Вітроустановка для виробництва теплоти

Реферат: Вітроустановка для виробництва теплоти, що включає ротор з валом, на маточині якого жорстко закріплений пусковий ротор, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос та теплогенератор, який виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, розташованого у ємності з теплоносієм, і який, у свою чергу, складається із жорстко закріпленого на валу ротора першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами зі зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, та другого диска, що жорстко прикріплений до ємності з теплоносієм і складається з двох елементів, один з яких являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий - диск з магнітом'якого матеріалу, при цьому обидва елементи жорстко з'єднані між собою без проміжків, причому у першому диску електроіндукційного нагрівача постійні магніти жорстко закріплені по обидві сторони диска, при цьому перший диск розташований поміж, як мінімум, двох других дисків, а пари магнітів над і під першим диском мають однакову полярність. UA 117988 U (12) UA 117988 U UA 117988 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель відноситься до вітроенергетики та може бути використана для забезпечення споживачів тепловою енергією. Відоме технічне рішення "Вітроустановка для виробництва теплоти" [патент України на корисну модель № 92967, бюл. № 17 від 10.09.2014 p.]. Ця вітроустановка для виробництва теплоти складається з ротора з маточиною та пускового ротора Савоніуса, які жорстко закріплені на валу, теплогенератора, що виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача і розміщений в корпусі. В свою чергу, корпус розташований у герметичному ребристому баку з робочою рідиною. Крім того бак у свою чергу розташований у ємності з теплоносієм. У ємності з теплоносієм встановлений теплообмінник та циркуляційний насос, при цьому вхід теплообмінника гідравлічно з'єднаний з виходом циркуляційного насоса, а вихід - з споживачем отриманої теплоти, а сам вал циркуляційного насосу з'єднаний з продовженням валу маточини. З валом маточини також жорстко з'єднаний перший диск електроіндукційного нагрівача, що розташований в корпусі, і виконаний з можливістю обертання разом з валом всередині корпусу. На цьому ж диску жорстко закріплені із зміною полярності постійні магніти. Другий диск електроіндукційного нагрівача жорстко закріплений в корпусі. Цьому технічному рішенню притаманні наступні недоліки. По-перше, електроіндукційний нагрівач має низьку ефективність перетворення механічної енергії в теплову, що призводить до значних габаритів і, відповідно, значної матеріалоємності. По-друге, відоме технічне рішення має значну конструктивну складність, так як електроіндукційний нагрівач розміщується в корпусі, який, в свою чергу, розташований у герметичному ребристому баку з робочою рідиною. Крім того бак, у свою чергу, розташований у ємності з теплоносієм. По-третє, циркуляційний насос з теплообмінником знаходяться у ємності з теплоносієм, що ускладнює їх обслуговування та ремонт. Із відомих пристроїв найбільш близькою за технічною суттю є, вибрана як прототип, "Вітроустановка для виробництва теплоти" [патент України на корисну модель № 112012, бюл. №22 від 25.11.2016 p.]. Ця вітроустановка для виробництва теплоти містить ротор з валом, пусковий ротор, жорстко закріплений на маточині, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос, теплогенератор, який виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, що складається із першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами, розташованими із зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, та другого диска. Другий диск електроіндукційного нагрівача виконаний у вигляді двох дисків, що жорстко з'єднані між собою без проміжків, один з яких, що розташований ближче до постійних магнітів, являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий, що розташований під ним - диск з магнітом'якого матеріалу, при цьому перший диск електроіндукційного нагрівача жорстко закріплений на валу ротора, а другий диск жорстко закріплений у ємності з теплоносієм. При цьому з валом ротора за допомогою трансмісії з'єднаний циркуляційний насос, який розміщений за межами ємності з теплоносієм, та споживачем теплової енергії. Такому технічному вирішенню притаманні наступні недоліки. Насамперед такий електроіндукційний нагрівач має високу питому матеріалоємність (витрати матеріалів на 1 кВт потужності нагрівача), що призводить до значних його масогабаритних показників. В основу корисної моделі установки покладена мета зменшення показників питомої матеріалоємності електроіндукційного нагрівача вітроустановки та зменшення масо-габаритних показників як нагрівача так і вітроустановки в цілому. В даній конструкції пропонується удосконалення електроіндукційного нагрівача, що значно збільшить концентрацію електричної енергії в невеликому об'ємі металу, що нагрівається. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованій вітроустановці для виробництва теплоти, що містить ротор з валом, на маточині якого жорстко закріплений пусковий ротор, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос та теплогенератор, який виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, розташованого у ємності з теплоносієм, і який, у свою чергу, складається із жорстко закріпленого на валу ротора першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами зі зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, та другого диска, що жорстко прикріплений до ємності з теплоносієм і складається з двох елементів, один з яких являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий - диск з магнітом'якого матеріалу, при цьому обидва елементи жорстко з'єднані між собою без проміжків, згідно з корисною моделлю, у першому диску електроіндукційного нагрівача постійні магніти жорстко закріплені по обидві сторони, при цьому перший диск розташований поміж, як мінімум, двох других дисків, а пари магнітів над і під першим диском мають однакову полярність. 