Вітрогенератор

1. Вітрогенератор, що містить щоглу з трансмісією для передавання навантаження від ротора до засобу перетворення навантаження, який відрізняється тим, що ротор вітрогенератора складається щонайменше з одного модуля, який містить лопаті з можливістю згортання, розгортання та пошуку напрямку вітрового потоку, при цьому згортання згаданих лопатей здійснюється під впливом відцентрованих сил, які виникають під час обертання ротора та які впливають на противагу, розгортання лопатей здійснюється за допомогою пружного елемента, сила стиску якого протилежно направлена впливу відцентрованих сил на згадану 3 механічна енергія може бути використана для перекачування рідини, перетворення в теплову або електричну енергію, тощо. Однією з істотних проблем, яка пов'язана з використанням вітроенергетичних установок є зменшення їх вартості та збільшення коефіцієнта корисної дії. Відомі вітрогенератори № SU34408, US 2007963 та SU1467248. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється є технічне рішення за авторським свідоцтвом № SU34408 опубл. 31.01.1934. У загальному вигляді вітрогенератор містить щоглу з трансмісією для передачі навантаження від ротора до засобу перетворення навантаження. Лопаті ротора постійно сприймають, перетворюють та передають динамічні навантаження, які за своїм походженням можуть бути аеродинамічними, гравітаційними або інерційними. Оскільки вітрогенератор може бути встановлено у різній місцевості та на різній висоті, яка має свої особливості мікрорельєфу, наприклад, гористі райони, прибережні райони, степ, тощо. Тому на вітрогенератор впливають вітрові потоки різного направлення (горизонтальні, висхідні та низхідні), різної швидкості, при цьому вітрові потоки можуть бути як постійними або короткостроковими. При дії максимального вітрового потоку ротор вітрогенератора набирає більших обертів, що призводить до зупинки або його поломки. При короткочасному впливі вітрового потоку (пориву вітру) відбувається швидкий розгін ротора, що може привести до виходу його з ладу. На ротор вітрогенератора постійно впливають вітрові потоки різного направлення: горизонтальні, висхідні та низхідні. Недоліками відомих технічних рішень є: - зменшення ефективності перетворення енергії вітрового потоку при впливі висхідних або низхідних вітрових потоків на ротор вітрогенератора; - зменшення ефективності перетворення енергії вітрового потоку при зміні направлення вітрового потоку; - не можливість підтримки стабільних обертів ротора при змінній швидкості та напрямку вітрових потоків; - не ефективне використання кінетичної енергії висхідних та низхідних вітрових потоків; - низька ефективність роботи вітрогенератора при малій швидкості вітрового потоку. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності перетворення енергії висхідних та низхідних вітрових потоків. Також задачею корисної моделі є підтримання стабільних обертів ротора вітрогенератора при зміні направлення та швидкості вітрових потоків. Також задачею корисної моделі є розробка віртогенератора, який само налаштовується в залежності від направлення, сили вітрових потоків. Також задачею корисної моделі є розробка вітрогенератора який можливо ефективно використовувати при різних особливостях мікрорельєфу земної поверхні. 62129 4 Також задачею корисної моделі є розширення арсеналу технічних засобів та можливостей вітрогенераторів. Інші задачі дійсної корисної моделі будуть розглянуті нижче по мірі викладення дійсного опису на малюнків. Так, відповідно до корисної моделі, що заявляється, поставлена задача досягається тим, що вітрогенератор, містить - щоглу з трансмісією для передавання навантаження від ротора до засобу перетворення навантаження, відповідно до корисної моделі - ротор вітрогенератора складається з, щонайменше, одного модуля, який містить лопаті з можливістю згортання, розгортання та пошуку направлення вітрового потоку, - при цьому згортання згаданих лопатей здійснюється під впливом відцентрованих сил, які виникають під час обертання ротора, та які впливають на противагу, - розгортання