Вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора

Реферат: Вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора, яке складається, щонайменше з двох однакових вітрил, встановлених на зовнішньому ободі вітрового колеса, а його вісь призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки. Вітрове колесо утворене з двох однакових кілець - верхнього та нижнього, встановлених співвісно і жорстко з'єднаних між собою. Між кільцями розташовані вітрила, кожне з яких має трикутну форму, закріплене на двох торсіонах між верхнім і нижнім кільцем з можливістю повороту навколо вертикальної осі вітрила, яка проходить через один кут трикутника і осі торсіонів та ділить вітрило на два не рівних за площею трикутника з утворенням балансного підвісу. UA 77932 U (12) UA 77932 U UA 77932 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроенергетики, а саме до конструкції вітрового колеса, яке може бути використане у складі вітроенергетичних установок з вертикальною віссю обертання ротора для вироблення електричної та механічної енергії. Найбільш близьким до корисної моделі за кількістю суттєвих ознак є вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора, яке складається з обода та, щонайменше двох однакових вітрил, встановлених на ободі вітрового колеса, а його вісь призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки [71478, МПК F03D 3/06 (2006.01), опубл. 10.07.2012, бюл. № 13]. Вітрила згаданого колеса встановлені на спицях і закріплені відносно вертикального вала потужності. Недолік описаного колеса полягає у необхідності застосування складних і громіздких механізмів для орієнтування вітрил за потоками вітру. Застосування ж таких механізмів суттєво збільшує вартість і колеса, і вітроенергетичної установки в цілому, потребує високої кваліфікації персоналу. У основу корисної моделі поставлена задача створення такого вітрового колеса, в якому б кожне вітрило автоматично встановлювалось у оптимальному напрямку відповідно з напрямком потоку вітру. Поставлена задача вирішується за рахунок створення умов для повороту вітрил під дією потоку вітру на оптимальний кут шляхом закріплення кожного вітрила на пружних підвіскахторсіонах у жорсткій рамі, виконаній у вигляді двох однакових паралельних кілець. Пропоноване, як і відоме вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора, складається, щонайменше з двох однакових вітрил, встановлених на зовнішньому ободі вітрового колеса, а його вісь призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки, а, згідно з корисною моделлю, вітрове колесо утворене з двох однакових кілець - верхнього та нижнього, встановлених співвісно і жорстко з'єднаних між собою, а між кільцями розташовані вітрила, кожне з яких має трикутну форму, закріплене на двох торсіонах між верхнім і нижнім кільцем з можливістю повороту навколо вертикальної осі вітрила, яка проходить через один кут трикутника і осі торсіонів та ділить вітрило на два не рівних за площею трикутника з утворенням балансного підвісу. Торсіон - це пружина у вигляді вала, що працює на кручення, тобто вал, що має прогнозований опір крученню. У пропонованій конструкції вітрило має трикутну форму, яка є оптимальною для вітрового колеса, оскільки дозволяє створити рівномірний натяг тканини, незалежно від точності виготовлення складових частин конструкції, та отримати високу якість аеродинамічної поверхні. Згадані вітрила встановлені на колесі з можливістю утворення балансного підвісу [див. інформацію, наприклад з сайту: http://www.seaships.ru/steerinq.html. Завдяки торсіонам вітрило має можливість повертатись на певний кут під дією потоку вітру, а оскільки вісь, на якій повертається вітрило, ділить його на два трикутники різної площі, виникає різниця сил, що діють на частини вітрила, а результуюча сила змушує рухатися вітрове колесо з щонайменше двома такими вітрилами, розташованими у діаметрально протилежних ділянках колеса, навколо його осі. Оскільки вітрила встановлені на колесі з можливістю утворення балансного