Вітродвигун

Реферат: Вітродвигун містить встановлене на валу робоче колесо з горизонтальною віссю обертання, лопаті, встановлені з ексцентриситетом на махах робочого колеса з можливістю обертання навколо своєї повздовжньої осі на кут від 0 до 45 градусів. Лопаті виконані з окремих, розділених втулками, секцій, кожна з яких встановлена на підшипниках на ділянці маху. UA 112368 C2 (12) UA 112368 C2 UA 112368 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонований винахід належить до вітроенергетики і може бути використаний у вітродвигунах з горизонтальною віссю обертання для підвищення коефіцієнта використання потужності вітру. Відомий вітродвигун [1], який містить механізм регулювання кутів встановлення лопатей, що обертаються навколо своєї повздовжньої осі, представлений системою взаємодіючих пружин, одна з яких закріплена на валу його осі обертання, а інша - в опорній частині механізму, важелів, які шарнірно з'єднані один з одним та з лопатей, а з іншої - на опорній частині механізму, між опорною частиною та важелем якого закріплений синхронізатор. Недоліки цього вітродвигуна: - наявність рухливих елементів, таких як пружини та важелі, що негативно впливає на балансування колеса в цілому; - вітродвигун призначено для регулювання тільки однієї частоти обертання вала за умовою, що швидкість вітру буде вища чи рівна розрахунковій; - форма лопатей є незмінною і розрахована на задану швидкість вітру, при швидкостях вітру нижче розрахункових їх форма не оптимальна, що різко знижує коефіцієнт використання потужності вітру. Найбільш близьким за сукупністю ознак до винаходу є вітродвигун з самоналаштуванням лопатей [2], що включає робоче колесо з горизонтальною віссю обертання, лопаті якого встановлені з ексцентриситетом на махах робочого колеса з можливістю повертання навколо своєї поздовжньої осі на кут від 0 до 45 градусів. Недоліки прототипу: - у зв'язку з тим, що кожна лопать встановлена на махах з ексцентриситетом і має дві нерівні площини відносно своєї повздовжньої осі, при роботі колеса сила вітру, яка утворює крутний момент, та сила опору обертанню лопаті від зустрічного потоку повітря діють в протилежних напрямках, намагаючись повернути лопать відносно її осі. У початковий період, набігаючий потік повітря повертає лопать до упора, встановленого на маху, на кут α = 45° відносно площини обертання колеса та утворює крутний момент, під натиском якого починає обертатися колесо. При цьому, швидкість обертання збільшується, що викликає збільшення опору від зустрічного потоку повітря та призводить до повороту лопаті і зменшення кута α. Це, в свою чергу, зменшує крутну силу. Коли крутна сила і сила опору врівноважаться, лопать встановлюється під певним кутом α і швидкість оберту колеса стане постійною і максимальною для даної швидкості вітру. Форма його лопатей по всій довжині є незмінною. Це не враховує той факт, що сила вітру діє на кожну частку лопаті однаково, а сила опору обертанню від зустрічного потоку повітря залежить від радіуса обертання частки. Тому, аеродинамічне самоналаштування лопатей виконується під дією усереднених сил без урахування радіусу обертання кожної частки лопаті, що знижує коефіцієнт використання потужності вітру. Задача винаходу - створення вітродвигуна, в якому, шляхом виконання лопатей з незалежних секцій, розташованих з ексцентриситетом відносно осі маху, забезпечено адаптацію кожної секцій до швидкості вітру по всій довжині лопаті, що підвищує коефіцієнт використання потужності вітру. Поставлена задача вирішується тим, що в вітродвигуні, на валу якого встановлено робоче колесо з горизонтальною віссю обертання, лопаті, встановлені з ексцентриситетом на махах робочого колеса з можливістю обертання навколо своєї повздовжньої осі на кут від 0 до 45 градусів, згідно з винаходом, лопаті виконані з окремих, розділених втулками, секцій, кожна з яких встановлена на підшипниках на ділянці маху. Технічний ефект, який досягається винаходом, полягає у тому, що кожна секція лопаті, в зв'язку з наявністю ексцентриситету, повертається відносно осі маху під дією на неї силу вітру, з одного боку, та силу опору обертанню секції від зустрічного потоку повітря з другого, та самоналаштовується під оптимальним кутом атаки, а вся лопать приймає інтегральний профіль, що забезпечує підвищення коефіцієнта використання потужності вітру вітродвигуном. Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому зображено вітродвигун, на валу 1 якого встановлено робоче колесо 2 з горизонтальною віссю обертання, лопаті якого виконані з окремих секцій 3, кожна з яких вільно встановлена на ділянці маху 4 з ексцентриситетом відносно його осі з можливістю повороту на кут від 0 до 45 градусів відносно площини обертання колеса в межах розміщення упорів 5 і 6 між секціями 3, які повертаються на підшипниках 7, розміщені розділові втулки 8, які зафіксовані на махові 4, який з'єднано з валом колеса 1, встановленого на підшипниках 9. Вітродвигун працює наступним чином. При появі вітру, кожна розташована на робочому колесі 1, секція 3 лопаті під дією сили Qвп (Фіг. 2) повертається відносно осі маху 4, бо вона встановлена з ексцентриситетом і на неї діють дві нерівні сили вітру, пропорційні площинам 1 UA 112368 C2 5 10 15 поверхонь секції 2, які розташовані по обидві сторони від осі маху 4. При стиканні з упором 6, секція 2 влаштовується під кутом 45 градусів відносно площини обертання колеса 2 і вітровий потік починає обертати його з силою Qk. При цьому, швидкість обертання зростає, що викликає зростання опору від зустрічного потоку повітря Qп. Дві сили Qk і Qп, які направлені одна назустріч іншій, діють на секцію 3, та повертають її відносно осі маху 4 до установлення рівноваги між ними, в результаті чого, секція 3 самоналаштовується під оптимальним кутом α відносно площини обертання колеса 1, забезпечуючи максимальну швидкість його обертів. При зміні швидкості вітру чи навантаження на валу 1 вітродвигуна - змінюється швидкість обертання колеса 2 і кожна секція 3 самоналаштовується під другим кутом α, залежно від радіуса її обертання і, зв'язаного з цим, опором зустрічного потоку повітря. Таким чином, утворюється оптимальний інтегральний профіль виконаних з секцій лопатей та забезпечується максимальний коефіцієнт використання потужності вітрового потоку при змінах швидкості вітру та навантаження на валу вітродвигуна. Джерела інформації: 1. Патент України № 102458. Вітроенергетична установка; F03D 1/06 (2006.01), F03D 7/02 (2006.01); 10.07.2013. 2. Оборский Г.А. Методика расчета ветроколеса с самонастраиваемой лопастью / Г.А. Оборский, Б.А. Моргун, А.Н. Бундюк // Пр. Одес. політехн. ун-ту. - Одеса, 2014. Вип. 2(44) - С. 116-121. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 Вітродвигун, що містить встановлене на валу робоче колесо з горизонтальною віссю обертання, лопаті, встановлені з ексцентриситетом на махах робочого колеса з можливістю обертання навколо своєї повздовжньої осі на кут від 0 до 45 градусів, який відрізняється тим, що лопаті виконані з окремих, розділених втулками, секцій, кожна з яких встановлена на підшипниках на ділянці маху. 2 UA 112368 C2 3 UA 112368 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко 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