Вітровий двигун

Реферат: Вітровий двигун містить опору, корпус, горизонтально розташований статор та вал (ротор), встановлений на підшипниках, закріплених на опорі, що має можливість обертатися навколо своєї поздовжньої осі і повертатися навколо опори, два гвинти з лопатями, які мають спільну вісь обертання. Один гвинт жорстко з'єднаний з валом двигуна (ротором), другий гвинт з лопатями виконаний з можливістю обертання в напрямку, протилежному напрямку обертання першого гвинта з лопатями та жорстко з'єднаний зі статором двигуна. При цьому статор також має можливість обертатися у своїх підшипниках, а лопаті гвинтів розташовані під різними кутами один відносно одного. UA 82738 U (12) UA 82738 U UA 82738 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі вітрової енергетики і може бути використана у вітроенергетичних агрегатах. Вітроенергетика - галузь енергетики, що спеціалізується на використанні енергії вітру - кінетичної енергії повітряних мас в атмосфері. Енергію вітру відносять до поновлюваних видів енергії, так як вона є наслідком діяльності сонця. У 2011 році сумарні потужності вітряної енергетики виросли у всьому світі до 240 ГВт. Вітряні електростанції всього світу в 2011 році виробили близько 500 млрд кВт•год., що становить приблизно 1,8 % світового споживання електроенергії. У всьому світі в 2011 році в індустрії вітроенергетики були зайняті більше 500 тисяч людей. У 2010 році світовий ринок устаткування для вітроенергетики виріс до 76,8 мільярдів американських доларів. Передбачається, що до 2020 року потужності вітроенергетики досягнуть 800 ГВт. Проблеми, пов'язані з подорожчанням вуглеводнів, поряд із загрозливим зростанням промислових викидів, роблять екологічно чисту енергетику з відновлюваних джерел все більш актуальною. Відомо вітровий двигун, що містить опору, корпус, горизонтально розташований вал, встановлений на підшипниках, закріплених на опорі, і має можливістю обертатися навколо своєї повздовжньої осі та повертатися навколо опори, гвинт з лопатями, що симетрично розміщені на валу [Патент РФ № 2430265. С2, МПК F03D 1/00. опубл. 27.09.2011; Патент РФ № 2384730. С2, МПК F03D 1/00. опубл. 27.09.2008; Патент України № 6010, МПК F03D 3/00, опубл. 15.04.2005]. Недоліком відомого двигуна є невисокий коефіцієнт корисної дії, внаслідок недостатнього використання вітрового, що обумовлює малий струм, який генерується вітровим двигуном. Відомо вітровий двигун що містить опору, корпус, горизонтально розташований вал, встановлений на підшипниках, закріплених на опорі, що має можливість обертатися навколо своєї поздовжньої осі і повертатися навколо опори, та два співвісно розташованих гвинта з лопатями [Патент РФ № 2349705 С1, МПК Е02 В17/00. опубл. 20.03.2009]. У відомому двигуні гвинти розташовані на двох співвісних валах, з'єднаних з генератором через засіб перетворення обертального руху двох валів в обертальний рух одного вала, наприклад диференціальний планетарний мультиплікатор. Цей двигун має більш високий ккд використання вітрової енергії, однак характеризується збільшеними габаритами, складністю конструкції і, як наслідок, низькою надійністю. Найбільш близьким до того, що заявляється, є вітровий двигун, що містить опору, корпус, горизонтально розташований статор та вал (ротор), встановлений на підшипниках, закріплених на опорі, що має можливість обертатися навколо своєї поздовжньої осі і повертатися навколо опори, два гвинти з лопатями, які мають спільну вісь обертання [Патент РФ № 2349705 С1, МПК Е02В 17/00. опубл. 20.03.2009]. Гвинти цього двигуна з'єднані з одним валом і обертаються в одному напрямку. Ккд цього двигуна декілька вище, ніж ккд двигуна з одним гвинтом, однак таке технічне рішення фактично еквівалентно підвищенню кількості лопатей одного гвинта, що не призводить до значного підвищення ефективності використання енергії повітряного потоку. Технічною задачею пропонованої корисної моделі є підвищення ефективності використання енергії повітряного потоку і, відповідно, підвищення ккд вітрового двигуна. Поставлена задача вирішується тим, що у вітровому двигуні, що містить опору, корпус, горизонтально розташований статор та вал (ротор), встановлений на підшипниках, закріплених на опорі, що має можливість обертатися навколо своєї поздовжньої осі і повертатися навколо опори, два гвинти з лопатями, які мають спільну вісь обертання, причому, згідно з корисною моделлю, один гвинт жорстко з'єднаний з валом двигуна (ротором), другий гвинт з лопатями виконаний з