Освітлювальна вітроенергетична установка

Реферат: Освітлювальна вітроенергетична установка містить вертикально-осьову вітроенергетичну установку, розміщену на щоглі, з’єднану з акумуляторною батареєю, блок управління системою освітлення і освітлювальні лампи. Кожна лопать розчленована по висоті на окремі частини, кожна з яких зміщена на певний кут відносно сусідньої частини. Освітлювальні лампи розташовані в лопатях вертикально-осьової вітроенергетичної установки, аеродинамічні поверхні яких виконані із прозорого або напівпрозорого матеріалу. Внутрішні площини не аеродинамічних поверхонь лопатей покриті світловідбиваючим матеріалом. Верхня частина щогли виконана тикою, що обертається разом із лопатями вітроенергетичної установки. Нижня частина щогли виконана нерухомою і в ній розміщений акумулятор, а зверху електрогенератор, нерухомий статор якого розміщений безпосередньо у щоглі, а ротор - на осі обертання частини щогли, що обертається. Аеродинамічні поверхні лопатей виконані змінними, наприклад у вигляді кришки аеродинамічного профілю для можливості заміни освітлювальної лампи. UA 120285 U (54) ОСВІТЛЮВАЛЬНА ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНА УСТАНОВКА UA 120285 U UA 120285 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області вітротехніки, а саме до автономних систем освітлення на основі вертикально-осьових вітроенергетичних установок, і може бути використана для перетворення енергії вітру в електроенергію з можливістю її подальшого використання для освітлення місцевості або об'єктів без передачі від освітлювальної установки. Відома вітроенергетична установка ортогонального типу з вертикальною віссю обертання, що містить вал, вертикально встановлені паралельні лопаті аеродинамічного профілю, розташовані на однаковій відстані від осі обертання і пов'язані з валом, електрогенератор [http://energylogia.com/home/avtonomnost/vetroenergetica.html, дата входу на сайт: 8.06.2016 p.] Недоліком відомої конструкції вітроенергетичної установки слід вважати порівняно високу вартість доставки споживачеві отриманої електроенергії при значній віддаленості місць розміщення такої вітроенергетичної установки, оскільки передача електроенергії відбувається по дротах. При цьому, крім виробництва електроенергії, відома установка не здатна виконувати інші додаткові корисні функції. Таким чином експлуатація відомої вітроенергетичної установки не завжди є рентабельною. Відома також освітлювальна вітроенергетична установка, яка містить переважно вертикально-осьову вітроенергетичну установку, поєднану з акумуляторною батареєю, блок управління системою освітлення і принаймні одну освітлювальну лампу [див. пат. України № 9 43411 за класами МПК F21L 13/00, F21S 9/00, F03D 9/00, опублікований 10.08.2009 року в Бюл. № 15]. Одним із основних недоліків відомого технічного рішення є обмежена область застосування - система призначена виключно для освітлення рекламних об'єктів (вивісок та рекламних щитів). Також серед недоліків слід вказати складність і масивність конструкції, а також складність монтажу окремих елементів системи на рекламному об'єкті з використанням кріпильних елементів. Найбільш близькою за своєю суттю та ефектом, що досягається, і яка приймається за найближчий аналог, є освітлювальна вітроенергетична установка, що містить переважно вертикально-осьову вітроенергетичну установку, ротор якої складається з двох діаметрально протилежних лопатей, встановлених на радіальних пілонах, та розміщений на щоглі, з'єднаний з акумуляторною батареєю, блок управління системою освітлення та освітлювальні лампи, причому освітлювальні лампи розташовані в лопатях вертикально-осьової вітроенергетичної установки, аеродинамічні поверхні яких виконані із прозорого або напівпрозорого матеріалу, а внутрішні площини не аеродинамічних поверхонь лопатей покриті світловідбиваючим матеріалом, наприклад алюмінієвою фольгою, при цьому верхня частина щогли виконана такою, що обертається разом ротором вітроенергетичної установки, а нижня частина щогли виконана нерухомою і знизу в ній розміщений акумулятор для накопичення електроенергії в денний час доби, а зверху цієї частини щогли - електрогенератор, нерухомий статор якого розміщений безпосередньо в нерухомої частини щогли, а ротор - на осі обертання обертової частини щогли [див. пат. України № 113625 за класами F03D 9/00, F03D 9/10, F21L 13/00, F21S 9/00, опублікований 10.02.2017 року в Бюл. № 3]. Основним недоліком відомого технічного рішення є невдосконаленість конструкції ротора вітроенергетичної установки. Цей недолік обумовлений тим, що ротор містить всього дві вертикальні лопаті, а отже, при невдалому їх розташуванні відносно напряму вітрового потоку (площинами до потоку), то для початку обертання ротора, його треба примусово "запустити" (ротор треба штовхнути), щоб лопаті змінити свою орієнтацію відносно напряму вітрового потоку. Враховуючи, що ротор знаходиться високо на щоглі, це зробити важко, оскільки людині дотягнутися рукою до ротора неможливо. Треба