Вітроенергетичний агрегат мілінського ю.м.

Реферат: Вітроенергетичний агрегат містить лопаті, закріплені між двома дисками. Між двома паралельними дисками, закріпленими на валу центрально, на їх периферійній частині, закріплена вісесиметрично низка лопатей, утворюючи робоче колесо, яке розміщене між криволінійними конфузором та дифузором, що з'єднані між собою і утворюють направляючий апарат та відсмоктуючу трубу відповідно. Робоче колесо шарнірно з'єднане валом з направляючим апаратом та відсмоктуючою трубою, утворюючи вітроенергетичну турбіну. На дифузорі закріплені двоконсольні балки з рульовими лопатями на їх кінцях. Вал робочого колеса з'єднаний з валом споживача механічної енергії щоглою, виконаною у вигляді відрізка труби, встановленого вертикально. На верхній частині щогли шарнірно закріплена муфта, з'єднана розтяжками з анкерами, закріпленими у ґрунті. У боковій стінці конфузора виконаний отвір, закритий запобіжним клапаном, що шарнірно з'єднаний зі згаданою стінкою, а розтягнутою пружиною з протилежною стінкою. UA 107397 C2 (12) UA 107397 C2 UA 107397 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до засобів отримання енергії з відновлених джерел, зокрема, механічної енергії з енергії вітрового потоку і може використовуватися у вітроенергетиці. Відомий вітродвигун барабанного типу, що містить лопаті, закріплені на валу вздовж його осі, на валу шарнірно закріплена ширма, що захищає непрацюючі лопаті від дії вітрового потоку [1]. Недоліком такого вітродвигуна є те, що з вітровим потоком взаємодіють тільки половина лопатей, це зменшує коефіцієнт використання вітрового потоку, що знижує ефективність. Найбільш близьким за технічною суттю є вітроенергетичний агрегат, що містить вітродвигун з роторним колесом Савоніуса, шарнірно закріпленим вертикально валом на вежі, у якому дві круглоциліндричні лопаті закріплені між двома дисками у їх середніх частинах вісесиметрично так, що потік, який обтікає внутрішні поверхні лопатей, є рівномірним [2]. Недоліком такого вітроенергетичного агрегату є те, що вітродвигун шарнірно закріплений на вежі, що збільшує матеріалоємність, а лопаті закріплені в середній частині дисків, що зменшує плече аеродинамічних сил, діючих на лопаті при обтіканні їх повітряним потоком і утворюючих крутний момент. Крутний момент при обертанні вітроколеса не стабільний, він змінюється залежно від орієнтації лопатей відносно напрямку руху вітрового потоку. На одну з лопатей, що рухається проти напрямку вітрового потоку, діє сила аеродинамічного тиску, що утворює зворотній крутний момент і зменшує діючий крутний момент, що зменшує омітаєму площу, коефіцієнт використання вітрового потоку, і таким чином знижує ефективність. Задача винаходу - підвищення ефективності вітроенергетичного агрегату. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому вітроенергетичному агрегаті, що містить лопаті, закріплені між двома дисками вісесиметрично, згідно з винаходом, між двома паралельними дисками, закріпленими на валу центрально, на їх периферійній частині, закріплена вісесиметрично низка лопатей, утворюючи робоче колесо, яке розміщене між криволінійними конфузором та дифузором, що з'єднані між собою і утворюють направляючий апарат та відсмоктуючу трубу відповідно, робоче колесо шарнірно з'єднане валом з направляючим апаратом та відсмоктуючою трубою, утворюючи вітроенергетичну турбіну, на дифузорі закріплені двоконсольні балки з рульовими лопатями на їх кінцях, вал робочого колеса з'єднаний з валом споживача механічної енергії щоглою, виконаною у вигляді відрізка труби, встановленого вертикально, на верхній частині щогли шарнірно закріплена муфта, з'єднана розтяжками з анкерами, закріпленими у ґрунті, у боковій стінці конфузора виконаний отвір, закритий запобіжним клапаном, що шарнірно з'єднаний зі згаданою стінкою, а розтягнутою пружиною з протилежною стінкою. Приклад практичного використання винаходу показаний на кресленнях. Фіг. 1. Вітроенергетичний агрегат у осьовому перерізі. Фіг. 2. Переріз вітроенергетичної турбіни по А-А. Вітроенергетичний агрегат складається з двох паралельних дисків 1 (Фіг. 1, 2), закріплених центрально на валу 2. До дисків 1, на їх периферійній частині, закріплена низка лопатей 3, утворюючи робоче колесо, яке розміщене між з'єднаними між собою криволінійними конфузором 4, що утворює направляючий апарат, та дифузором 5, що утворює відсмоктуючу трубу. Вал 2 робочого колеса, з'єднаний з направляючим апаратом та відсмоктуючою трубою підшипниками 6, утворює вітроенергетичну турбіну. На дифузорі 5 закріплені двоконсольні балки 7 з закріпленими на їх кінцях рульовими лопатями 8. В боковій стінці конфузора 4 виконаний отвір А, що є сідлом запобіжного клапана 9, шарнірно закріпленого до згаданої стінки і з'єднаного розтягнутою пружиною 10 з протилежною стінкою. Нижній кінець вала 2 робочого колеса з'єднаний щоглою 11 з валом 12 споживача механічної енергії 13, що закріплений на фундаменті 14. На верхній частині щогли 11 шарнірно закріплена муфта 15, з'єднана розтяжками 16 з анкерами 17, закріпленими у ґрунті. Вітроенергетичний агрегат працює наступним чином. Вітровий потік, що взаємодіє