Шнековий вітрогенератор

Реферат: Шнековий вітрогенератор містить конічний шнековий ротор виконаний порожнистим зі співвісним циліндричним отвором, на внутрішній поверхні якого укріплений індуктор електрогенератора. При цьому ротор має можливість обертатися на опорно-упорних підшипниках з повітряним зазором щодо шихтованого феромагнітного статора генератора з укладеною в ньому обмоткою. Статор нерухомо закріплений на верхній або нижній горизонтальній поперечині прямокутної рами, що має можливість обертання під дією вітрового потоку відносно вертикально встановленої щогли. UA 88212 U (12) UA 88212 U UA 88212 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроенергетики, а саме до пристроїв, що перетворюють енергію потоку повітря в обертовий рух, який передається на електрогенератор. Відомий вітроротор [1] (аналог), що містить вал і закріплену на ньому гвинтову лопать спірально-гвинтової форми, яка викроєна з плоскої круглої заготовки шляхом розрізання її по кривій, що близька до спіралі Архімеда, і розтягування її уздовж осі порожнього й регулювального валів. Перший виток спірально-гвинтової лопаті жорстко закріплений на порожньому валу, діаметр гвинтової лопаті зростає убік напрямку вітру, а наступні витки прикріплені до стрижнів, що проходять через повздовжні пази, які виконані всередині порожнього вала, і жорстко прикріплені до регулювального вала, співвісно розташованого усередині порожнього вала, з можливістю переміщення регулювального вала вздовж порожнього вала. До недоліків згаданого пристрою належать: 1. Невисокий ступінь надійності при високих швидкостях вітру. 2. Значна частина енергії вітру витрачається на розтяжку гвинтової лопаті. 3. Низький ККД за рахунок високої турбулентності вітрового потоку, створюваної першим (меншим) і наступними (що збільшуються в діаметрі) витками спіралі. 4. Обробка кругової заготовки технічно ускладнена у випадку, коли спірально-гвинтовий вітроротор буде великих розмірів, наприклад 10 м в діаметрі. 5. Пристрій має складний вал, який ускладнює монтажні та експлуатаційні роботи. 6. Лопаті відхилені під тупим кутом до напрямку вітру, що дозволяє вітру рикошетити й не віддавати частини своєї кінетичної енергії ротору. Найбільш близьким по сукупності ознак (найближчим аналогом) є технічний пристрій [2], що містить горизонтальний вал і встановлений на ньому з можливістю обертання конічний шнековий ротор, спрямований вершиною до щогли. Незважаючи на простоту, пристрій має наступні недоліки: 1. Недостатній коефіцієнт використання енергії вітрового потоку. 2. Підвищені масогабаритні показники. 3. Недостатня ефективність повертання ротора на вітер у випадку коли напрям вітрового потоку з боку, в який обертається ротор. В основу корисної моделі поставлена задача зниження масогабаритних показників шнекового вітрогенератора в цілому, підвищення коефіцієнта використання енергії вітрового потоку, підвищення ефективності повороту ротора на вітер при зміні напряму вітрового потоку. Поставлена задача вирішується тим, що шнековий вітрогенератор містить конічний шнековий ротор, згідно з корисною моделлю, ротор виконаний порожнистим зі співвісним циліндричним отвором, на внутрішній поверхні якого укріплений індуктор електрогенератора, при цьому ротор має можливість обертатися на опорно-упорних підшипниках з повітряним зазором щодо шихтованого феромагнітного статора генератора з укладеною в ньому обмоткою, причому статор нерухомо закріплений на верхній або нижній горизонтальній поперечині прямокутної рами, що має можливість обертання під дією вітрового потоку відносно вертикально встановленої щогли. Згідно з корисною моделлю, у шнекового вітрогенератора верхня твірна профілю кожної лопаті найбільшого діаметра виконана з кривизною профілю, яка зменшується до нуля. Згідно з корисною моделлю, у шнекового вітрогенератора нижня твірна профілю всіх лопатей виконана увігнутою в поперечному напрямку лопаті. Згідно з корисною моделлю, у шнековий вітрогенератор на напірній поверхні по всій довжині поперек кожної лопаті виконані кілька щаблів таким чином, що на початку щаблі кут атаки лопаті збільшений на кілька градусів у порівнянні з вибраним, а наприкінці щаблі йому дорівнює. Технічна суть пристрою пояснюється на фіг. 2. Ротор 1 (фіг. 1) виконаний порожнистим зі співвісним циліндричним отвором на внутрішній поверхні якого укріплений індуктор 2 електрогенератора. Він має можливість обертатися на опорно-упорних підшипниках 3 з повітряним