Вітроелектрична установка для виробництва теплоти

Реферат: Вітроустановка для виробництва теплоти містить ротор з маточиною, яка жорстко закріплена на валу, циркуляційний насос та теплогенератор, виконаний як електроіндукційний нагрівач, що у свою чергу складається із закріпленого у корпусі з можливістю обертання першого диска з закріпленими на ньому постійними магнітами, який жорстко з'єднаний з валом, та другого диска, що нерухомо закріплений у корпусі. Ротор вітроустановки кінематично з'єднаний з синхронним генератором зі збудженням від постійних магнітів, вихід якого електрично з'єднаний із входом асинхронного електродвигуна, що жорстко встановлений на корпусі і своїм валом з'єднаний з валом електроіндукційного нагрівача. UA 118922 U (54) ВІТРОЕЛЕКТРИЧНА УСТАНОВКА ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ТЕПЛОТИ UA 118922 U UA 118922 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вітроенергетики та може бути використана для виробництва теплоти за допомогою вдосконалення вітроустановки та для забезпечення споживачів теплотою. Відоме технічне рішення вітродвигуна згідно з А.С. СРСР № 1553757 [бюл. № 12, 30.03.90 p.], який окрім електроенергії при швидкості вітру вище розрахункової за допомогою відцентрової муфти додатково під'єднує вертикальний вал, що у свою чергу жорстко з'єднаний з механічною мішалкою. Мішалка, таким чином, перемішує робочу рідину і за рахунок тертя нагріває її. Мішалка і порожнина з робочою рідиною розташовані у трубчастій опорі вітродвигуна. Цей пристрій має ряд недоліків. Так, наявність мультиплікатора вимагає постійної перевірки ущільнень та їхню заміну, періодичне доливання та заміну оливи. Пошкодження ущільнень у місці виходу вертикальної тяги з корпусу мультиплікатора приводить до попадання оливи на ґрунт і в воду. Виготовлення мультиплікатора потребує наявності спеціального ливарного та зубонарізного обладнання. Порожнина, в якій розташована мішалка - це опора вітродвигуна. Тому вертикальний вал, що приводить її в дію, потребує додаткових ущільнень. Крім того, доступ до мішалки ускладнений. Із відомих пристроїв найбільш близькою за технічною суттю є вибрана як найближчий аналог вітроустановка для виробництва теплоти за патентом України на корисну модель № 92967 (бюл. № 17, 10.09.2014 p.). Ця вітроустановка для виробництва теплоти складається з ротора з маточиною, що закріплені на вертикальному валу. З цим же валом жорстко з'єднаний перший диск, який розташований в корпусі і виконаний з можливістю обертання разом з валом всередині корпусу. На ньому жорстко закріплені із зміною полярності постійні магніти, тобто магніти розміщені за колом в порядку чергування полюсів. В цьому ж корпусі жорстко закріплений другий диск. Корпус, в якому розташовані диски, знаходиться у герметичному ребристому баку з робочою рідиною. Крім того ребристий бак у свою чергу розташований у ємності з теплоносієм. У ємності з теплоносієм встановлений теплообмінник, вхід якого гідравлічно з'єднаний з виходом циркуляційного насоса, а вихід з споживачем отриманої теплоти, наприклад радіатором водяного опалення. При цьому вал циркуляційного насоса жорстко з'єднаний з продовженням вала. На маточині також жорстко закріплений пусковий ротор Савоніуса. Цьому технічному рішенню притаманні наступні недоліки. По-перше, відоме технічне рішення не дозволяє ефективно використовувати вітроустановку по тій причині, що вал ротора безпосередньо зв'язаний з валом теплогенератора. Тобто вітроустановка повинна розміщуватись або на конструкції будинку, або в безпосередній близькості від нього для того щоб зменшити теплові та гідравлічні втрати. При цьому, зазвичай, будинки знаходяться в низині, де швидкості вітру нижчі, чим, наприклад, на рівнині чи на пагорбах. Також, зазвичай, навколо будинків знаходяться дерева, що призводить до затінення ротора та завихрення вітрового потоку і знижує ефективність вітроустановки. По-друге. Так як вал ротора вітроустановки безпосередньо зв'язаний з валом теплогенератора, то навантаження та вібрації від нього будуть передаватись на теплогенератор, що потребує посилення його конструкції та знижує його надійність. Крім того, безпосередній зв'язок вертикального вала з теплогенератором створює певні незручності під час проектування та монтажу системи і, таким чином, обмежує сферу застосування подібних систем. В основу корисної моделі установки покладена задача розширення сфери застосування установки, підвищення її ефективності та надійності для отримання теплоти за рахунок перетворення енергії повітряного потоку в теплову енергію. При цьому заміна безпосереднього кінематичного зв'язку на електричний знімає низку проблем щодо взаємного розташування вітроустановки та споживача теплової енергії, чим розширює сферу її застосування. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованій вітроустановці для виробництва теплоти, що містить ротор з маточиною, яка жорстке закріплена на валу, циркуляційний насос та теплогенератор, виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, що у свою чергу складається з закріпленого у корпусі з можливістю обертання першого диска з закріпленими на ньому постійними магнітами, який жорстко з'єднаний з валом, та другого диска, який нерухомо закріплений у корпусі, згідно з корисною моделлю, ротор вітроустановки кінематично з'єднаний з синхронним генератором зі збудженням від постійних магнітів, вихід якого електрично з'єднаний зі входом асинхронного електродвигуна, що нерухомо встановлений на корпусі і своїм валом з'єднаний з валом електроіндукційного нагрівача. 