використовувати якусь щонайменше палицю, а якщо таких установок багато, погодимось, це повинна бути особа, яка буде обслуговувати освітлювальні вітроенергетичні установки. Цей недолік викликаний тим, що лопаті ротора мають суцільну конструкцію та за всією своєю висотою спрямовані вертикально. Другим суттєвим недоліком відомого технічного рішення є те, що акумулятор розташований в нижній частині щогли, тобто біля землі, а отже до нього є доступ будь-кому. По-перше, це небезпечно, якщо людина заради цікавості почне торкатися струмопровідних частин, що може викликати або його враження електрострумом, або викликати коротке замкнення, що приведе до виходу зі строю електросистеми освітлювальної установки. По-друге, вільний доступ до акумулятора зловмисників сприятиме їх розкраданню. У обох випадках освітлення місцевості вітроенергетичною установкою тимчасово буде порушено. Третім суттєвим недоліком відомого технічного рішення є те, що ротор даної конструкції (з двома лопатями) порушує суцільність світового потоку. При обертанні лопатей, лампи, через зміну своєї кутової орієнтації, одну й ту ж саму ділянку то освітлюють, то ні. Отже ділянка буде постійно освітлюватися ніби мерехтливим світлом, що приводить до невиправданого 1 UA 120285 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 додаткового навантаження на очі, прискорюючи їх стомлення, а отже, загалом, призводить до погіршення зору та до загального роздратування. В основу заявленої корисної моделі поставлена задача подальшого удосконалення освітлювальної вітроенергетичної установки, за рахунок згладжування мерехтіння світла та запобігання можливості контакту з акумулятором, шляхом виконання лопатей ступеневими за діаметром обертання ротора, причому кожна ступінь лопаті розташована на власному пілоні, а також підняття акумулятора догори для обмеження можливого контакту з ним пішоходами, дітьми, потенційними зловмисниками. Поставлена задача вирішується тим, що у освітлювальній вітроенергетичній установці, що містить вертикально-осьову вітроенергетичну установку, ротор якої складається з двох діаметрально протилежних лопатей, встановлених на радіальних пілонах, та розміщений на щоглі, з'єднаний з акумуляторною батареєю, блок управління системою освітлення та освітлювальні лампи, причому освітлювальні лампи розташовані в лопатях вертикально-осьової вітроенергетичної установки, аеродинамічні поверхні яких виконані із прозорого або напівпрозорого матеріалу, а внутрішні площини не аеродинамічних поверхонь лопатей покриті світловідбиваючим матеріалом, наприклад алюмінієвою фольгою, при цьому верхня частина щогли виконана такою, що обертається разом ротором вітроенергетичної установки, а нижня частина щогли виконана нерухомою і знизу в неї розміщений акумулятор для накопичення електроенергії в денний час доби, а зверху цієї частини щогли - електрогенератор, нерухомий статор якого розміщений безпосередньо в нерухомої частини щогли, а ротор - на осі обертання обертової частини щогли, згідно з корисною модделлю, кожна з двох лопатей розчленована на окремі складові зі зміщенням кожної наступної частини за діаметром обертання ротора на певний кут, причому кожна частина лопаті розташована на власному пілоні, а також разом всі частини двох лопатей перекривають діаметр ротора, крім того акумулятор розташований безпосередньо під електрогенератором, тобто у верхній частині нерухомої частини щогли. Завдяки тому, що лопаті розчленовані на окремі частини, а кожна частина лопаті зміщена відносно сусідньої частини, лопать загалом стає ніби похилою та перекриває половину ротора. Це дозволяє перерозподілити світловий потік, а отже зробити його більш рівномірним та саме так забезпечити стабільність освітлення кожної ділянки території, яка потрапляє у зони досягнення світловодого потоку. З цієї ж самої причини (розчленування лопатей), хоча б одна їх частина завжди опиниться уздовж напряму вітрового потоку, що дозволяє ротору самостійно запускатися у обертальний рух, а отже, немає необхідності у примусовому початку його роботи. Завдяки тому, що акумулятор піднятий догори, доступ до нього стає обмеженим, а отже знижується ймовірність розкрадання цього пристрою та враження електричним струмом, що робить пропоновану вітроенергетичну установку більш безпечною та більш захищеною. Отже, сукупність суттєвих ознак, отриманих завдяки внесенню відповідних конструктивних змін у лопаті ротора, а також у місці розташування акумулятора, дозволила зробити освітлювальну установку більш захищеною, забезпечити рівномірність освітлення та автоматичність запуску ротора у обертальний рух, тобто досягти очікуваного технічного результату, сформульованого у постановці задачі. Подальша суть запропонованого технічного рішення пояснюється спільно з ілюстративним матеріалом, на якому зображена загальна схема запропонованої освітлювальної вітроенергетичної установки з двома лопатями, розчленованими на три частини зі зміщенням кожної частини на ширину лопаті. Запропонована освітлювальна вітроенергетична установка