Вітроенергетична установка мілінського ю.м.

Реферат: Вітроенергетична установка містить щоглу з розтяжками, верхній кінець якої шарнірно з'єднаний з утримувачем горизонтальної дворядної втулки так, що їх осі мимобіжні. У втулці шарнірно закріплений вал, один кінець якого з'єднаний з вершиною щогли карданним валом. Дворядна втулка з'єднана спицями з ободом, що має профіль гнутого кутика, на зовнішній поверхні якого закріплена низка лопатей, з'єднаних кінцями із зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді конфузора, а до одного ряду спиць та обода закріплений обтікач, утворюючи направляючий апарат. На консольній частині вала закріплена дворядна втулка, з'єднана спицями з ободом, що має профіль гнутого кутика, на зовнішній поверхні якого закріплена низка лопатей, з'єднаних кінцями зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді дифузора, утворюючи робоче колесо. Направляючий апарат та вал з робочим колесом з'єднані співвісно та шарнірно, а направляючий апарат, робоче колесо, вал, карданний вал, щогла, передача та споживач механічної енергії з'єднані кінематично. UA 107518 C2 (12) UA 107518 C2 UA 107518 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вітрооенергетична установка належить до засобів отримання енергії з відновлюваних джерел, зокрема перетворювання енергії вітрового потоку у механічну енергію, і може використовуватися у вітроенергетиці при виробництві електроенергії, підйому води, перемелюванні зернових, подрібненні кормів у тваринництві, розпилюванні лісоматеріалів та інших роботах, у промисловості та агропромисловому комплексі. Відома вітроенергетична установка, що містить щоглу з розтяжками, вітроколесо з обтікачем, передачу, електрогенератор, рульовий пристрій з парашутом та гирею [1]. Недоліком установки є те, що споживач механічної енергії - електричний генератор закріплений на поворотній частині щогли. Наявність рульового механізму з приводом руля від парашута та гирі ускладнює конструкцію. Обертання струменів повітряного потоку при взаємодії їх з лопатями вітроколеса відбувається на гострий кут, що зменшує коефіцієнт використання енергії вітрового потоку і, таким чином, зменшує ефективність. Найбільш близькою за технічною суттю є вітроенергетична установка, що містить щоглу з розтяжками, редуктор, вітроколесо з обтікачем, передачу та споживач механічної енергії [2]. Недоліком установки є те, що вал вітроколеса з'єднаний з вершиною щогли редуктором, що ускладнює конструкцію та збільшує її вартість. Обертання струменів повітряного потоку при взаємодії їх з лопатями вітроколеса відбувається на гострий кут, що зменшує коефіцієнт використання енергії вітрового потоку і, таким чином, зменшує ефективність. Задача винаходу - підвищення ефективності вітроенергетичної установки. Поставлена задача вирішується тим, що у вітроенергетичній установці, що містить щоглу з розтяжками, вітроколесо з обтікачем, передачу та споживач механічної енергії, згідно з винаходом, верхній кінець щогли шарнірно з'єднаний з утримувачем горизонтальної дворядної втулки так, що їх осі мимобіжні, у втулці шарнірно закріплений вал, один кінець якого з'єднаний з вершиною щогли карданним валом, дворядна втулка з'єднана спицями з ободом, що має профіль гнутого кутика, на зовнішній поверхні якого закріплена низка лопатей, з'єднаних кінцями із зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді конфузора, до одного ряду спиць та обода закріплений обтікач, утворюючи направляючий апарат; на консольній частині вала закріплена дворядна втулка, з'єднана спицями з ободом, що має профіль гнутого кутика, на зовнішній поверхні якого закріплена низка лопатей, з'єднаних кінцями із зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді дифузора, утворюючи робоче колесо; направляючий апарат та вал з робочим колесом з'єднані співвісно та шарнірно, а направляючий апарат, робоче колесо, вал, карданний вал, щогла, передача та споживач механічної енергії з'єднані кінематично. Приклад практичного використання винаходу показаний на кресленнях. Фіг. 1. Вітроенергетична установка (фронтальна проекція). Фіг. 2. Вітроенергетична установка (горизонтальна проекція у перерізі по осі вала). Вітроенергетична установка складається з щогли 1 (Фіг. 1), виконаної у вигляді відрізка труби, встановленого вертикально, його нижній кінець шарнірно опирається на фундамент 2, на ньому шарнірно закріплена муфта 3, з'єднана розтяжками 4 з анкерами 5, закріпленими у ґрунті, а верхній кінець шарнірно з'єднаний з утримувачем 6 горизонтальної дворядної втулки 7 так, що їх осі мимобіжні з відстанню ℓ. У втулці 7 (Фіг. 2) шарнірно закріплений вал 8, кінець якого з'єднаний із вершиною щогли 1 карданним валом 9. Дворядна втулка 7 з'єднана спицями 10 з ободом 11, що має профіль гнутого кутика, на зовнішній поверхні якого закріплена низка лопатей 12, з'єднаних кінцями із зовнішнім ободом 13 з відігнутою кромкою у вигляді конфузора, до одного ряду спиць 10 та до обода 11 закріплений обтікач 14, утворюючи направляючий апарат. На консольній частині вала 8 закріплена дворядна втулка 15, з'єднана спицями 16 з ободом 17, що має профіль гнутого кутика, на зовнішній поверхні якого закріплена низка лопатей 18, з'єднаних кінцями із зовнішнім ободом 19 з відігнутою кромкою у вигляді