Двороторна вітроенергетична установка для перетворення вітрової енергії в теплову

Двороторна вітроенергетична установка для перетворення вітрової енергії в теплову, що містить вітродвигун з ротором прямого обертання і індукційний перетворювач із двох магнітопроводів, розташованих СПІВВІСНО з фіксованим зазором між прилеглими торцями магнітопроводів в резервуарі з теплоакумулюючою рідиною, з радіальними зубцями з постійним кроком в прилеглих торцях магнітопроводів і кільцевою канавкою в торці кільцевого магнітопроводу індуктора, в якій закріплена кільцева обмотка збудження постійного струму, причому зубці кільцевого магнітопроводу індуктора розділені за площею поперечного перерізу навпіл, вертикальний вал ротора прямого обертання жорстко зв'язаний з додатковим кільцевим магнітопроводом, який відрізняється тим, що вітродвигун установки додатково містить ротор зустрічного обертання з трубчастим вертикальним валом, розташованим СПІВВІСНО І нижче ротора прямого обертання, на нижньому КІНЦІ трубчастого вертикального вала через втулку з немагнітного матеріалу закріплено магнітопровід індуктора, вал ротора прямого обертання розташований усередині трубчастого вала ротора зворотного обертання з можливістю взаємного зустрічного обертання обох валів в підшипникових опорах Пропонований винахід відноситься до вітроенергетичних установок, призначених для прямого безперервного перетворення механічної енергії вітру в теплову енергію Відомий вітродвигун типу Дарье з вертикальною віссю обертання [патент 4664596 США, МКИ F03D 7/06, опубл 12 05 1987], що містить гідравлічний гальмовий пристрій в вигляді щитків для гальмування ротора Недоліком названого вітродвигуна є його складність, обумовлена наявністю розпнного механізму, що приводить в дію гальмовий пристрій вітродвигуна тільки при недопустимому підвищенні частоти обертання Тому названий вітродвигун не може бути використаний для безперервного перетворення вітрової енергії в теплову Недоліком названої установки є громіздкість та складність конструкції і, як наслідок, висока її питома матеріалоємність Найбільш близьким за технічною сутністю до описаного вибрано індукційний перетворювач вітрової енергії в теплову [Патент 771 України, МПК F03D 7/06 Опубл в Бюл № 2, 2001 р ], що містить нерухомий індуктор в вигляді індукційної обмотки, розташованої на нерухомому кільцевому магнггопроводі, і рухомий кільцевий магнггопровід, жорстко зв'язаний з валом вітродвигуна, що обертається за рахунок енергії вітру, установлений СПІВВІСНО З нерухомим магнітопроводом з фіксованим зазором між прилеглими торцями магнггопроводів, які поміщені в резервуар з теплоакумулюючою рідиною, в прилеглих торцях магнітопроводів утворені зубці з постійним кроком, кільцева обмотка збудження постійного струму розташована в кільцевій канавці нерухомого магнггопроводу, причому зубці нерухомого магнггопроводу розділені кільцевою канавкою за площею поперечного перерізу навпіл Відома також установка для одержання гарячої води з прямим безперервним перетворенням енергії вітру в теплову енергію, в якій енергія від вала вітродвигуна передається для приводу насоса або мішалки При роботі насоса вода циркулює в замкнутому об'ємі з достатньо високою швидкістю, при цьому енергія руху за рахунок тертя перетворюється в теплову енергію [Патент 385613 Швеції, МКИ F03D 9/02, опубл 12 07 1976] Зоя В основу винаходу поставлена задача удосконалення двохроторної вітроенергетичної установки для перетворення вітрової енергії в теплову, яка додатково містить ротор зустрічного обертання, жорстко зв'язаний з трубчастим валом магнітопроводу індуктора, що дозволяє збільшити кіль СО 43711 кість виділяємої теплоти в магнггопроводах і зменшити обертаючий момент на фундамент за рахунок зустрічного