лопатей здійснюється за допомогою пружного елементу, сила стиску якого протилежно направлена впливу відцентрованих сил на згадану противагу, - пошук направлення вітрового потоку лопатей здійснюється завдяки засобу пошуку направлення вітрового потоку, який містять лопаті ротору, при цьому, у якості засобу пошуку направлення вітрового потоку використовується, щонайменше, один елерон. В окремому варіанті реалізації корисної моделі трансмісія містить вал та редуктор, при цьому вал жорстко з'єднано з ротором, а редуктор з'єднано з валом та електрогенератором. В окремому варіанті реалізації корисної моделі елерон розташовано на зовнішній стороні лопаті. В окремому варіанті реалізації корисної моделі елерон розташовано з бокової сторони лопаті. В окремому варіанті реалізації корисної моделі кожна з лопатей ротору вітрогенератора містить, що найменше, два елерона, при цьому один елерон розташовано на зовнішній стороні лопаті, а другий елерон розташовано з бокової сторони лопаті. При розгляді варіантів виконання корисної моделі використовується вузька термінологія. Однак, дійсна корисна модель не обмежується прийнятими термінами та слід мати на увазі, що кожний такий термін охоплює усі еквівалентні елементи, які працюють аналогічним чином та використовуються для рішення тих самих завдань. Фіг.1 - загальний вигляд вітрогенератора. Фіг.2 - ротор вітрогенератора зображеного на Фіг.1 Фіг.3 - модуль ротора зображеного на Фіг.2, у якому засіб пошуку направлення вітрового потоку, який виконано у вигляді елерона, розташованого на задній поверхні лопаті. Фіг.4 - зображено варіант розташування засобу пошуку направлення вітрового потоку, який виконано у вигляді елерона, розташованого з боку лопаті. Фіг.5 - зображено приєднання модулю, який зображено на Фіг.3 до валу. 5 Фіг.6 - зображено лопать вітрогенератору зображеного на Фіг.1. Фіг.7 - зображено приєднання пружного елементу до лопатей модулю Фіг.3. Фіг.8 - зображено положення лопатей модулю, який зображено на Фіг.3 при впливі висхідного вітровому потоку на модуль. Фіг.9 - схематично зображено положення лопаті ротора вітрогенератора при дії вітрового потоку різного направлення на передню робочу частину лопаті: а - горизонтальний вітровий потік. b - низхідний вітровий потік; с - висхідний вітровий потік. Фіг.10 - зображено положення лопаті ротора вітрогенератора при дії вітрового потоку різного направлення на задню частину лопаті: а - горизонтальний вітровий потік. b - низхідний вітровий потік; с - висхідний вітровий потік. Фіг.11 - зображено створення оминаючого вітрового потоку у роторі вітрогенератора, позицією: I - зображено загальний вітровий потік, II - оминаючий вітровий потік. Вітрогенератор, який містить щоглу 1 з трансмісією 2 для передавання навантаження від ротора 3 до засобу перетворення навантаження. Ротор 3 складається з двох модулів 4 (Фіг.1), який містить лопаті 5 з можливістю згортання, розгортання та пошуку направлення вітрового потоку. При цьому згортання згаданих лопатей 5 здійснюється під впливом відцентрованих сил, які виникають під час обертання ротора 3, та які впливають на противагу 6. Розгортання лопатей 5 здійснюється за допомогою пружного елементу 7, сила стиску якого протилежно направлена впливу відцентрованих сил на згадану противагу 6. Пошук направлення вітрового потоку лопатей 5 здійснюється завдяки засобу пошуку направлення вітрового потоку, який виконано у вигляді елерону 8, який містять лопаті 5. Трансмісія 2 містить вал 21 та редуктор 22. Вал 21 жорстко з'єднано з ротором 22, а редуктор 22 з'єднано з валом 21 та електрогенератором 23, який використовується у якості засобу перетворення навантаження. У якості засобу пошуку направлення вітрового потоку використовується елерон 8. При цьому можливий варіант, коли елерон 8 розташовано на зовнішній стороні лопаті 5 (Фіг.3) або елерон 8 розташовано з бокової сторони лопаті (Фіг.4). Ротор 3 (Фіг.2) вітрогенератора (Фіг.1) містить два модулі 4. Модуль 4 (Фіг.3) містить дві паралельні пластини 41, з'єднані за допомогою вертикальних осей 42 (Фіг.6), які