1 UA 118922 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Запропонована конструкція завдяки гнучкому електричному зв'язку між вітроустановкою та теплогенератором дозволяє значно спростити проектування, монтаж та обслуговування системи опалення, а також спростити саму її конструкцію і, таким чином, підвищити надійність. Справа в тому, щоб забезпечити режим постійного обертального моменту на валу звичайного асинхронного електродвигуна змінного струму необхідно виконати умову, щоб квадрат відношення напруги, що подається, до частоти струму було величиною постійною. Саме така властивість притаманна синхронному генератору зі збудженням від постійних магнітів. Якщо три фази такого генератора напряму з'єднати з обмотками асинхронного електродвигуна, то отримаємо так званий "електричний вал", в якому оберти генератора будуть відслідковуватись електродвигуном. Тобто, чим швидше обертається ротор вітроустановки, тим швидше обертається вал електродвигуна, а значить і теплогенератора. Навіть дуже незначна в порівнянні з номінальною швидкість вітру сприяє виконанню корисної роботи (обертання вала теплогенератора), для якого не так важливі оберти, як створення необхідного обертального моменту, що має постійне значення у всьому діапазоні кутових швидкостей ротора вітроустановки (швидкостей вітру). Отже, використання синхронного генератора зі збудженням від постійних магнітів у парі з асинхронним двигуном змінного струму дасть змогу забезпечити отримання теплоти навіть при незначній кутовій швидкості ротора вітроустановки. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, які наведені на фіг. 1 та на фіг. 2. Вітроустановка для виробництва теплоти (див. фіг. 1, 2) складається з ротора 1 з маточиною 2, яка жорстко закріплена на валу 3. З цим же валом жорстко з'єднаний вал синхронного електрогенератор зі збудженням від постійних магнітів 4. Вихід генератора 4 електричним кабелем з'єднаний з асинхронним електродвигуном 5, який жорстко закріплений на корпусі 6 електроіндукційного нагрівача. Електроіндукційний нагрівач являє собою конструкцію, яка складається з корпусу 6 та двох дисків 7 і 8, що розміщуються в корпусі 6 з робочою рідиною. Перший диск 7 виконаний з можливістю обертання навколо власної осі і жорстко з'єднаний з валом електроіндукційного нагрівача, який у свою чергу жорстко з'єднаний з валом електродвигуна 5. На першому диску 7 також жорстко закріплені постійні магніти із зміною полярності, тобто магніти розміщені за колом в порядку чергування полюсів. Другий диск 8 нерухомо закріплений у корпусі 6. Корпус електроіндукційного нагрівача 6 розташований у ємності з теплоносієм 9. У ємності з теплоносієм 9 встановлений теплообмінник 10, вхід якого гідравлічно з'єднаний з виходом циркуляційного насоса 11, а вихід - з споживачем отриманої теплоти 12 (див. фіг. 1), наприклад, радіатором водяного опалення. При цьому вал циркуляційного насоса 11 жорстко з'єднаний з продовженням вала електроіндукційного нагрівача. Працює вітроустановка для виробництва теплоти наступним чином. При достатній швидкості вітру (більше ніж 3,5 м/с) на роторі 1 з маточиною 2 (фіг. 2) з'являється обертовий момент, під дією якого ротор 1 починає набирати оберти до розрахункової (номінальної) швидкохідності. При цьому обертаються маточина 2, головний вал 3 та ротор генератора 4. Генератор 4 починає генерувати електричну енергію. При цьому квадрат відношення напруги, що генерується, до частоти струму є величиною постійною. Ця енергія електричним кабелем подається на клеми статора асинхронного електродвигуна 5. За таких умов вал електродвигуна 5 починає обертатись в режимі постійного обертального моменту. Починає обертатись перший диск 7 та постійні магніти відносно другого диска 8 та вал циркуляційного насоса 11. Обертаючись, перший диск 7, завдяки постійним магнітам наводять струми Фуко на другому диску 8, що призводить до його нагрівання. Теплота від диска 8 передається робочій рідині у корпусі 6, яка в свою чергу нагріває теплоносій у ємності 9. Далі ця теплота через теплообмінник 10 переноситься теплоносієм завдяки циркуляційному насосу 11 до споживача теплоти 12. Таким чином вирішується поставлена задача - розширення сфери застосування та діапазону робочих швидкостей вітру, створення простої і надійної конструкції для отримання теплоти за рахунок перетворення енергії повітряного потоку в теплову енергію. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Вітроустановка для виробництва теплоти, що містить ротор з маточиною, яка жорстко закріплена на валу, циркуляційний насос та теплогенератор, виконаний як електроіндукційний нагрівач, що у свою чергу складається із закріпленого у корпусі з можливістю обертання першого диска з закріпленими на ньому постійними магнітами, який жорстко з'єднаний з валом, 2 UA 118922 U та другого диска, що нерухомо закріплений у корпусі, яка відрізняється тим, що ротор вітроустановки кінематично з'єднаний з синхронним генератором зі збудженням від постійних магнітів, вихід якого електрично з'єднаний із входом асинхронного електродвигуна, що жорстко встановлений на корпусі і своїм валом з'єднаний з валом електроіндукційного нагрівача. 3 UA 118922 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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