обертання роторів вітродвигуна, що призведе до зменшення навантаження на фундамент і ВІДПОВІДНО до зменшення його масогабаритних розмірів та зменшення питомої матеріалоємності установки Поставлена задача вирішується тим, що двохроторна вітроенергетична установка для перетворення вітрової енергії в теплову, що містить вітродвигун з ротором прямого обертання і індукційний перетворювач із двох магнггопроводів, розташованих СПІВВІСНО з фіксованим зазором між прилеглими торцями магнггопроводів в резервуарі з теплоакумулюючою рідиною, з радіальними зубцями з постійним кроком в прилеглих торцях магнітопроводів і кільцевою канавкою в торці кільцевого магнітопроводу індуктора, в якій закріплена кільцева обмотка збудження постійного струму, причому зубці кільцевого магнітопроводу індуктора розділені за площею поперечного перерізу навпіл, вертикальний вал ротора прямого обертання жорстко зв'язаний з додатковим кільцевим магнггопроводом, згідно винаходу вітродвигун установки додатково містить ротор зустрічного обертання з трубчастим вертикальним валом, розташований СПІВВІСНО і нижче ротора прямого обертання, на нижньому КІНЦІ трубчастого вертикального валу через втулку з немагнітного матеріалу закріплено магнітопровід індуктора, вал ротора прямого обертання розташований усередині трубчастого валу ротора зворотного обертання з можливістю взаємного зустрічного обертання обох валів в підшипникових опорах Обладнання вітроенергетичної установки двохроторним вітродвигуном забезпечує зменшення матеріалоємності установки за рахунок збільшення КІЛЬКОСТІ виділяємої теплоти в магнггопроводах і зменшення розмірів фундаменту за рахунок зменшення обертаючого моменту і ВІДПОВІДНО навантаження на фундамент при зустрічному обертанні роторів вітродвигуна Обладнання вітроенергетичної установки трубчастими вертикальними валами, жорстко зв'язаними з магнггопроводами, забезпечує додаткове зменшення питомої металоємності за рахунок спрощення кінематики при передачі енергії від двохроторного вітродвигуна до індукційного перетворювача Технічна сутність і принцип дії запропонованої двохроторної вітроенергетичної установки для перетворення вітрової енергії в теплову пояснюється графічним матеріалом на фіг 1 подано загальний вигляд запропонованої вітроенергетичної установки, на фіг 2 - розріз А-А вітроенергетичної установки, на фіг 3 - розподіл магнітної індукції в зазорі між зубцями магнггопроводів Двохроторна вітроенергетична установка для перетворювання вітрової енергії в теплову містить двохроторний вітродвигун 1 і індукційний перетворювач 2 Двохроторний вітродвигун 1 складається із ротора 3 прямого обертання з вертикальним валом 4 і ротора 5 зворотного обертання з трубчастим валом 6, розташованих СПІВВІСНО один над другим Індукційний перетворювач 2 складається із індуктора 7 та додаткового магнггопроводу 8, розташованих СПІВВІСНО З фіксованим за зором 9 між прилеглими торцями в резервуарі 10 з теплоакумулюючою рідиною 11 В торці магнггопроводу 12 індуктора 7 утворена кільцева канавка 13, а в прилеглих торцях магнггопроводів 12 і 8 утворені радіальні пази 14,15 і зубці 16,17 з постійним кроком Зубці 16 магнггопроводу 12 розділені кільцевою канавкою 13 на внутрішні 18, обхвачені кільцевою канавкою 13, і ЗОВНІШНІ 19 частини Для одержання однакової магнітної індукції в обох частинах зубці 16 розділені кільцевою канавкою 13 за площею поперечного перерізу навпіл Для цього квадрат діаметра середньої лінії кільцевої канавки 13 повинен дорівнювати напівсумі квадратів зовнішнього та внутрішнього діаметрів магнггопровода 12 індуктора 7 (D K )4(D 3 ) 2 +(D B H ) 2 ]/2, де Рк- діаметр середньої лінії кільцевої канавки, D3 і DBH - ВІДПОВІДНО ЗОВНІШНІЙ і внутрішній діаметри індуктора В кільцевій канавці 13 