розташовані по периметру вказаних пластин 41 (Фіг.5). Модуль 4 жорстко приєднано до валу 21, при цьому трикутні вставки 43 збільшують жорсткість приєднання модулю 4 до валу 21, а також обмежують діапазон руху лопатей 5 модулю 4. Горизонтальної вісі 51, яка розташована на кожній з вказаних вертикальних осях 42 з можливість обертання горизонтальної вісі 51 навколо вказаної вертикальної вісі 42, при цьому з однієї стороні згаданої горизонтальної вісі 51 розташована лопать 5, з можливістю обертання від 62129 6 носно горизонтальної вісі 51, а з іншої сторони горизонтальної вісі 51 розташовано противагу 6, яка з'єднана з пружним елементом 7. При цьому лопаті 5 двох модулів 4 ротора 3 (Фіг.3) зміщені відносно друг другу див. Фіг.11 у результаті чого окрім загального вітрового потоку (І) утворюється оминаючий вітровий потік (II), яки направляється у лопаті 5 іншого модулю 4 ротора 3, що призводить до ефективного використання енергії вітрового потоку. Лопать 5 також містить раму 52 (Фіг.5), яка встановлена на підчіпниках 53. Горизонтальна вісь 51 встановлена на вертикальній вісі 42 на підчіпниках 43 див. Фіг.8, на якій зображено схему приєднання пружного елементу 7. Пружний елемент 7 примикає до противаги 6 та до сусідньої вертикальної осі 42 (Фіг.7). При цьому згортання лопатей 5 здійснюється під впливом відцентрованих сил, які виникають під час обертання ротора 3, при цьому вказані відцентровані сили впливають на противагу 6, у результаті чого відбувається згортання лопатей 5, а розгортання лопатей 5 здійснюється за допомогою пружного елементу 7, сила стиску якого протилежно направлена дії відцентрованих сил на противагу 6. Також лопать 5 містить стягувачі 54 (Фіг.6), які призводять до підсилення жорсткості лопаті 5. Вітрогенератор, що заявляється, працює наступним чином, а саме, вітровий потік різного направлення та різної сили діє на лопаті 5 модулів 4 ротора 3 у результаті чого ротор 3 здійснюється перетворення енергії вітрового потоку у механічну у результаті чого ротор обертається та призводить до обертання вал 21 трансмісії 2. У свою чергу вал 21 через редуктор 22 здійснює передавання навантаження на засіб перетворення навантаження, у якості якого використовується електрогенератор 23 у якому утворюється струм, який перетворюється та відводиться споживачам на фігурах не зазначені. При збільшенні швидкості вітрового потоку відбувається збільшення щільності вітрового потоку на одиницю площі лопатей 5 ротора 3, у результаті чого відбувається збільшення навантаження на лопаті 5, що призводить до збільшення обертання ротора 3. У свою чергу збільшення обертання ротора 3 призводить до збільшення дії відцентрованих сил на противагу 6 лопатей 5, що призводить до згортання лопатей 5. При послабленні швидкості вітрового потоку відбувається зменшення енергії вітрового потоку на одиницю площі лопатей 5, у результаті чого відбувається зменшення навантаження на лопаті 5, що призводить до зменшення обертання ротора 3, що призводить до зменшення дії відцентрованих сил на противагу 6 при цьому значення сили стиснення (яка протилежно направлена відцентрованим силам та яка утворюється за допомогою пружного елемента 7) призводить до розгортання лопатей 5. У результаті чого відбувається підтримання стабільних оборотів ротора 3 та захист ротору 3 під час дії ураганів, тропічних циклонів та інших атмосферних вихрів та явищ. Однак під час роботи вітрогенератора на нього можуть впливати вітровий потік різного направлення: горизонтальний, низхідний та висхідний. 