дифузора, утворюючи робоче колесо. Співвісно з'єднані направляючий апарат та робоче колесо утворюють вітроенергетичну турбіну. Нижня частина щогли 1 з'єднана передачею 20 з споживачем механічної енергії 21, кінематично з'єднані направляючий апарат, робоче колесо, вал 8, карданний вал 9, щогла 1, передача 20, споживач механічної енергії 21 разом утворюють вітроенергетичну установку. Вітроенергетична установка працює наступним чином. Вітровий потік, який попадає на направляючий апарат, обтікає обтікач 14 та конфузорну частину зовнішнього обода 13, збільшує швидкість і у вигляді кільцевого повітряного потоку направляється на лопаті 12. Вони ділять кільцевий повітряний потік на окремі струмені, додатково збільшують їх швидкість і обертають на гострий кут. Струмені повітряного потоку направляються на лопаті 18 робочого колеса і взаємодіють з його лопатями, при цьому струмені обертаються на тупий кут, а на лопаті 18 діють сили аеродинамічного тиску, направлені по дотичній до кола, описаного центрами тиску аеродинамічних сил на лопаті 18, утворюючи крутний момент робочого колеса - Мрк, який 1 UA 107518 C2 5 10 15 20 25 30 35 передається валом 8 і карданним валом 9 щоглі 1 і обертає робоче колесо і щоглу з кутовою швидкістю ω, утворюючи потужність - Npк, яка дорівнює: Npк=Мрк·ω. Ця потужність передається передачею 20 споживачу механічної енергії 21, при цьому у парах тертя виникають сили тертя, що утворюють момент сил тертя - Мт, а також реактивний момент передачі - Мр. Вони направлені протилежно напрямку обертання щогли і при рівномірному обертанні щогли сума моментів, діючих на щоглу, дорівнює нулю: Мрк-Мт-Мр=0. На утримувач 6 діють реактивний момент від щогли - Мркр, рівний моменту робочого колеса Мрк, направлений протилежно напрямку обертання щогли, та крутний момент осьової сили - Рв аеродинамічного тиску вітрового потоку на вітроенергетичну турбіну Р в·ℓ. Ці крутні моменти при розрахунковій швидкості вітрового потоку рівні по величині і направлені протилежно, їх сума дорівнює нулю: Мвкр-Рв·ℓ = 0. Вісь вітроенергетичної турбіни при цьому відхиляється від напрямку вітрового потоку на гострий кут α в напрямку дії крутного моменту Рв·ℓ. При збільшенні швидкості вітрового потоку осьова сила - Рв аеродинамічного тиску вітрового потоку на вітроенергетичну турбіну збільшується, відповідно збільшується і крутний момент Р в·ℓ. Вісь вітрової турбіни відхиляється від напрямку вітрового потоку так, що кут α збільшується, а площа, що обмітається, вітроенергетичної турбіни зменшується, відповідно зменшується і осьова сила - Рв та крутний момент Рв·ℓ, настає рівновага крутних моментів Мвк=Рв·ℓ; це автоматично захищає вітроенергетичну установку від руйнування при безпечній швидкості вітрового потоку. При зменшенні швидкості вітрового потоку осьова сила аеродинамічного тиску вітрового потоку на вітроенергетичну турбіну - Рв зменшується, відповідно зменшується і її крутний момент відносно осі щогли Рв·ℓ, гострий кут α зменшується, а площа, що обмітається, вітроенергетичної турбіни збільшується, відповідно збільшується і осьова сила та крутний момент Рв·ℓ, рівновага крутних моментів Мвк=Рв·ℓ, діючих на утримувач, відновлюється автоматично і забезпечує стабільну потужність вітроенергетичної турбіни при зміні швидкості вітрового потоку у робочому діапазоні. Використання вітроенергетичної турбіни збільшує кут обертання струменів повітряного потоку на лопатях робочого колеса турбіни, це підвищує коефіцієнт використання енергії вітрового потоку. З'єднання вала робочого колеса з вершиною щогли карданним валом та шарнірне з'єднання верхньої частини щогли з утримувачем дворядної втулки направляючого апарата виключає використання редуктора, це спрощує конструкцію, зменшує її вартість та підвищує ефективність вітроенергетичної установки. Джерела інформації: 1. Патент на винахід "Вітроенергетична установка" UA 95023 С2, опублікований 25.06.2011. 2. Заявка на патент на винахід "Вітроенергетична установка" UA 201200128 A, опублікована 13.05.2013. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 Вітроенергетична установка, що містить щоглу з розтяжками, вітроколесо з обтікачем, передачу та споживач механічної енергії, який відрізняється тим, що верхній кінець щогли шарнірно з'єднаний з утримувачем горизонтальної дворядної втулки так, що їх осі мимобіжні, у втулці шарнірно закріплений вал, один кінець якого з'єднаний з вершиною щогли карданним валом, дворядна втулка з'єднана спицями з ободом, що має профіль гнутого кутика, на зовнішній поверхні якого закріплена низка лопатей, з'єднаних кінцями із зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді конфузора, до одного ряду спиць та обода закріплений обтікач, утворюючи направляючий апарат; на консольній частині вала закріплена дворядна втулка, з'єднана спицями з ободом, що має профіль гнутого кутика, на зовнішній поверхні якого закріплена низка лопатей, з'єднаних кінцями із зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді дифузора, утворюючи робоче колесо; направляючий апарат та вал з робочим колесом з'єднані співвісно та шарнірно, а направляючий апарат, робоче колесо, вал, карданний вал, щогла, передача та споживач механічної енергії з'єднані кінематично. 2 UA 107518 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