магнггопроводу 12 закріплена індукційна обмотка 20, збуджена постійним струмом На нижньому КІНЦІ трубчастого валу 6 через втулку 21 з немагнітного матеріалу закріплено магнггопровід 12 Вал 4 ротора 3 прямого обертання розташований усередині трубчастого валу 6 ротора 5 зворотного обертання і спирається на опору 22 з немагнітного матеріалу через підшипник 23 з можливістю взаємного зустрічного обертання валів 4,6 в підшипникових опорах 23,24,25,26 Пристрій працює таким чином За рахунок енергії вітру ротори 3,5 двохроторного вітродвигуна 1 разом з своїми вертикальними валами 4,6 обертаються зустрічно в підшипникових опорах 23,24,25,26 а разом з ними зустрічно обертаються індуктор 7 і додатковий магнггопровід 8, розташовані в резервуарі 10 з теплоакумулюючою рідиною 11, індукційного перетворювача 2 Зубці 16 індуктора 7 і зубці 17 додаткового магнітопроводу 8 намагнічуються магнітним полем індукційної обмотки 20, збудженої постійним струмом, закріпленій в кільцевій канавці 13 індуктора 7, в одному напрямі одночасно Із-за зубцевої будови торців магнітопроводів 12 і 8 магнітний потік, що замикається через них, буде змінюватися в часі Магнітний потік збільшується, коли зубець 16 індуктора 7 розташовується над зубцем 17 додаткового магнггопроводу 8, і буде зменшуватися, коли зубець 16 індуктора 7 буде розташований над пазом 15 додаткового магнітопроводу 8 При цьому між зубцями 16,17 змінюється величина зазору 9, а отже і магнітна індукція в ньому В результаті цього крива 27 розподілу магнітної індукції в зазорі 8 між зубцями 16,17 набуде пилковидного характеру і матиме вигляд, представлений на фіг З Для даного моменту часу в зазорі 9 під зубцем 16 індукція має максимальне значення В5тах При зустрічному обертанні індуктора 7 і додаткового магнггопроводу 8, коли під зубцем 16 індуктора 7 розташується паз 15 додаткового магнггопроводу 8, індукція зменшується до В5тщ Таким чином, при зустрічному обертанні індуктора 7 і додаткового магнггопроводу 8, жорстко зв'язаних з валами 4,6 роторів 3,5 двохроторного вітродвигуна 1, індукція в зазорі 9 пульсує, не змінюючи знаку від В5тах до В5тщ її можна представити в вигляді двох складових 43711 змінної з амплггудою Вб~ - 1/2 (Bgmax - Bgrnin) і постійної, рівній + Bg= - 1/2(Bsrnax Bsrnin) Змінна складова магнітного поля індукує в магнітопроводах індуктора 7 і додаткового магнітопроводу 8 є р с і вихрові струми частотою f пропорційною сумарній частоті їх зустрічного обертання, а отже і зустрічного обертання роторів 3,5 двохроторного вітродвигуна 1 f = Z(ni+n2) де Z - КІЛЬКІСТЬ зубців магнгтопроводу, пі і П - ВІДПОВІДНО частота обертання індук2 тора і додаткового магнітопроводу, с 1 Величина індукованої є р с (і ВІДПОВІДНО вих рових струмів) буде пропорційна частоті f змінної складової магнітної індукції, а КІЛЬКІСТЬ теплоти, що виділятиметься в магнггопроводах, буде про порційна квадрату цієї частоти Вихрові струми за законом Джоуля-Ленца нагріватимуть магнггопроводи 12 і 8, а ті нагріватимуть теплоакумулюючу рідину 11 в резервуарі 10, яка може використовуватися для обігріву споруд, парників та теплиць Постійна складова магнітного потоку ніяких є р с не індукує, тому ця частина магнітного потоку не приймає участі в безпосередньому перетворенні енергії вітру в теплову енергію Втулка 21 і опора 22 із немагнітного матеріалу виключають шунтування магнітного потоку Таким чином, зустрічне обертання роторів двохроторного вітродвигуна збільшить КІЛЬКІСТЬ теплоти виділяємої в магнітопроводах і зменшить навантаження на фундамент, що призведе до ВІДПОВІДНОГО зменшення його масогабаритних розмірів і зменшення питомої матеріалоємності установки ФІГ. 1 43711 A-A Фіг. З Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3-72-89 (03122) 2-57-03 43711