Вітроенергетична система

1. Вітроенергетична система, яка містить принаймні роторну установку вітродвигуна з поворотним і вітрообробним пристроями, яка відрізняється тим, що система додатково містить вузол трансмісії з горизонтальним і вертикальним елементами та гармонізуючий силовий колектор з мережею приймання-передавання щонайменше на три кінцеві елементи, причому хоча б два окремі кінцеві елементи оснащені функціональними з'єднаннями з гармонізуючим силовим колектором і/або один з одним таким чином, що принаймні один з кінцевих елементів вводиться у дію або зупиняється за допомогою зусилля, яке передається принаймні від одного з інших кінцевих елементів, причому останній безпосередньо задіяний від трансмісії або кінематично з'єднаний з таким кінцевим елементом, що може бути задіяний від трансмісії. U 2 17673 1 3 17673 4 рилами. Прикладом цього може бути так званий одним, а їх центральні кути дорівнюють відповідно "персидський двигун", який застосовували в Персії 45° і 135°. та інших країнах Близького Сходу приблизно в 2Недоліком відомого вітродвигуна є те, що 1ст. до н.е. Конструктивно це був пристрій з вертиконструктивні його особливості, описані за [1], розкальною (а пізніше - з горизонтальною) віссю обекривають лише улаштування і компоновку власне ртання, оснащений декількома поперечними вітмеханізму повороту лопатей вітродвигуна, а тому рилами. Незважаючи на примітивність такого без попередньої відповідної доробки, в т.ч. і творпристрою, завдяки його використанню здійснювачого пошуку, не можливо з використанням даного ли найрізноманітніші роботи - від розмелювання опису вітродвигуна реалізувати агрегатування з зерна до осушення боліт і озер. цільовими пристроями і споживачами. Голландські умільці вперше пристосували вітВідомий вітряний двигун [2], який містить карродвигун для потреб маслоробної і паперової макас, встановлене в ньому на вертикальному валу нуфактури, значною мірою удосконаливши при вітроколесо з траверсами і розміщеними на вертицьому конструкцію вітроколеса. Цим самим було кальних осях поворотними лопатями, кінематично показано, що цільові можливості застосування зв'язаними з конічними шестернями, закріпленими аеродинаміки в промислових і господарських провідповідно на вертикальному валу і одних кінцях цесах практично необмежені. Причому заміна магоризонтальних валиків, встановлених на каркасі, теріалів у вітрильних конструкціях сприяла одногенератор і флюгер. Вітродвигун оснащений закрічасному розвитку і вдосконаленню аеродинамічної пленим на каркасі порожнистим валом з блоком форми лопаті як основної частини вітродвигуна. конічних шестерень, встановлених з можливістю Завдяки "металізації" ротора вітродвигуна вдалося обертання відносно останнього і кінематично зв'яуспішно пристосувати вдосконалене і сильно визаних з генератором, додатковим вітроколесом з дозмінене вітрило - вітроколесо з лопатями - для вертикальним валом. Вітроколеса розташовані роботи на водному і повітряному транспорті. симетрично відносно порожнистого вала, забезпеРазом з тим, проблема використання енергії чені додатковими вертикальними осями з консовітру в сільському та індивідуальному господарстві лями, на яких розташовані вертикальні вісі лопасьогодні, як і раніше, залишається гостро актуальтей, механізм повороту лопатей оснащений ною. Слід зауважити, що так звана тенденція "гігадодатковими конічними шестернями, встановлентоманії", яка спостерігалась в середині минулого ними на інших кінцях горизонтальних валиків, шестоліття, себе ні економічно ні екологічно не вистерні кожного валика взаємодіють відповідно з правдала, відтак спроби розробки і застосування шестернями вала кожного вітроколеса і блоком надпотужних і всеохоплюючих вітроенергоустаношестерень, зірочками, встановленими відповідно вок сьогодні також вбачаються малоперспективна цапфах лопатей, додаткових вертикальних ними. І якщо в 40-60-х роках XXст. така неперспекосях, траверсах вітроколіс концентрично додаткотивність обумовлювалась, передусім, вим вертикальним осям і на каркасі, концентрично незатребуваністю використання енергії вітру у вертикальним валам вітроколіс. При цьому дві зв'язку з дешевизною нафти, газу, електрики та