підвісу, рух колеса здійснюється за умови навіть незначного вітру, а при збільшенні вітру жорсткість торсіонів збільшує кут повороту вітрил і, таким чином, обмежує швидкість обертання ротора вітроенергетичної установки. Суть пропонованої конструкції пояснюється за допомогою схематичних креслень. На фіг.1 - показано конструкцію вітрила, встановленого на торсіонах. На фіг.2 - схематичнопоказана вітроенергетична установка. На фіг.3 - показаний вид зверху на вітрове колесо з двома однаковими вітрилами. Пропоноване вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора, складається, щонайменше з двох однакових вітрил 1, встановлених на зовнішньому ободі вітрового колеса (не показано). Вісь вітрового колеса призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки (не показано). Вітрове колесо утворене з двох однакових кілець - верхнього та нижнього, встановлених співвісно і жорстко з'єднаних між собою (не показано). Між кільцями розташовані однакові вітрила 1. Кожне вітрило 1 має трикутну форму, закріплене між верхнім і нижнім кільцем на двох торсіонах 2 та 3 з можливістю повороту навколо вертикальної осі вітрила, яка проходить через один кут трикутника і осі торсіонів 2, 3 з утворенням балансного підвісу. Вертикальна вісь 4 вітрила 1 ділить його на два не рівних за площею трикутники 5 і 6 з площею, відповідно S1 і S2. Кожне вітрило 1 встановлене у Г-подібній металевій рамці 7. Г-подібна рамка 7 забезпечує надійне кріплення кожного вітрила 1 між кільцями вітрового колеса на торсіонах 2 та 3 і підвищує ресурс вітрила. Одні кінці торсіонів 2 та 3 жорстко прикріплені до відповідних кілець вітрового колеса, а 1 UA 77932 U 5 10 15 20 25 30 інші - до Г-подібної металевої рамки 7. Кожне вітрило 1 може бути виготовлене 3 з парусини брезентової або з парусини брезентової, просоченої, наприклад, фарбою чи оліфою. Пропоноване колесо може мати щонайменше два вітрила 1, але кількість їх обмежена лише габаритами колеса. При цьому вітрила 1 встановлені на колесі так, що у вихідному положенні у кожному наступному за годинниковою стрілкою вітрилі 1 на вигляді зверху Трикутник 5 розташовують за трикутником 6 попереднього вітрила 1. Пропоноване вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора працює так. Вітрове колесо з вітрилами 1 встановлюють горизонтально на вертикальному валу ротора генератора вітроенергетичної установки. Завдяки розміщенню кожного вітрила 1 на торсіонах 2 і 3 під дією потоку вітру вітрило 1 повертається на певний кут навколо осі 4. Тиск вітру розподіляється по поверхні вітрила пропорційно до площ трикутників 5 і 6. Зважаючи на те, що площа трикутника 5-S1 більша за площу трикутника 6-S2 виникає сила, достатня для повороту вітрила 1. Із збільшенням сили тиску на частини вітрила 1, збільшується кут його повороту. Дія вітру на два діаметрально розташовані на колесі вітрила 1 приводить до виникнення пари сил і обертання колеса завжди у одному напрямку, який не залежить від напрямку потоку вітру. Шляхом вибору оптимальної жорсткості торсіонів 2 і 3 створюють умови, за яких автоматично регулюється швидкість обертання колеса навколо своєї осі., а саме при сильному вітрі - кут повороту торсіонів найбільший, при слабкому вітрі - найменший. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора, яке складається, щонайменше з двох однакових вітрил, встановлених на зовнішньому ободі вітрового колеса, а його вісь призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки, яке відрізняється тим, що вітрове колесо утворене з двох однакових кілець - верхнього та нижнього, встановлених співвісно і жорстко з'єднаних між собою, а між кільцями розташовані вітрила, кожне з яких має трикутну форму, закріплене на двох торсіонах між верхнім і нижнім кільцем з можливістю повороту навколо вертикальної осі вітрила, яка проходить через один кут трикутника і осі торсіонів та ділить вітрило на два не рівних за площею трикутника з утворенням балансного підвісу. 2 UA 77932 U 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