складається безпосередньо з вітроенергетичної установки ортогонального типу, розміщеної на щоглі. Лопаті ротора розчленовані на три частини 1 зі зміщенням кожної частини 1 відносно суміжної. Кожна частина 1 лопатей має аеродинамічний профіль і жорстко прикріплена за допомогою радіального пілону 2 до вертикальної щогли. Аеродинамічні поверхні кожної частини 1 лопатей виконані у вигляді кришок 3 із прозорого або напівпрозорого матеріалу. Внутрішні площини не аеродинамічних поверхонь основних частин 1 лопатей покриті світловідбиваючим матеріалом 4, наприклад алюмінієвою фольгою. Освітлювальні лампи 5 розташовані у кожній частині 1 лопатей вертикально-осьової вітроенергетичної установки. Верхня частина 6 щогли виконана такою, що обертається разом із частинами 1 лопатей вітроенергетичної установки. Нижня частина 7 щогли виконана нерухомою і в ній (знизу) розміщений акумулятор 8 для накопичення електроенергії в денний час доби. Зверху нижньої частини 7 щогли розміщений блок управління 9 системою освітлення та електрогенератор 10. Електрогенератор 10 має нерухомий статор, розміщений безпосередньо в нижній частині 7 щоглі, а ротор - на осі обертання верхньої обертовій частини 6 щогли. Запропонована освітлювальна вітроенергетична установка працює в такий спосіб. 2 UA 120285 U 5 10 15 20 25 Під дією вітру частини 1 лопатей вітроенергетичної установки обертаються, електрогенератор 10 виробляє електроенергію, яка накопичується в акумуляторі 8, таким чином заряджаючи його. При цьому блок управління 9 системою освітлення з'єднує акумулятор 8, наприклад по сигналу датчика освітленості (не показаний), з освітлювальними лампами 5. Останні освітлюють місцевість (територію). Суттєва відмінність запропонованого технічного рішення, у порівнянні з відомими, полягає в тому, що лопаті розчленовані на окремі аеродинамічні частини, які разом перекривають повністю діаметр ротора, а також в тому, що акумулятор та блок управління підняті доверху. Вказані відмінності, у сукупності, стабілізують роботу вітроенергетичної установки, створюють освітлення більш лагідним, а також виключають можливість випадкового чи навмисного доступу випадкових осіб до електросистеми вітроенергетичної установки. Жодна з відомих освітлювальних вітроенергетичних установок не може водночас володіти всіма переліченими властивостями, оскільки не має всіх суттєвих ознак, притаманних заявленому технічному рішенню. Запропоноване технічне рішення перевірене на практиці. Освітлювальна вітроенергетична установка не містить в своєму складі жодних конструктивних елементів і матеріалів, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема, у області вітроенергетики, при цьому може бути виготовлена з використанням відомих технологій на відомому промисловому обладнанні. До основних технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з найближчим аналогом, можна віднести наступне: - можливість повністю перекриття діаметра ротора за рахунок виконання лопатей розчленованими зі зміщенням за діаметром кожної частини відносно сусідньої; - гарантованість початку обертання ротора за рахунок того, що завжди хоча б одна пара протилежних частин лопатей знаходиться уздовж вітрового потоку; - більш рівномірне освічення території за рахунок розчленування лопатей та зміщення їх за діаметром; - підвищення безпечності та захищеності пристрою за рахунок того, що акумулятор та блок управління підняті догори й розташовані під електрогенератором. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Освітлювальна вітроенергетична установка, що містить вертикально-осьову вітроенергетичну установку, ротор якої складається з двох діаметрально протилежних лопатей, встановлених на радіальних пілонах, та розміщений на щоглі, з'єднаний з акумуляторною батареєю, блок управління системою освітлення та освітлювальні лампи, причому освітлювальні лампи розташовані в лопатях вертикально-осьової вітроенергетичної установки, аеродинамічні поверхні яких виконані із прозорого або напівпрозорого матеріалу, а внутрішні площини не аеродинамічних поверхонь лопатей покриті світловідбиваючим матеріалом, наприклад алюмінієвою фольгою, при цьому верхня частина щогли виконана такою, що обертається разом із ротором вітроенергетичної установки, а нижня частина щогли виконана нерухомою і знизу в ній розміщений акумулятор для накопичення електроенергії в денний час доби, а зверху цієї частини щогли - електрогенератор, нерухомий статор якого розміщений безпосередньо в нерухомій частині щогли, а ротор - на осі обертання обертової частини щогли, яка відрізняється тим, що кожна з двох лопатей розчленована на окремі складові зі зміщенням кожної наступної частини за діаметром обертання ротора на певний кут, причому кожна частина лопаті розташована на власному пілоні, а також разом всі частини двох лопатей перекривають діаметр ротора, крім того акумулятор розташований безпосередньо під електрогенератором, тобто у верхній частині нерухомої частини щогли. 3 UA 120285 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