1 UA 117988 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Таким чином, таке технічне рішення дозволяє зменшити показники питомої матеріалоємності електроіндукційного нагрівача за рахунок нагрівання одразу декількох поверхонь, і зменшити масогабаритні показники нагрівача і вітроустановки. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, що наведені на фіг. 1 загальний вигляд пристрою; на фіг. 2 - вигляд А за фіг. 1; на фіг. 3 - принципова схема пристрою; на фіг. 4 - переріз Б-Б за фіг. 3. Вітроустановка для виробництва теплоти (див. фіг. 1) складається з ротора 1 з маточиною 2, яка жорстко закріплена на валу 3. З цим же валом 3 жорстко з'єднаний, як мінімум, один перший диск 4 (фіг. 3) електроіндукційного нагрівача, який знаходиться в корпусі з теплоносієм 8. На першому диску 4 жорстко закріплені із зміною полярності постійні магніти 5, тобто магніти розміщені за колом в порядку чергування полюсів. Другий диск електроіндукційного нагрівача складається з двох дисків 6 та 7, один з яких що розташований ближче до постійних магнітів 5, являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу (алюміній, мідь тощо), а другий 7, що розташований під ним, диск з магнітом'якого матеріалу (наприклад, Ст. 3), при цьому обидва диски жорстко з'єднані між собою без проміжків і жорстко закріплені в корпусі з теплоносієм 8. Вал 3 через трансмісію 9 з'єднаний з валом циркуляційного насоса 10, при цьому його вхід гідравлічно з'єднаний з ємністю з теплоносієм 8, а вихід - зі споживачем теплової енергії 11, наприклад радіатором водяного опалення. На маточині 2 також жорстко закріплений пусковий ротор Савоніуса 12. Працює вітроустановка для виробництва теплоти наступним чином. При достатній швидкості вітру (2,5-3 м/с) на пусковому роторі 12 (фіг. 2) з'являється обертовий момент, під дією якого ротор 1 (фіг. 1) починає обертатись. При цьому обертаються маточина 2 і, відповідно, головний вал 3, перші диски електроіндукційного нагрівача 4 та постійні магніти 5 (фіг. 3). Під час обертання диска 4 з жорстко закріпленими постійними магнітами 5 відносно нерухомого диска 6 з немагнітного матеріалу в ньому наводяться вихрові струми (струми Фуко), за рахунок яких він розігрівається. У диску 7 з магнітом'якого матеріалу також наводяться струми Фуко та відбувається його періодичне перемагнічування (за рахунок обертання диску 4 з магнітами 5 і відповідно, періодичної зміни полюсів N та S). Таким чином, за рахунок перемагнічування у диску 7 з магнітом'якого матеріалу виникають додаткові втрати на гістерезис, що відповідно збільшує нагрів диску 7. Струми Фуко залежать від електричного опору матеріалу, який в немагнітному електропровідному матеріалі (наприклад алюміній або мідь з яких виготовлено диск 6) набагато менший, ніж у магнітом'яких матеріалів. Тому струми Фуко в диску 6 будуть значно більшими, що дозволяє зменшити габарити диску 6 і, відповідно, електроіндукційного нагрівача. При цьому необхідно зауважити, що для ефективної теплопередачі від диску до теплоносія необхідно збільшувати площу теплопередачі. Враховуючи те, що вартість немагнітних електропровідних матеріалів (алюміній, мідь) висока, то доцільно збільшувати площу теплопередачі завдяки використанню дешевих магнітом'яких матеріалів, тобто за рахунок диска 7, що виготовлений із магнітом'якого матеріалу. Тим самим збільшується ефективна площа нагрівання. Розміщення магнітів 5 з двох сторін диска 4 та, відповідно, розміщення з двох сторін дисків 5 та 7 дозволяє додатково зменшити габарити і масу індукційного нагрівача за умови зберігання ефективної площі теплообміну. Кількість секцій, що складається з диска 4 з магнітами 5 та дисків 6 і 7 може бути в нагрівачі від одної і більше. Теплота від дисків 6 та 7 передається теплоносію у корпусі 8. Завдяки трансмісії 9 одночасно з обертанням вала 3 починає працювати циркуляційний насос 9 і теплова енергія буде надходити до споживача 11. Таким чином, досить простими засобами досягається поставлена мета - зменшити масогабаритні показники нагрівача. Тобто подвоєння або збільшення потужності в чотири рази (залежно від кількості перших дисків) здійснюється досить простими засобами в тих же габаритах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Вітроустановка для виробництва теплоти, що включає ротор з валом, на маточині якого жорстко закріплений пусковий ротор, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос та теплогенератор, який виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, розташованого у ємності з теплоносієм, і який, у свою чергу, складається із жорстко закріпленого на валу ротора першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами зі зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, та другого диска, що жорстко прикріплений до ємності з теплоносієм і складається з двох елементів, один з яких являє собою диск з 2 UA 117988 U 5 немагнітного електропровідного матеріалу, а другий - диск з магнітом'якого матеріалу, при цьому обидва елементи жорстко з'єднані між собою без проміжків, яка відрізняється тим, що у першому диску електроіндукційного нагрівача постійні магніти жорстко закріплені по обидві сторони диска, при цьому перший диск розташований поміж, як мінімум, двох других дисків, а пари магнітів над і під першим диском мають однакову полярність. 3 UA 117988 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4