останні закріплені нерухомо, мають діаметр, рівінших подібних енергоресурсів, то сьогодні - всезний діаметру зірочок додаткових вертикальних ростаючою матеріалоємністю й вартістю виробниосей і вдвічі менший, ніж діаметр зірочок, встановцтва, експлуатації, обслуговування і ремонту велених на цапфах лопатей, і зв'язані через ланцюликих вітроенергетичних засобів і відповідно гову передачу відповідно з зірочками, розташованеобхідністю розробки так званих малих енергетиними на цапфах вітроколіс, і зірочками додаткових чних джерел та їх автономізації. В цьому контексті вертикальних осей, а флюгер встановлений на досить важливим є аналіз сучасного стану техніки порожнистому валу. в "малій" вітчизняній вітроенергетиці. Недоліком цього відомого вітродвигуна є неВідомий вітряний двигун [1], що містить вертидолік, аналогічний до вищезазначеного, оскільки кальний вал з каркасом, кінематично зв'язаний з цей вітродвигун є фактично іншим, можливо, генератором, установлені на каркасі з можливістю більш видозміненим або більш конкретизованим, повороту в горизонтальній площині лопаті, на цаваріантом виконання механізму повороту лопатей пфах яких розміщені конічні шестерні, взаємодіючі вітродвигуна за [1]. з відповідними конічними шестернями, закріплеВідомий вітродвигун [3], що містить горизонтаними на кінцях горизонтальних валиків, розміщельний і вертикальний вали з закріпленими на них з них на каркасі, копір, встановлений з можливістю можливістю повороту відносно вертикальної осі і повороту навколо вертикального вала, флюгер. переміщення по колу робочими лопатями, системи Вітродвигун оснащений нерухомою вертикальною запуску, регулювання, стабілізації частоти оберопорою, вертикальний вал виконаний порожнистання, зупину і передачі обертового моменту від тим, розташований на опорі концентрично останвітроколеса до електрогенератора. Система регуній, флюгер встановлений у вертикальній частині лювання і стабілізації частоти обертання додатковала і на його ступиці закріплений копір, при цьому во містить швидкохідне вітроколесо, встановлене останній виконаний у вигляді розташованих на на підшипниковій опорі на передньому кінці вала різній висоті двох зубчастих конічних секторів, поробочого вітроколеса, і має кронштейни, на яких з слідовно взаємодіючих з кожною із відповідних допомогою чотириланкових шарнірів встановлені шестерень горизонтальних валиків, а сектори, траверси, всередині яких рухомо закріплені хвосшестерні лопатей і горизонтальних валиків мають товики лопатей додаткового вітроколеса, що маоднаковий діаметр початкового кола, нижній і верють на своїх кінцях зубчасті колеса, поєднані з хній сектори встановлені безпосередньо один за зубчастими рейками, що знаходяться в направля 5 17673 6 ючих і своїми задніми кінцями з'єднаними з кільцекальної штанги, оснащеної зверху ексцентриковим вим диском. При цьому одна ланка чотириланкокривошипом, а знизу - траверсою з поршневим вого шарніра виконана у вигляді двоплічного ванасосом. Іншим елементом агрегатування є генежеля, одне плече якого впирається в пружину, а ратор електричного струму, рухомо встановлений друге плече закінчується рухомим роликом, який на поворотній головці. Проте часто такий електроконтактує з диском, з'єднаним з зубчастими рейгенератор на практиці виявляється не потрібним, ками і закріпленим на передньому кінці штока, рунатомість потрібні інші, механічні пристрої для хомо встановленого всередині порожнистого вала виконання різних робочих процесів. В згаданому робочого вітроколеса і утримуваного від осьового описі прототипу також відмічається, що установка, переміщення пружиною, що впирається в муфту, в залежності від встановленої кількості лопатей сполучену з кулісою з допомогою радіальних павітроколеса і від типу використовуваної робочої льців, що проходять через поздовжні пази в твірній машини, може бути застосована і як вітронасосна порожнистого вала робочого колеса, причому куліустановка, і як установка для виробітку електричса, рухомо встановлена зовні вала робочого вітроної енергії. Разом з тим невідомо, які конструктивні колеса, має кільцевий паз, у який заведені рухомі принципи використовуються або можуть бути виролики вилки, закріпленої