можливістю обертання в напрямку, протилежному напрямку обертання першого гвинта з лопатями та жорстко з'єднаний зі статором двигуна, при цьому статор також має можливість обертатися у своїх підшипниках, а лопаті гвинтів розташовані під різними кутами один відносно одного. Пошук за джерелами науково-технічної й патентної інформації показав, що сукупність суттєвих ознак заявленого технічного рішення невідома. Таким чином, технічне рішення відповідає критерію новизни, оскільки воно не виявлене в інших галузях техніки. За результатами проведеного пошуку не було виявлено ознак, що дозволяють збільшити струм і підвищити коефіцієнт корисної дії вітрового двигуна. Справа в тому, що обертання елементів конструкції двигуна в протилежних напрямках пов'язане з подоланням меншого опору повітряного середовища, ніж це має місце при обертанні одного елемента в одному напрямі з сумарною кутовою швидкістю. Як відомо, опір повітря зростає пропорційно квадрату збільшення лінійної швидкості і, отже, квадрату збільшення кутової швидкості обертання елементів двигуна. Таким чином, очевидно, що установка двох гвинтів, що обертаються в одному напрямку, не може збільшити кутову 1 UA 82738 U 5 10 15 20 швидкість обертання вала в такій же мірі, як збільшується відносна кутова швидкість двох гвинтів, що обертаються в протилежних напрямках. Суть і принцип дії пропонованої корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображений вітровий двигун, загальний вид;на фіг. 2 - вітровий двигун вид збоку, на фіг. 3 вітровий двигун вид зверху. Вітровий двигун містить гвинт з лопатями 1, розташований на валу (роторі) 2 вітрового двигуна, додатковий другий гвинт з лопатями 3, розташований жорстко на статорі 4 вітрового двигуна співвісно з основним гвинт з лопатями 1, корпус 5 розміщено на опорі 6, яка закріплена і обертається упорним 7 та радіальним 8 підшипниками. При цьому лопаті гвинтів 1 та 3 розташовані під різними кутами один відносно одного. Вітровий двигун працює таким чином. При поривах вітру гвинт з лопатями 1 вітрового двигуна обертається разом з валом (ротором) 2, а гвинт з лопатями 3 разом зі статором 4 у різні боки. Це обумовлено розташуванням лопать гвинтів 1 та 3, тому що вони розташовані під певним кутом до перпендикулярної площі обертання та один відносно одного. Таке розташування лопатей дозволяє обертатися гвинтам 1 та 3 у різні боки та обертати у різні боки ротор 2 та статор 3 вітрового двигуна. Корпус 5 захищає вітровий двигун від пилу та кріпиться на опорі 6, яка закріплена та обертається на упорному 7 та радіальному 8 підшипниках. Частота обертання вала вітрового двигуна буде дорівнювати сумі частоти обертання гвинт з лопатями 1 та гвинт з лопатями 3, тому що вони обертаються у різні боки. Струм вітрового двигуна з двома гвинтами з лопатями буде більше ніж з одним на величину n2: Pa pN Ma    a   2n1  n2  2  a ; pN   a  25 30 35 40 45 Pa 2  a 2n1  n2  , де n1 - швидкість обертання гвинта з лопатями 1; n2 - швидкість обертання гвинта з лопатями 2. Pa  a a  n1  n2   Np  . ККД вітрового двигуна дорівнює: P  2 P1 . де P2 - корисна потужність; P1 - механічна потужність. Корисна потужність дорівнює: P2  U  a , а при обертанні другого гвинта з лопатями із частотою обертання n2 на цю величину збільшується струм та, відповідно, ККД вітрового двигуна. Основними перевагами заявленого вітрового двигуна у порівнянні з відомим пристроєм є: збільшення струму, який генерується вітровим двигуном, внаслідок співвісного встановлення другого гвинта, який обертається у протилежному напрямі; підвищення коефіцієнта корисної дії вітрового двигуна, внаслідок збільшення крутного моменту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Вітровий двигун, що містить опору, корпус, горизонтально розташований статор та вал (ротор), встановлений на підшипниках, закріплених на опорі, що має можливість обертатися навколо своєї поздовжньої осі і повертатися навколо опори, два гвинти з лопатями, які мають спільну вісь обертання, який відрізняється тим, що один гвинт жорстко з'єднаний з валом двигуна (ротором), другий гвинт з лопатями виконаний з можливістю обертання в напрямку, протилежному напрямку обертання першого гвинта з лопатями та жорстко з'єднаний зі статором двигуна, при цьому статор також має можливість обертатися у своїх підшипниках, а лопаті гвинтів розташовані під різними кутами один відносно одного. 2 UA 82738 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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