з рульовими лопатями 9, обертає навколо осі вала 2, зупиняє і утримує конфузор 4 направляючого апарата так, що вхідний переріз конфузора 4 орієнтується перпендикулярно напрямку руху вітрового потоку. Вітровий потік входить в конфузор 4 направляючого апарата, збільшує швидкість руху і направляється тангенціально на лопаті 3, що розташовані на половині бокової поверхні робочого колеса, які ділять потік на окремі струмені і взаємодіють з ними. Струмені виходять з лопатей 3 радіально в порожнину між лопатями 3. Повітряний потік обтікає вал 2 і направляється на лопаті 3, що розташовані на іншій половині бокової поверхні робочого колеса, які ділять радіальний потік на окремі струмені і взаємодіють з ними. Струмені виходять з лопатей 3 тангенціально в зону зменшеного тиску дифузора 5 відсмоктуючої труби. При взаємодії струменів повітряного потоку з лопатями 3 робочого колеса струмені двічі обертаються на прямий кут і передають лопатям 3 кінетичну енергію, при цьому на лопаті 3 діє 1 UA 107397 C2 5 10 15 20 25 30 35 сила аеродинамічного тиску повітряного потоку, яка утворює обертальний момент відносно осі робочого колеса, яке обертається навколо осі вала 2, утворюючи механічну потужність, що передається щоглою 11 валу 12 споживача механічної енергії 13. При збільшенні швидкості руху вітрового потоку до небезпечної величини швидкісний напір повітряного потоку у конфузорній частині направляючого апарата збільшується, відповідно збільшується тиск та сила тиску повітряного потоку, діюча на площу запобіжного клапана 9, та реактивна сила запобіжного клапана, діюча на розтягнуту пружину 10, вона перевищує силу натяжіння пружини 10 і запобіжний клапан автоматично відчиняється, частина повітряного потоку з конфузорної частини направляючого апарата виходить у атмосферу, зменшуючи тиск в ній і силу аеродинамічного тиску вітрового потоку на вітроенергетичну турбіну, запобігаючи руйнуванню вітроенергетичного агрегату. При зменшенні швидкості руху вітрового потоку до безпечної величини сила натяжіння пружини 10 перевищує силу аеродинамічного тиску повітряного потоку, діючу на площу запобіжного клапана 9, і він автоматично зачиняється, вітроенергетична установка переходить на звичайний режим роботи. Закріплення низки лопатей між двома паралельними дисками на їх периферійній частині збільшує радіус кола, описаного центрами тиску повітряного потоку на лопаті робочого колеса, що збільшує плече аеродинамічних сил, діючих на лопаті відносно осі обертання, крутний момент, потужність, отриману лопатями робочого колеса, та коефіцієнт використання вітрового потоку. Підведення направляючим апаратом повітряного потоку до лопатей половини бокової поверхні робочого колеса та його відведення від лопатей іншої половини бокової поверхні робочого колеса відсмоктуючою трубою виключає утворення зворотного крутного моменту та стабілізує діючий крутний момент незалежно від орієнтації лопатей робочого колеса відносно напрямку руху вітрового потоку, що забезпечує подвійну взаємодію повітряного потоку, що проходить через робоче колесо, з його лопатями, збільшує кут обертання та швидкість руху струменів повітряного потоку між лопатями, сили аеродинамічного тиску струменів на лопаті, крутний момент, діючий на робоче колесо, його кутову швидкість обертання, отриману потужність, площу, що омітається, та коефіцієнт використання вітрового потоку. Шарнірне закріплення на верхній частині щогли муфти, з'єднаної розтяжками з анкерами, закріпленими у ґрунті, виключає використання вежі і дозволяє як трансмісійний вал використовувати щоглу, що спрощує конструкцію, зменшує її матеріалоємність та вартість. Вказані вище позитивні зміни підвищують ефективність вітроенергетичного агрегата. Джерела інформації: 1. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки Москва ОГИЗ - СЕЛЬХОЗГИЗ. 1948. С. 81. 2. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. Москва ОГИЗ - СЕЛЬХОЗГИЗ 1948. С. 81, 91. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 Вітроенергетичний агрегат, що містить лопаті, закріплені між двома дисками вісесиметрично, який відрізняється тим, що між двома паралельними дисками, закріпленими на валу центрально, на їх периферійній частині, закріплена вісесиметрично низка лопатей, утворюючи робоче колесо, яке розміщене між криволінійними конфузором та дифузором, що з'єднані між собою і утворюють направляючий апарат та відсмоктуючу трубу відповідно, робоче колесо шарнірно з'єднане валом з направляючим апаратом та відсмоктуючою трубою, утворюючи вітроенергетичну турбіну, на дифузорі закріплені двоконсольні балки з рульовими лопатями на їх кінцях, вал робочого колеса з'єднаний з валом споживача механічної енергії щоглою, виконаною у вигляді відрізка труби, встановленого вертикально, на верхній частині щогли шарнірно закріплена муфта, з'єднана розтяжками з анкерами, закріпленими у ґрунті, у боковій стінці конфузора виконаний отвір, закритий запобіжним клапаном, що шарнірно з'єднаний зі згаданою стінкою, а розтягнутою пружиною з протилежною стінкою. 2 UA 107397 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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