Вітроенергетична установка

Реферат: Вітроенергетична установка містить щоглу, яка виконана у вигляді відрізка труби, встановленої вертикально, її нижній кінець шарнірно опертий на фундамент, на ній шарнірно закріплена муфта, приєднана розтяжками до анкерів, закріплених у ґрунті. Вершина щогли з'єднана співвісно з веденим валом верхнього редуктора, його ведучий вал горизонтальний, а осі ведучого та веденого валів мимобіжні. На ведучому валу верхнього редуктора закріплена дворядна втулка вітроколеса велосипедного типу, яка з'єднана спицями з ободом, покритим обтікачем, що виконаний у вигляді бокової поверхні конуса, закріпленим до спиць та обода. На зовнішній поверхні обода закріплена низка лопатей, вільні кінці яких з'єднані зовнішнім ободом з одігнутими кромками у вигляді конфузора та дифузора. Нижня частина щогли з'єднана передачею із споживачем механічної енергії, закріпленим до фундаменту. UA 105932 C2 (12) UA 105932 C2 UA 105932 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вітроенергетична установка належить до засобів отримання енергії з відновлюваних джерел, зокрема механічної енергії з енергії вітрового потоку, і може використовуватися у вітроенергетиці, енергетиці, теплотехніці та інших галузях. Відома вітроенергетична установка, що містить башту, вітроколесо велосипедного типу, верхній редуктор, трансмісійний вал, руль, нижній редуктор [1]. Недоліком такої установки є складність конструкції, велика вартість та матеріалоємність, зменшена площа, що омітається, та низький коефіцієнт використання вітрового потоку. Найбільш близькою за технічною суттю є вітроенергетична установка, що містить щоглу, вітроколесо велосипедного типу, верхній редуктор, трансмісійний вал, руль, нижній редуктор, споживач механічної енергії [2]. Недоліком такої установки є те, що передача обертального моменту від верхнього редуктора до нижнього редуктора здійснюється спеціальним трансмісійним валом, а орієнтація осі вітроколеса паралельно напрямку вітрового потоку здійснюється рулем (хвостом), це ускладнює конструкцію, збільшує матеріалоємність та її вартість, вітровий потік частково проходить між лопатями, закріпленими до спиць вітроколеса, це зменшує площу, що омітається, та коефіцієнт використання вітрового потоку. Задача винаходу - спрощення конструкції, зменшення її вартості та матеріалоємності, збільшення площі, що омітається, та коефіцієнта використання вітрового потоку. Поставлена задача вирішується тим, що у вітроенергетичній установці, що містить щоглу, вітроколесо, верхній редуктор, споживач механічної енергії, згідно з винаходом, щогла виконана у вигляді відрізка труби, встановленої вертикально, її нижній кінець шарнірно опертий на фундамент, на ній шарнірно закріплена муфта, приєднана розтяжками до анкерів, закріплених у ґрунті, вершина щогли з'єднана співвісно з веденим валом верхнього редуктора, його ведучий вал горизонтальний, а осі ведучого та веденого валів мимобіжні, на ведучому валу верхнього редуктора закріплена дворядна втулка вітроколеса велосипедного типу, вона з'єднана спицями з ободом, покритим обтікачем, виконаним у вигляді бокової поверхні конуса, закріпленим до спиць та обода, на зовнішній поверхні обода закріплена низка лопатей, їх вільні кінці з'єднані зовнішнім ободом з одігнутими кромками у вигляді конфузора та дифузора, нижня частина щогли з'єднана передачею із споживачем механічної енергії, закріпленим до фундаменту. Суть винаходу показана на кресленнях: Фіг. 1. Вітроенергетична установка (вид з тильного боку). Фіг. 2. Вітроенергетична установка (переріз по осі вітроколеса). Фіг. 3. Схема рівноваги обертальних моментів діючих на щоглу. Вітроенергетична установка складається з щогли 1 (Фіг. 1), виконаної у вигляді відрізка труби, встановленої вертикально, її нижній кінець опирається на фундамент 2 шарнірно, а верхній з'єднаний співвісно з веденим валом 3 верхнього редуктора 4 (Фіг. 2), ведучий вал 5 редуктора 4 горизонтальний, а осі валів мимобіжні (Фіг. 3), на ведучому валу 5 редуктора 4 закріплена дворядна втулка 6 вітроколеса велосипедного типу, вона з'єднана спицями 7 з ободом 8, покритим обтікачем 9, виконаним у вигляді бокової поверхні конуса, закріпленим до спиць 7 та обода 8, на зовнішній поверхні обода 8 закріплена низка лопатей 10, їх вільні кінці з'єднані зовнішнім ободом 11 з одігнутими кромками у вигляді конфузора та дифузора, на щоглі 1 шарнірно закріплена муфта 12, з'єднана розтяжками 13 з анкерами 14, щогла 1 з'єднана передачею 15 зі споживачем