювачами 1 основного ротора і поверхнями, що сприймають тиск повітря, повернуті до їх повітровідвідних отворів. На нижньому кінці пустотілого вала 12 закріплено зубчасте колесо 15 конічної передачі 16, вихідний вал 17 якої встановлено на нерухомій основі 9 на підшипниках кочення 3. Через муфту 10 вихідний вал 17 з'єднано із якорем генератора 11. Для стабілізації частоти обертання роторів на вихідних валах 7 та 17 облаштовано маховики 18, а для зупинки роторів чи пригальмовування - гальмівні механізми 19. При потребі накопичення електроенергії в акумуляторі за наявності в місці облаштування вітроустановки повітряного потоку із швидкістю понад 3,0-3,5 м/с розблоковують гальмівні механізми 13 та з'єднають генератори 11 із акумулятором. Набігаючи на повітрозабірну частину повітровловлювачів 1, повітря створює тиск на їх поверхні, проходить по центральних частинах труб повітровловлювачів та, пришвидшившись завдяки змінам діаметрів труб, реактивним струменем виривається в атмосферу. Тиск повітря на поверхні повітрозабірних частин повітровловлювачів 1 та тиск реактивних струменів повітря, що виходить в атмосферу із повітровідвідних частин, є однонаправленими. Підсумовуючись ці тиски перевищують тиск повітря, що обдуває тильну сторону сусіднього повітровловлювача, сили інерції маховика та передавальних механізмів, сили тертя в опорах кочення і провертає ротор на 180° відносно нерухомої осі 4. До повітряного потоку розвертається повітрозабірна частина другого повітровловлювача, на яку діють сили тисків, аналогічні попередньому випадку. Почергове сприйняття по вітровловлювачами 1 тисків з боку повітряного потоку трансформується у однонаправлений обертовий рух ротора, який через вали 5 та 7, зубчату передачу 6 та муфту 10 передається якореві генератора 11. На обмотках генератора 11 індукується електричний струм, який і накопичується в акумуляторі. Під час обертання основного ротора реактивні струмені повітря, що виходить в атмосферу із повітровідвідних частин повітровловлювачів 1, спрямовуються на лопаті 14 додаткового ротора. Під дією цих реактивних струменів повітря повернуті до повітровідвідних отворів поверхні лопатей 14 сприймають почергово тиск, під дією якого додатковий ротор набуває обертового руху в напрямку, протилежному напрямку обертання основного ротора. Як і у попередньому випадку, обертання лопатевого ротора через пустотілий вал 12 та конічну зубчасту передачу 16 передається на якір генератора 11, обмотки якого генерують електричний струм, що у подальшому накопичується акумуляторі. Таким чином у запропонованій вітроустановці забезпечується одночасне накопичення електроенергії від двох обертових роторів, що на (25-30) % підвищує її коефіцієнт корисної дії та енерговіддачу. Крім цього наявність двох облаштованих на одній осі роторів, що обертаються у протилежних напрямах, понижує спрямований на розгойдування та руйнування конструкції опори момент інерції обертового руху, відомий під назвою "момент Жуковського". Це підвищує надійність та довговічність вітроустановок даного типу. 2 UA 100974 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Вітроустановка із обертовими роторами, що містить розміщений на осі із можливістю обертання навколо неї ротор із встановленими на ньому симетрично відносно осі і розвернутими на 180 один відносно одного повітровловлювачами опуклої форми з кривизною поверхні, які виконані по гвинтовій лінії у вигляді замкнутої труби із перемінним і невпинно зменшуваним від повітрозабірної до повітровідвідної частини діаметром поперечного перерізу, яка відрізняється тим, що містить встановлений під повітровідвідними отворами повітровловлювачів із можливістю обертання додатковий багатолопатевий ротор, лопаті якого поверхнею, що сприймає тиск повітря, повернуті до цих повітровідвідних отворів. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 3