на валу черв'ячного рекористані для забезпечення функціональнодуктора. При цьому хвостовики лопатей робочого структурного зв'язку між вітродвигуном та перифевітроколеса рухомо закріплені в траверсах, встарійним обладнанням, призначеним для виконання новлених на кронштейнах порожнистого вала, і функцій утилізації енергії вітру, виробленої вітромають на своїх кінцях зубчасті колеса, поєднані з машиною. Крім того, із опису прототипу не ясно, зубчастими рейками, що знаходяться в своїх наякі саме особливості установки повинні в першу правляючих і мають на передніх кінцях по два ручергу прийматися до уваги при поєднуванні з нею хомих ролики, між якими встановлений вищезгакінцевих агрегатів. Значна матеріалоємність устаданий кільцевий диск. новки-прототипу створює значні труднощі при Недоліком цього відомого вітродвигуна є те, устаткуванні її, особливо, в середніх і малих госщо його опис [3] дає уявлення лише про систему подарських і соціальних структурах, де є попит на регулювання і стабілізації частоти обертів вітродневеликі, але практичні багатофункціональні комвигуна, однак не дає ніякого пояснення про можплекси. Оскільки установка-прототип не є придатливість і/або принцип агрегатування цього вітродною для виконання багатофункціональних процевигуна з цільовими пристроями. Відтак, потрібна сів, окрім насосних і електрогенераторних, то є нова творча розробка, щоб забезпечити змогу обґрунтована необхідність у розробці вітроенергекомпонування виконавчої системи цільових притичної системи, вирішення якої пов'язане, передустроїв у вигляді, придатному для безпосереднього сім, з вирішенням проблем структурнозастосування у цільовому виробничому процесі. функціонального компонування компактної прийВідома також, вибрана як прототип, універсамально-передавальної мережі за участю вітродвильна вітроенергетична установка [4], що містить гуна. Основна увага при цьому акцентується на вітроколесо з лопатями, горизонтальний вал якого можливості диференціального силового забезпевстановлений на підшипникових опорах, вмонточення кінцевих агрегатів з різним рівнем відбору ваних в корпус поворотної головки, яка, в свою потужності. чергу, встановлена на підшипниковій опорі у верхВ основу корисної моделі поставлена задача ній частині вертикальної башти і орієнтується за створення продуктивної вітроенергетичної систенапрямком вітру за допомогою хвоста, а також ми з компактним розташуванням кінцевих агрегаконсольний кінець вала вітроколеса обладнаний тів, пов'язаних посередництвом диференціальної ексцентриковим кривошипно-шатунним механізприймально-передавальної мережі із роторним мом, зв'язаним з верхнім кінцем вертикальної пристроєм вітродвигуна, і розширення цільових штанги, нижній кінець якої шарнірно приєднаний функціональних можливостей вітроенергоустановдо хиткої траверси, що встановлена у нижній часки, зокрема, за рахунок обладнання її ефективним тині башти і шарнірно зв'язана зі штоком поршнегармонізуючим силовим колектором. Крім того, вого насоса, хід якого можна регулювати. Установнова вітроенергосистема має забезпечувати адекка додатково обладнана генератором ватне виконання робочих процесів без істотного, електричного струму, що встановлений з можливіпорівняно з прототипом, ускладнення конструкції, стю поздовжнього переміщення на поворотній гомає бути простою в монтажі, експлуатації і обслуловці співвісно валу вітроколеса, який містить не говуванні з метою забезпечення можливості її менше двох центральних підпружинених втулок, ефективного використання в малих господарських на кожній з яких закріплені по дві діаметрально і соціальних структурах, в тому числі персоналом, розташовані лопаті, причому стичні площини заякий не має спеціальної підготовки, оскільки визначених центральних втулок мають рифлення щеописані аналоги і прототип таких можливостей або насічку для виключення їх взаємного відносно практично не надають. одна одної прокручування у робочому стані. Поставлена задача вирішена тим, що вітроеОдним з основних недоліків універсальної вітнергетична система, яка включає принаймні ротороенергетичної установки за прототипом є значна рну установку вітродвигуна з поворотним і вітрооневизначеність її