Вітроенергетична установка

Реферат: Вітроенергетична установка включає ротор з вертикальним валом та гальмівними аеродинамічними щитками, які жорстко закріплені на валах, що виконані з можливістю обертання навколо власної осі, при цьому один кінець валів жорстко з'єднаний з конічними колесами, що кінематично з'єднані з конічною шестірнею, пружиною та упором. На осі конічної шестірні жорстко закріплений важіль, один кінець якого з однієї сторони шарнірно з'єднаний з проміжним важелем, що в свою чергу, шарнірно з'єднаний з поворотною державкою, на вільному кінці якої жорстко закріплений відцентровий тягарець, а протилежною стороною з'єднаний з пружиною, при цьому другий кінець важеля взаємодіє з упором зі сторони, що протилежна моменту від натягання пружини. UA 73245 U (54) ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНА УСТАНОВКА UA 73245 U UA 73245 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроенергетики та може бути використана для регулювання обертів та потужності вітроустановок з вертикальною віссю обертання ротора. Відомо ряд вітроенергетичних установок з ротором Дар'є (кн. Д. де Рензо Ветроэнергетика, М.: Энергоатомиздат, 1982. - С. 26-27), які складаються з вертикального вала, навколо якого обертається ротор з лопатями. Обертання ротора через трансмісію передається на електрогенератор або інше навантаження. Основним недоліком таких установок є те, що в них відсутня система регулювання обертів та потужності, що призводить до руйнування даного типу установок при великих швидкостях вітру, або раптовому від'єднанню навантаження. Також відома вітроенергетична установка (А.с. 1364772 СССР, МПК F03D 7/00. Ветроэлектрический агрегат. Опубл. 17.02.88, Бюл. № 45), яка складається з вертикального вала, на якому встановлений ротор з поворотними лопатями і несучими траверсами, електрогенератор та пристрій повороту лопатей. При цьому пристрій повороту лопатей включає кривошипно-шатуновий механізм та тяги, які кінематично зв'язані з лопатями. В такому варіанті установка працює тільки тоді, коли вітер набігає на ротор в одному напрямку. Тобто зникає основна перевага вертикально-осьових вітроустановок, можливість працювати при різних напрямках дії вітру без механізму орієнтації, що практично виключає можливість використання вітроустановки в такому варіанті. Для розширення можливостей авторами запропоновано додатково ввести флюгерний пристрій та в пристрій управління включити планетарну передачу, планетарні колеса якої пов'язані з кривошипно-шатуновим механізмом, а центральне колесо її з флюгерним пристроєм. В даній вітроенергетичній установці пристрій повороту є доволі складним як конструктивно, так і технологічно, тому що потребує використання планетарної передачі і при цьому додатково потребує пристрою орієнтації. Крім цього, сама конструкція не забезпечує надійної та безпечної експлуатації вітроустановки, так як не захищає її від штормових вітрів та раптового від'єднання навантаження. Із відомих пристроїв найбільш близьким за технічною суттю і вибрана, як прототип, вітроенергетична установка (А.с. SU 1511457 А1 СССР, МПК F03D 7/04, 1984. Ветроэнергетическая установка. Опубл. 30.09.89, Бюл. № 36), що включає ротор з вертикальною віссю, яка з'єднана за допомогою зубчатої передачі та обгінної муфти з валом електродвигуна, що задає необхідну кутову швидкість обертання ротора. При цьому зубчата передача виконана у вигляді самогальмівної черв'ячної пари. Ротор вітроенергетичної установки включає гальмівні елементи, що виконані у вигляді поворотних аеродинамічних щитків, з упорами для обмеження кута повороту щитків. Аеродинамічні гальмівні щитки кінематично зв'язані з валом електродвигуна, що задає необхідну кутову швидкість. Кінематичний зв'язок здійснюється за допомогою конічної пари коліс, одне з яких жорстко закріплене на осі аеродинамічних гальмівних щитків, а інше на одному з кінців проміжного вала, що розміщений в порожнині вала ротора. Протилежний кінець проміжного вала з'єднаний з валом електродвигуна, що задає необхідну кутову швидкість. При цьому проміжний вал та вал ротора з'єднані між собою пружиною. Дана вітроенергетична установка є багатоелементною конструкцією, кожний з елементів якої впливає на загальну надійність установки в цілому і відмова одного з них веде до відмови установки та можливого її руйнування. При цьому слід зауважити, що такі елементи, як черв'ячна пара та обгінна муфта, відзначаються високою ненадійністю. Крім того, живлення електродвигуна, що задає необхідну кутову швидкість, потребує електроенергії з певними її параметрами, для забезпечення яких також необхідне додаткове обладнання. В основу корисної моделі поставлено задачу спрощення та удосконалення конструкції вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора та аеродинамічними гальмівними щитками шляхом використання для повороту аеродинамічних гальмівних щитків відцентрового регулятора, що дозволяє спростити конструкцію установки та підвищити її надійність. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованій конструкції, яка включає ротор з вертикальним валом та гальмівними аеродинамічними щитками, які жорстко закріплені на валах, що виконані з можливістю обертання навколо власної осі, при цьому один кінець валів жорстко з'єднаний з конічними колесами, що кінематично з'єднані з конічною шестірнею, пружиною та упором, згідно з корисною моделлю, на осі конічної шестірні жорстко закріплений важіль, один кінець якого з однієї сторони шарнірно з'єднаний з проміжним важелем, що, в свою чергу, шарнірно з'єднаний з поворотною державкою, на вільному кінці якої жорстко закріплений відцентровий тягарець, а протилежною стороною з'єднаний з пружиною, при цьому другий кінець важеля взаємодіє з упором зі сторони, що протилежна моменту від натягання пружини. Пружина, яка одним кінцем з'єднана з важелем, іншим кінцем з'єднана з пристроєм 1 UA 73245 U 5 10 15 20 25 30 35 40 попереднього натягання. В свою чергу пристрій попереднього натягання пружини виконаний у вигляді гвинт-гайкової передачі. Таке технічне рішення дозволяє відносно простими засобами регулювати оберти ротора та обертальний момент на валу ротора вітроенергетичної установки, що підвищує надійність та, в свою чергу, забезпечує безпеку при її експлуатації. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється фігурами 1, 2. Запропонована конструкція містить вертикальний вал 1, на якому встановлено ротор 2 з аеродинамічними гальмівними щитками 3, що жорстко закріплені на поворотних осях 4. На одному з кінців осей 4 жорстко закріплені конічні колеса 5, які кінематично з'єднані з конічною шестірнею 6. На осі конічної шестірні 6 жорстко закріплений важіль 7. Один кінець важеля 7 з однієї сторони шарнірно з'єднаний з проміжним важелем 8, що, в свою чергу, шарнірно з'єднаний з поворотною державкою 9. Одним кінцем державка 9 шарнірно з'єднана з віссю 10, а на протилежному вільному кінці державки жорстко кріпляться відцентрові тягарці 11. З цього ж кінця важіль 7 протилежною стороною з'єднаний з пружиною регулювання 12, яка іншим кінцем з'єднана з пристроєм попереднього натягання 13. Протилежний кінець важеля 7 контактує з упором 14 зі сторони, що протилежна моменту від натягання пружини, коли лопаті ротора 2 знаходяться на початковому куті установлення. Пристрій попереднього натягання пружини виконаний у вигляді гвинт-гайкової передачі. Вертикальний вал 1 обертається в підшипникових вузлах в опорі 15. В нижній частині опори розміщена конічна пара шестерен 16, що кінематично поєднує вертикальний вал 1 з електрогенератором або іншим навантаженням 17. Працює вітроелектрична установка наступним чином. При набіганні повітряного потоку на ротор 2 він починає обертатись разом з вертикальним валом 1 і аеродинамічними гальмівними щитками 3 в підшипниках опори 15 та передає свій обертальний момент через конічну пару шестерен 16 на вал електрогенератора або інше навантаження 17. До початку обертання ротора 2 положення аеродинамічних гальмівних щитків 3 визначається упором 14 за рахунок того, що попередньо натягнута пружина 12 підтискає до нього один кінець важеля 7 та визначає положення осі шестірні 6, яка через конічні колеса 5 з'єднана з осями 4 аеродинамічних гальмівних щитків 3. При обертанні ротора на відцентровому тягарці 11 виникає відцентрова сила, яка буде намагатися розвертати державку 9 навколо осі 10. Даний момент через проміжний важіль 8 передається на важіль 7 та врівноважується початковим натягом пружини регулювання 12. Система буде знаходитись в рівновазі до того моменту, поки оберти ротора не досягнуть номінального значення, яке відповідає номінальній швидкості вітру. При подальшому збільшенні швидкості вітру та, відповідно, обертів ротора 2 відцентрова сила і момент перевищать початкове натягання пружини 12 і почнуть розвертати важіль 7 та конічну шестірню 6 і, відповідно, конічні колеса 5 та осі 4 з аеродинамічними гальмівними щитками 3. Розвертання щитків 3 приведе до збільшення аеродинамічного опору в напрямку протилежному обертанню ротора 2, що, відповідно, призведе до стабілізації обертів та потужності вітроенергетичної установки. При раптовому від'єднанні навантаження оберти ротора значно збільшуються і процес регулювання буде відбуватись, як і в попередньому випадку. Пристрій попереднього натягу пружини 13, який виконаний у вигляді гвинт-гайкової передачі, дозволяє змінювати величину попереднього натягу пружини і, відповідно, регулювати номінальні оберти ротора та встановлювати необхідну номінальну швидкість вітру. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 1. Вітроенергетична установка, що включає ротор з вертикальним валом та гальмівними аеродинамічними щитками, які жорстко закріплені на валах, що виконані з можливістю обертання навколо власної осі, при цьому один кінець валів жорстко з'єднаний з конічними колесами, що кінематично з'єднані з конічною шестірнею, пружиною та упором, яка відрізняється тим, що на осі конічної шестірні жорстко закріплений важіль, один кінець якого з однієї сторони шарнірно з'єднаний з проміжним важелем, що в свою чергу, шарнірно з'єднаний з поворотною державкою, на вільному кінці якої жорстко закріплений відцентровий тягарець, а протилежною стороною з'єднаний з пружиною, при цьому другий кінець важеля взаємодіє з упором зі сторони, що протилежна моменту від натягання пружини. 2. Вітроенергетична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що пружина, яка одним кінцем з'єднана з важелем, іншим кінцем з'єднана з пристроєм попереднього натягання. 3. Вітроенергетична установка за пп. 1 і 2, яка відрізняється тим, що пристрій попереднього натягання пружини виконаний у вигляді гвинт-гайкової передачі. 2 UA 73245 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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