7 На Фіг.8 зображено положення лопатей 5 модулю 4 при впливі низхідного вітрового потоку. Завдяки тому, що лопать 5 містить засіб пошуку направлення вітрового потоку, який виконано у вигляді елерона 8 завдяки якому лопать 5 встановлюється за направленням вітрового потоку. На Фіг.9 (а) зображено вплив горизонтальних вітрових потоків на лопать 5 модуля 4. При цьому завдяки засобу пошуку вітрового потоку, який виконано у вигляді елерона 8 лопаті 5 модулю 4 встановлюються за направленням вітрового потоку завдяки чому площа взаємодії лопатей з вітровим потоком максимальна, що призводить до максимального використання енергії горизонтального вітрового потоку. На Фіг.9 (b) зображено вплив низхідних вітрових потоків на лопать 5 модулю 4. При цьому завдяки засобу пошуку вітрового потоку лопаті, який виконано у вигляді елерона 8 лопаті 5 модулю 4 встановлюються за направленням низхідного вітрового потоку, завдяки чому передня робоча площа взаємодії лопатей 5 з низхідним вітровим потоком максимальна, що призводить до максимального використання енергії низхідного вітрового потоку. На Фіг.9 (с) зображено вплив висхідного вітрового потоку на лопать 5 модуля 4. При цьому завдяки засобу пошуку вітрового потоку лопаті 5 модулю 4 встановлюються за направленням висхідного вітрового потоку, завдяки чому передня робоча площа взаємодії лопатей 5 з низхідним вітровим потоком максимальна, що призводить до максимального використання енергії низхідного вітрового потоку. На Фіг.10 (а) зображено вплив горизонтальних вітрових потоків на задню частину лопаті модуля ротора. При цьому завдяки засобу пошуку вітрового потоку лопать 5 модулю встановлюються за направленням горизонтального вітрового потоку. На Фіг.10 (b) зображено вплив низхідних вітрових потоків на задню частину лопаті 5. При цьому завдяки засобу пошуку вітрового потоку лопать 5 встановлюються перпендикулярно направленню низхідного вітрового потоку завдяки чому площа контакту задньої поверхні лопаті 5 з низхідним вітровим потоком мінімальна, що призводить до зменшення вітрового опору та до підвищення ефективності перетворення енергії вітрового потоку. На Фіг.10 (с) зображено вплив низхідних вітрових потоків на задню частину лопаті 5. При цьому завдяки засобу пошуку вітрового потоку, який виконано у вигляді елерона 8 лопать 5 встановлюються перпендикулярно направленню висхідного 62129 8 вітрового потоку завдяки чому площа контакту задньої поверхні лопаті 5 з висхідним вітровим потоком мінімальна, що призводить до зменшення вітрового опору та до підвищення ефективності перетворення енергії вітрового потоку. На Фіг.11 зображено формування оминаючого вітрового потоку (І) у результаті, того що вітровий потік з однієї лопаті 5 переходить у лопать 5 іншого модулю 4. Також слід відзначити, той факт, що завдяки використанню дійсної корисної моделі ротор вітрогенератора, що заявляється може підтримувати стабільні обороти, при цьому зміна оборотів ротора відбувається плавно, що призводить до ефективної роботи електрогенератора, а також сприяє збільшенню надійності роботи вітрогенератора, ротора та лопаті. Зрозуміло, що викладено лише декілька варіантів виконання дійсної корисної моделі. Дійсна корисна модель не обмежується варіантами, які було викладено вище. Наприклад, очевидно, що дійсна корисна модель, може бути також використано на водяному транспорту (у тому числі та на дрейфуючих станціях), як додаткове резервне джерело отримання електроенергії. Також очевидно, що дійсна корисна модель може бути використана у пересувних батальйонах, шпиталях, тощо. Також очевидно, що дійсна корисна модель може бути використано у транспортних засобах для вироблення електроенергії, наприклад, патенти №№ US 3878913, 6138781, 7147069. Також очевидно, що дійсна корисна модель може бути використано як портативний вітрогенератор, наприклад, для підзарядження акумуляторів (електробритв, мобільних телефонів, ліхтариків, маяків), цьому дійсна корисна модель може бути використана туристами у турпоходах. Технічним результатом корисної моделі, що заявляється є: - ефективне перетворення енергії вітрового потоку: горизонтального, висхідного та низхідного; - підтримання стабільних значень обертання ротора, - здійснення плавних переходів обертання ротору; - створення вітрогенератору, який самоналаштовується в залежності від характеру вітрового потоку; - створення вітрогенератору, який можливо використовувати при різних умовах мікрорельєфу земної поверхні. 9 62129 10 11 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 62129 Підписне 12 Тираж 23 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