механічної енергії 16, закріпленим до фундаменту. Вітроенергетична установка працює наступним чином: вітровий потік рухаючись паралельно осі обертання вітроколеса попадає на обтікач 9 та конфузорну частину зовнішнього ободу 11 і обтікає їх, при цьому збільшується швидкість його руху і у вигляді кільцевого потоку попадає на лопаті 10, вони ділять кільцевий потік на окремі струмені і взаємодіють з ними, струмені відхиляються на деякий кут, а на лопаті діють сили динамічного тиску, утворюючи обертальний момент вітроколеса відносно осі його обертання, він обертає ведучий вал 5 редуктора 4 і передає обертальний рух через редуктор 4, ведений вал 3, щоглу 1, передачу 15 споживачу механічної енергії 16, одночасно вітровий потік утворює осьову складову сили динамічного тиску на вітроколесо, яка відносно осі обертання щогли 1 утворює додатковий обертальний момент, приведені обертальні моменти діють в одному напрямку обертання щогли 1, при обертанні вітроколеса у всіх парах тертя вітроустановки діють сили тертя, які утворюють момент сил тертя відносно осі щогли 1, направлений протилежно напрямку обертання щогли, від передачі 15 на щоглу 1 діє реактивний момент, який направлений протилежно напрямку обертання щогли 1, при розрахунковій швидкості вітрового потоку сума моментів, діючих на щоглу, дорівнює нулю, вітроколесо обертається рівномірно, а вісь вітроколеса утримується паралельно напрямку руху вітрового потоку, рівняння рівноваги обертальних моментів діючих на щоглу 1 (Фіг. 3), має вид: 1 UA 105932 C2 . 5 10 15 20 25 Мвк + Рв 1 - Мт - Мреак. = О; де: Мвк - обертальний момент, який передається щоглі вітроколесом через верхній редуктор; Рв - осьова сила динамічного тиску вітрового потоку на вітроколесо; 1 - плече осьової сили відносно осі щогли; Мт - обертальний момент сил тертя. Мреак. - реактивний момент, що передається щоглі передачею. При збільшенні швидкості руху вітрового потоку над розрахунковою, осьова сила, діюча на вітроколесо, збільшується, тому вісь вітроколеса відхиляється від напрямку руху вітрового потоку, захищаючи вітроустановку від руйнування при небезпечній швидкості вітрового потоку, а кутова швидкість обертання вітроколеса і щогли при цьому зберігається. При зменшенні швидкості руху вітрового потоку над розрахунковою кутова швидкість обертання вітроколеса і щогли зменшується. Співвісне з'єднання веденого вала верхнього редуктора з вершиною щогли, шарнірне кріплення на щоглі муфти, з'єднаної розтяжками з анкерами, шарнірне кріплення нижнього кінця щогли з фундаментом дозволяє використовувати щоглу як трансмісійний вал, це виключає використання спеціального трансмісійного вала та рульового пристрою, що спрощує конструкцію, зменшує матеріалоємність та вартість, використання обтікача, виконаного у вигляді бокової поверхні конуса та кріплення його до спиць та ободу, виконання зовнішнього ободу з одігнутими кромками у вигляді конфузора та дифузора формує кільцевий повітряний потік зі збільшеною швидкістю на лопаті, віддалені від осі обертання, що збільшує площу, що омітається, та коефіцієнт використання вітрового потоку. Джерело інформації: 1. В.П. Глущенко. Применение ветродвигателей в сельском хозяйстве. МАШГИЗ. Киев, Москва, 1959, стр. 97 (стр.15). 2. В.П. Глущенко. Применение ветродвигателей в сельском хозяйстве. МАШГИЗ. Киев, Москва. 1959, стр. 97 (стр. 7). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 Вітроенергетична установка, що містить щоглу, вітроколесо, верхній редуктор, споживач механічної енергії, яка відрізняється тим, що щогла виконана у вигляді відрізка труби, встановленої вертикально, її нижній кінець шарнірно опертий на фундамент, на ній шарнірно закріплена муфта, приєднана розтяжками до анкерів, закріплених у ґрунті, вершина щогли з'єднана співвісно з веденим валом верхнього редуктора, його ведучий вал горизонтальний, а осі ведучого та веденого валів мимобіжні, на ведучому валу верхнього редуктора закріплена дворядна втулка вітроколеса велосипедного типу, вона з'єднана спицями з ободом, покритим обтікачем, виконаним у вигляді бокової поверхні конуса, закріпленим до спиць та обода, на зовнішній поверхні обода закріплена низка лопатей, їх вільні кінці з'єднані зовнішнім ободом з одігнутими кромками у вигляді конфузора та дифузора, нижня частина щогли з'єднана передачею із споживачем механічної енергії, закріпленим до фундаменту. 2 UA 105932 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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