фактичних функціональних можбробним пристроями, згідно корисної моделі, ливостей, оскільки в описі [4] наведені лише окретакож містить вузол трансмісії з горизонтальним і мі характеристики, що можуть побічно стосуватися вертикальним елементами та гармонізуючий сиїї потенціального агрегатування. До таких, зокреловий колектор з мережею приймання-передачі ма, у деякій мірі можна віднести наявність вертищонайменше на три кінцеві елементи, при цьому 7 17673 8 хоча б два окремі кінцеві елементи забезпечені заявленої системи, цілком придатну для середніх і функціональними з'єднаннями з гармонізуючим великих господарських і соціальних структур, з силовим колектором і/або один з одним таким чивідповідним цільовим призначенням. ном, що принаймні один з кінцевих елементів ввоДалі суть запропонованого технічного рішення диться в дію і/або зупиняється з допомогою зусилі можливість здійснення об'єкта вітроенергетичної ля, яке передається від принаймні одного з інших системи згідно корисної моделі пояснюється крескінцевих елементів, причому останній безпосередленнями, на яких показані: ньо задіяний від трансмісії або кінематично з'єдФіг.1 - загальний вигляд вітроенергетичної синаний з таким кінцевим елементом, що може бути стеми у діючому варіанті виконання (див. прикзадіяний від трансмісії. лад), В окремому варіанті виконання запропонована Фіг.2 - схема компоновки структури і з'єднань вітроенергетична система може мати трансмісію, гармонізуючого силового колектора та периферійоснащену принаймні одним кінцевим редуктором і них технічних засобів (кінцевих елементів); принаймні одним пристроєм гасіння критичних Фіг.3 - загальна схема мережі прийманняамплітуд, при цьому вихідна і/або вхідна частина передачі за варіантом на шість кінцевих елементрансмісії забезпечена вузлом для приєднання до тів, де позначені: 1 - наждачний круг, 2 - жорновий редуктора, а щонайменше один кінцевий елемент млин, 3 - прес, 4 - подрібнювач рослинної маси, 5 кінематично з'єднаний з пристроєм гасіння критичтеребильна установка, циркулярна пилка; них амплітуд. Як приклад практичної реалізації корисної моВ іншому окремому варіанті виконання запроделі наводиться також один із довільних варіантів понована вітроенергетична система може мати виконання запропонованого технічного рішення, за сукупність кінцевих елементів, взаємозв'язану яким була побудована діюча вітроенергетична єдиною багатоканальною підпорядкованою кінесистема, що складається, зокрема, з таких умовно матичною передачею, при цьому зусилля вітродпозначених функціональних груп, конструктивних вигуна передаються через редуктор, розміщений в елементів, функціональних вузлів та взаємозв'язоснові вертикального елемента трансмісії. ків: В іншому окремому варіанті виконання запроA - ротор, до складу якого входить шестилопапонована вітроенергетична система може мати теве вітроколесо, при цьому всі лопаті між собою з принаймні шість кінцевих елементів у вигляді фунпереднього боку закільцьовані поперечними розкціонально самостійних агрегатів з відокремленитяжками і зафіксовані кінцевими консольними упоми або розподіленими робочими процесами різнорами, а із заднього боку прикріплені упорами до го цільового призначення. фланця на горизонтальному піввалу; В іншому окремому варіанті виконання запроБ - корпус поворотного пристрою, виконаний у понована вітроенергетична система може мати вигляді вертикального циліндра на поворотній опорний елемент з основою, в межах якої розтаплиті, встановленій на підшипниках, при цьому у шовані частина гармонізуючого силового колектоверхній частині циліндра розміщений ведучий Тра і принаймні вихідна частина горизонтального подібний редуктор, до якого, в свою чергу, прикріелемента трансмісії, а контур основи обмежений плені, з одного боку, горизонтальний піввал з вітрозмірними параметрами передачі і/або кінцевих роколесом, з іншого боку - флюгерно-копіюючий елементів. пристрій з фіксаторами напрямку; Запропонована вітроенергетична система у В - обслуговувальний майданчик, прикріплезагальному варіанті має такі характерні складові: ний анкерними болтами (не показані) зверху - до (1) - вузол ротора з поворотним і вітрообробповоротної плити, а знизу - до