зазором щодо шихтованого феромагнітного статора 4 генератора з укладеною в ньому обмоткою 5. Статор нерухомо закріплений на верхній або нижній горизонтальній поперечині прямокутної рами 6, що має можливість вільно повертатися під дією вітрового потоку відносно вертикально встановленої щогли 7. На щоглу співвісно встановлена бічна поперечина 8 рами 6 таким чином, щоб носова частина шнекового ротора була спрямована до щогли. Бічна поперечина 8 рами 6 має в поперечному перерізі крилоподібну форму для запобігання порушення структури повітряного потоку, що набігає на ротор. Робота шнекового вітрогенератора пояснюється Фіг. 1, 2. На початку роботи шнековий вітроротор 1 разом із прямокутною рамою за рахунок флюгерного ефекту встановлюється носом назустріч вітровому потоку. Вітровий потік, 1 UA 88212 U 5 10 15 20 25 30 ударяючись у лопаті вітроротора під визначеним кутом атаки, створює підйомну силу, що є причиною утворення обертаючого моменту ротора. Ротор, обертаючись на опорно-упорних підшипниках 3, встановлених нерухомо на горизонтальній частині прямокутної рами, приводить в обертання індуктор 2. Обертове магнітне поле, що створене індуктором, індукує ЕРС в обмотках статора 4 генератора. Виконання верхньої твірної профілю витка найбільшого діаметра кожної лопаті опуклою в поперечному напрямку з кривизною профілю, яка зменшується до нуля в повздовжньому напрямку лопаті, приводить до появи додаткової підйомної сили. Це відбувається за рахунок того, що повітря є нерозривним середовищем. Тому на верхньому (опуклому) боці твірної профілю повітря рухається з більшою швидкістю, ніж на нижньому боці твірної профілю лопаті. Це призводить до того, що на нижньому боці твірної профілю з'являється надлишковий тиск підпор повітря, на верхньому боці, - навпаки, розрядження. Розрядження буде більше там, де вище швидкість обтікання повітря. Виконання нижньої твірної профілю всіх лопатей увігнутими в поперечному напрямку кожної лопаті, а також виконання на напірній поверхні по всій довжині поперек кожної лопаті кілька щаблів приводить до появи додаткової підйомної сили за рахунок використання енергії відбитого вітрового потоку, який рухається поперек і вздовж лопаті. За рахунок виконання щаблів на лопатях утворюються площини, що приводить до підвищення ефективності повертання ротора на вітер в разі зміни його напряму. Виконання вищезгаданих конструктивних змін вітроротора у порівнянні з прототипом призводить до істотного зниження масогабаритних показників за однакової потужності вітрогенератора. Перевагами шнекового вітрогенератора є зниження масогабаритних показників, підвищення коефіцієнта використання енергії вітрового потоку, підвищення ефективності повороту ротора на вітер при зміні напряму вітрового потоку. Джерела інформації: 1. Вітроротор, винахід, патент Російської Федерації Антонова Ю.М. RU 2148182 від 10.12.1998 р. 2. Модель вітряного ротора, Оніпко О.Ф., Василенко СМ., Оніпко О.А., 8-й міжнародний салон винаходів і нових технологій "Новий час" у м. Севастополі, 2013 р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 1. Шнековий вітрогенератор, що містить конічний шнековий ротор, який відрізняється тим, що ротор виконаний порожнистим зі співвісним циліндричним отвором, на внутрішній поверхні якого укріплений індуктор електрогенератора, при цьому ротор має можливість обертатися на опорно-упорних підшипниках з повітряним зазором щодо шихтованого феромагнітного статора генератора з укладеною в ньому обмоткою, причому статор нерухомо закріплений на верхній або нижній горизонтальній поперечині прямокутної рами, що має можливість обертання під дією вітрового потоку відносно вертикально встановленої щогли. 2. Шнековий вітрогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що верхня твірна профілю кожної лопаті найбільшого діаметра виконана з кривизною профілю, яка зменшується до нуля. 3. Шнековий вітрогенератор за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що нижня твірна профілю всіх лопатей виконана увігнутою в поперечному напрямку лопаті. 4. Шнековий вітрогенератор за пп. 1, 2, 3, який відрізняється тим, що на напірній поверхні по всій довжині поперек кожної лопаті виконані кілька щаблів таким чином, що на початку щаблі кут атаки лопаті збільшений на кілька градусів у порівнянні з вибраним, а наприкінці щаблі йому дорівнює. 2 UA 88212 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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