Вітроенергетична установка з покращеними аеродинамічними властивостями

Реферат: UA 109234 U UA 109234 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв, призначених для перетворення енергії вітру на механічну, і може бути використана в енергетиці, водопостачанні, а також в інших областях техніки. Найбільш близьким за технічними ознаками до пристрою, що пропонується, є вітродвигун з вертикальним ротором, який містить вертикальну нерухому вісь з розташованим на ній ротором. До втулки ротора, яка має можливість обертатися у підшипникових вузлах, жорстко прикріпленні траверси. На траверсах встановлені осі, на яких містяться втулки з можливістю обертання, а до втулок під'єднані лопаті. На траверсах встановлені стержні, які перешкоджають повороту лопатей навколо горизонтальних осей у робочому положенні, а лопаті виконані з малим відношенням висоти лопаті до її ширини. При цьому, при натікаючому потоку повітря, лопаті які знаходяться на одній частині ротора, повертаються навколо горизонтальних осей, займаючи горизонтальне положення, і пропускають потік повітря, а лопаті, які знаходяться на іншій частині ротора опираються на стержні і сприймають потік повітря, внаслідок чого ротор починає обертатись [Опис до патенту на корисну модель UA № 83687 F03D 3/00 від 25.09.2013, Бюл. № 18]. До недоліків такого вітродвигуна слід віднести складність конструкції ротора, який містить розміщені на траверсах лопаті з можливістю обертання навколо горизонтальних осей та їх технічного обслуговування, що обумовлено необхідністю періодичного змащування мастилом рухомих поверхонь втулок, до яких прикріплені лопаті, а також виникненням динамічних ударів лопатей по стержням при опусканні лопатей в робоче положення, що призводить до збільшення динамічних навантажень на підшипниковий вузол втулки ротора. А також при обертанні ротора виникають коливання лопатей, що призводить до підвищення шумності вітродвигуна. В основу корисної моделі поставлена задача створення вітродвигуна, нове виконання якого дозволить підвищити його надійність, зменшити аеродинамічний опір лопатей набігаючому повітряному потоку, уникнути динамічних ударів, а також спростити його технічне обслуговування та понизити шумність при роботі. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у вітродвигуні з вертикальним ротором, який містить вертикальну нерухому вісь з розташованим на ній ротором, до втулки якого жорстко прикріплені траверси з розміщеними на них лопатями, згідно з корисною моделлю, до вала вітродвигуна, встановленого у підшипниковому вузлі з можливістю обертання, кріпляться лопаті прямокутної форми з випуклою лобовою поверхнею. В лопатях розміщуються аеродинамічні вентилі, які не містять рухомих механічних частин. Корпус кожного аеродинамічного вентиля складається з трьох камер, сполучених послідовно між собою отворами, причому центральна камера являє собою напівсферу, в середній осьовій частині якої встановлений завихрювач повітряного потоку. До центральної камери з діаметрально протилежних її сторін під'єднані впускна і випускна камери, які мають конусоподібну форму. Конус впускної камери під'єднаний до випуклої поверхні центральної камери вузькою частиною, а поверхня конуса випускної камери є продовженням поверхні центральної камери. Застосування вітроенергетичної установки, що пропонується, дозволяє забезпечити наступний технічний результат: - підвищується надійність конструкції вітродвигуна; - зменшується аеродинамічний опір лопатей вітроколеса натікаючому повітряному потоку; - не виникають динамічні удари на підшипниковий вузол ротора вітроколеса при його обертанні; Крім цього спрощується технічне обслуговування та ремонт установки, а також її шумність при роботі На фіг. 1 схематично зображений вітродвигун установки, що пропонується. На фіг. 2 показана схема розміщення аеродинамічних вентилів у профілі лопаті. На фіг. 3 схематично показана будова аеродинамічного вентиля. На фіг. 4 показана схема взаємодії натікаючого повітряного потоку з елементами аеродинамічного вентиля, який не містить рухомих механічних частин. Вітроенергетична установка містить карусельне лопатеве вітроколесо 1 з вертикальним валом обертання 2, встановленим в підшипниковому вузлі 3 з можливістю обертання. В прямокутній лопаті 4 з випуклою лобовою поверхнею розміщені аеродинамічні вентилі 5, корпус кожного з яких складається з трьох камер, сполучених між собою отворами. Центральна камера 6 являє собою напівсферу, в середній осьовій частині якої встановлений завихрювач повітряного потоку 9. До цієї камери з діаметрально протилежних її сторін під'єднані впускна 7 і випускна 8 камери, що мають конусоподібну форму, конус впускної камери 7 під'єднаний до випуклої поверхні центральної камери 6 вузькою частиною, а поверхня конуса випускної камери 8 є продовженням поверхні центральної камери 6. 1 UA 109234 U 5 10 15 20 Запропонована вітроенергетична установка працює таким чином: при взаємодії натікаючого повітряного потоку з лопатями вітродвигуна 4 вітроколесо 1 буде обертатися навколо вертикальної осі. Випукла форма лобової поверхні лопатей 4 забезпечує зменшення аеродинамічного опору натікаючому вітровому потоку. Крім цього аеродинамічні вентилі 5, які розміщені в лопатях 4, також забезпечують зменшення аеродинамічного опору. Вхідна камера 7 аеродинамічного вентиля 5 за рахунок своєї конусоподібної форми збільшує швидкість повітряного потоку у вході центральної камери 6. Прискорений повітряний потік в центральній камері 6 взаємодіє з направляючими поверхнями завихрювача 9, змінює свій напрям і направляється по дотичним до внутрішньої конусоподібної поверхні вихідної камери 8. Внаслідок цього у вихідній камері 8 формується вихровий потік повітря, який рухається в напрямі до вихідного отвору по спіралевидній траєкторії, витки якої зменшуються в напрямі до вихідного отвору камери. При обертанні по спіралевидній траєкторії повітряний потік притискується до внутрішньої конусоподібної поверхні вихідної камери 8. Внаслідок цього в осьовій частині вихідної камери 8 утворюється зона пониженого тиску, в яку засмоктується повітря із вхідної 7 та центральної камер 6. Таким чином вихідна камера 8, в якій виникає спіралевидний вихровий потік повітря, виконує роль спонукача руху повітря від вхідного отвору до вихідного отвору аеродинамічного вентиля, що забезпечує значну повітропропускну здатність аеродинамічного вентиля при натіканні повітряного потоку на його вхідний отвір. При натіканні повітряного потоку на вихідний отвір аеродинамічного вентиля в порожнинах вентиля виникає турбулентний потік повітря, що призводить до виникнення значного аеродинамічного опору, внаслідок чого створюється низька повітропропускна здатність вентиля. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Вітроенергетична установка, що містить карусельне лопатеве вітроколесо з вертикальним валом обертання, встановленим у підшипниковому вузлі з можливістю обертання, яка відрізняється тим, що в прямокутних лопатях з випуклою лобовою поверхнею розміщені аеродинамічні вентилі, корпус кожного з яких складається із трьох камер, сполучених послідовно між собою отворами, причому центральна камера являє собою напівсферу, в середній осьовій частині якої встановлений завихрювач повітряного потоку, до якої з діаметрально протилежних її сторін під'єднані впускна і випускна камери, що мають конусоподібну форму, конус впускної камери під'єднаний до випуклої поверхні центральної камери вузькою частиною, а поверхня конуса випускної камери є продовженням поверхні центральної камери. 2 UA 109234 U 3 UA 109234 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4