верхньої основи ним пристроями; нерухомої трапецеїдальної опори; (2) - трансмісія з вертикальним приводом, реГ - вертикальний елемент трансмісії, виконадукторами і пристроями гасіння критичних ампліний у вигляді трьох частин (фрагментів) порожнистуд; того вала (труби), послідовно з'єднаних один з (3) - гармонізуючий силовий колектор з кінемаодним двома пристроями гасіння критичних амплітичними ланками, стабілізаційним вузлом і вузлатуд (карданними шарнірами), при цьому один кінми передачі; цевий фрагмент вала кінематично з'єднаний з ве(4) - кінцеві елементи. деним прямим редуктором, розташованим на Таке виконання заявленої вітроенергетичної поворотній плиті, а інший кінцевий фрагмент кінесистеми згідно технічного рішення об'єкта корисної матично з'єднаний з Т-подібним редуктором, що моделі забезпечує інтеграцію в єдиний комплекс розміщується у вхідній частині гармонізуючого кінцевих елементів, високу продуктивність і функсилового колектора; ціональність використовуваних технічних засобів. Д - горизонтальний елемент трансмісії з гарТехнічне рішення вітроенергетичної системи монізуючим силовим колектором, маховикомзгідно корисної моделі обумовлює ряд нових важстабілізатором, регулюючими і кінематичними ливих властивостей, які дають не лише перевагу ланками; над прототипом щодо усунення або зведення до Е - кінцеві елементи з приймальномінімуму притаманних для нього недоліків, але й передавальними вузлами, кріпильними засобами і дає можливість для адекватного розширеного фуавтономними приводами. нкціонування заявленого пристрою як майже уніПри цьому кінцеві елементи у дії були успішно версального технологічного засобу, причому маспредставлені різносиловими агрегатами у такому штабування вибраних параметрів дозволяє також, складі: жорновий млин, циркулярна пилка, прес, при необхідності, реалізувати збільшену модель теребильна установка, наждачний круг, подрібню 9 17673 10 вач рослинної маси. сили і/або момент інерції диференційовано переОсновні особливості застосування вітроенердається на підпорядковані кінцеві елементи, викогетичної системи згідно технічного рішення кориснані, наприклад, у вигляді млина, циркулярної пиної моделі пояснюються наступним. Сила вітру лки, теребильної установки, преса, наждачного приводить в рух лопаті вітроколеса, обертові зукруга та подрібнювача рослинної маси. При необсилля яких передаються через горизонтальний хідності будь-який з кінцевих елементів може бути піввал на ведучий Т-подібний редуктор, розташолегко від'єднаний від загальної мережі, замінений ваний у верхній частині корпуса поворотного приіншим, а також інші кінцеві елементи можуть (за строю. Далі зусилля передаються на ведений ретаким же або подібним принципом) бути добавлені дуктор, розміщений у нижній частині корпуса до наявної компоновки загальної мережі без істотповоротного пристрою, відтак - на основний вертиного переобладнання вітроенергетичної системи. кальний вал, виконаний із шарнірними з'єднанняКрім того, форма виконання роторної частини вітми вхідної і вихідної його частин. Завдяки наявнородвигуна значної залежності від компоновки трасті принаймні двох таких шарнірних з'єднань нсмісії і кінцевих елементів заявленої вітроенергегасяться вертикальні коливання і критичні вібрації, тичної системи не має, а тому може бути що забезпечує надійність роботи і довговічність реалізована в будь-якому прийнятному вигляді без обертових вузлів. Через вихідний Т-подібний редуістотних обмежень: як у горизонтальному, так і у ктор обертові зусилля передаються на багатокавертикальному варіантах, а також у варіанті зі змінальний гармонізуючий силовий колектор, утворенюваним площинним орієнтуванням ротора. ний щонайменше із двох кінематичних груп. Джерела інформації: Багатоканальні кінематичні ланки забезпечують 1. UA 6418 - F03D7/06 - 29.12.94. диференціальне з'єднання з махово-стабілізуючим 2. UA 5519 - F03D7/06 - 29.12.94. пристроєм, від якого за допомогою натяжного ре3. UA 24419 - F03D1/00; F03D7/02 - 30.10.98. гулюючого вузла і пристрою гальмування момент 4. UA 53329 - F03D7/04 - 15.01.03. 11 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 17673 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601