Вітрове колесо вітроенергетичної установки з горизонтальною віссю обертання ротора

Реферат: Вітрове колесо вітроенергетичної установки з горизонтальною віссю обертання ротора складається щонайменше з двох однакових систем трикутних вітрил, осі яких розташовані радіально у вітровому колесі, а вісь вітрового колеса призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки. При цьому система трикутних вітрил містить два різних за площею трикутних вітрила, кожне з яких однією стороною прикріплене через торсіон до вільного кінця осі системи вітрил, виконаної у вигляді жорсткого стрижня, а протилежною - кутовою ділянкою - жорстко прикріплене до осі системи у зоні кріплення осі системи до осі колеса або до осі вітрового колеса, і встановлене у вітровому колесі з утворенням балансного підвісу, а вісь кожної вітрильної системи співпадає з віссю торсіона або паралельна їй. UA 78408 U (12) UA 78408 U UA 78408 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до вітроенергетики, а саме до конструкції вітрового колеса, яке може бути використане у складі вітроенергетичних установок з горизонтальною віссю обертання ротора для вироблення електричної та механічної енергії. Найбільш близьким до пропонованого за кількістю суттєвих ознак є вітрове колесо вітроенергетичної установки з горизонтальною віссю обертання ротора, яке складається, щонайменше з двох однакових систем трикутних вітрил, осі яких розташовані радіально у вітровому колесі, а вісь вітрового колеса призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки [інформація з сайту https://sites.google.com/site/gravio/Home]. Кожна система трикутних вітрил згаданого колеса місить одне трикутне вітрило, яке однією стороною жорстко закріплене на ободі вітрового колеса, а протилежною кутовою ділянкою прикріплене до осі вітрового колеса. Недолік описаного колеса полягає у необхідності застосування складних і громіздких механізмів для орієнтування вітрил за потоками вітру та обмеження швидкості обертання вітрового колеса при шквалах. Застосування ж таких механізмів суттєво збільшує вартість і колеса, і вітроенергетичної установки в цілому, потребує високої кваліфікації персоналу. У основу пропонованої корисної моделі поставлена задача створення такого вітрового колеса, в якому б кожна вітрильна система автоматично встановлювалась у оптимальному напрямку відповідно з напрямком вітру, а також забезпечувала б автоматичне регулювання швидкості обертання вітрового колеса в залежності від швидкості вітру і не потребувала б додаткових механізмів, зокрема таких, які б обмежували швидкість обертання вітрового колеса при шквалах. Поставлена задача вирішується за рахунок створення умов для повороту вітрил кожної системи під дією вітру на оптимальний кут шляхом встановлення вітрил на пружних підвісках торсіонах. Пропоноване, як і відоме вітрове колесо вітроенергетичної установки з горизонтальною віссю обертання ротора, яке складається, щонайменше з двох однакових систем трикутних вітрил, осі яких розташовані радіально у вітровому колесі, а вісь вітрового колеса призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки, а, згідно з корисною моделлю, система трикутних вітрил містить два різних за площею трикутних вітрила, кожне з яких одною стороною прикріплене через торсіон до вільного кінця осі системи вітрил, виконаної у вигляді жорсткого стрижня, а протилежною - кутовою ділянкою - жорстко прикріплене до осі системи у зоні кріплення осі системи до осі вітрового колеса або до осі вітрового колеса, і встановлене у вітровому колесі з утворенням балансного підвісу, а вісь кожної вітрильної системи співпадає з віссю торсіона або паралельна їй. Торсіон - це пружина у вигляді валу, що працює на кручення, тобто вал, що має прогнозований опір крученню. У пропонованій конструкції вітрило має трикутну форму, яка є оптимальною для вітрового колеса, оскільки дозволяє створити рівномірний натяг тканини по всій поверхні вітрила і, практично, не залежить від точності виготовлення складових частин конструкції, а тому надає можливість отримати високу якість аеродинамічної поверхні. Вітрила системи встановлені на колесі з можливістю утворення балансного підвісу [див. інформацію, наприклад з сайту: http://www.seaships.ru/steerinq.htm]. Завдяки торсіонам кожне вітрило має можливість повертатись на певний кут під дією потоку вітру, а оскільки вітрила системи мають різні значення площі, виникає і різниця сил, що діють на систему, що дозволяє системі автоматичнознаходити оптимальний кут повороту навколо осі системи в залежності від швидкості вітру. Щонайменше дві такі системи вітрил, розташовані у діаметрально протилежних ділянках колеса, дозволяють обертати таке колесо навколо його горизонтальної осі з оптимальною швидкістю. Оскільки вітрила встановлені на колесі з можливістю утворення балансного підвісу, рух колеса здійснюється навіть за умови незначного вітру, а при посиленні вітру торсіон збільшує кут повороту вітрил і, таким чином, обмежує швидкість обертання ротора вітроенергетичної установки. При цьому жорсткість торсіона вибирають з умови флюгерування системи вітрил при швидкості вітру, більшій за максимальну для регіону, де встановлюють вітроенергетичну установку. Суть пропонованої конструкції вітрового колеса вітроенергетичної установки з горизонтальною віссю обертання ротора пояснюється за допомогою схематичних креслень. На фіг. 1 - схематично показана вітроенергетична установка. На фіг. 2 - показано конструкцію системи вітрил, встановленої на торсіонах. На фіг. 3 - показано роботу системи вітрил. Пропоноване вітрове колесо вітроенергетичної установки з горизонтальною віссю обертання ротора складається щонайменше з двох однакових систем трикутних вітрил. Кожна 1 UA 78408 U 5 10 15 20 25 30 35 40 система вітрил включає вісь 1, виконану у вигляді жорсткого стрижня, радіально встановленого у вітровому колесі та два різних за площею трикутних вітрила 2 і 3, натягнуті на дві піврамки, утворені трубами 4, 5 та 6. При цьому вітрило 2 має більшу площу за площу вітрила 3. Труба 4 складається з двох частин, вставлених у опору 7, перпендикулярну до осі 1, а на труби 5 і 6 натягнуті, відповідно, похила сторона вітрила 3 та сторона, паралельна осі системи 1 вітрила 2. Піврамки, утворені трубами 4, 5 та 6, забезпечують надійне кріплення кожного вітрила 2, 3 до торсіонів 8, що збільшує ресурс вітрил. Опора 7 встановлена з можливістю вільного обертання та пересування по осі 1 відповідної системи вітрил. Опора 7 за допомогою торсіона 8 з'єднана з вільним кінцем осі 1. Ділянки з гострим кутом кожного вітрила 2 і 3, а також труби 5 і 6 шарнірно закріплені на опорі 9, встановленій на ділянці осі 1 системи вітрил, призначеній для її з'єднання з віссю вітрового колеса 10. Опора 9 перпендикулярна до осі 1. Вісь 1 кожної вітрильної системи співпадає з віссю торсіона 8 або паралельна їй. Кожне трикутне вітрило 2 і 3 встановлене у системі з можливістю повороту навколо осі 1 системи, а кожна система вітрил встановлена у вітровому колесі з утворенням балансного підвісу. Вісь 10 вітрового колеса призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки /не показано/. Робоче положення вітрового колеса - за щоглою 11, що виключає необхідність у відслідковуванні напрямку вітру або використанні флюгерного пристрою. Вітрила 2, 3 можуть бути виготовлені, наприклад, з парусини брезентової або з парусини брезентової, просоченої фарбою чи оліфою та обробленої вогнетривкою рідиною. Пропоноване колесо може мати щонайменше дві однакові системи вітрил, розташовані діаметрально протилежно, але їх кількість обмежена лише габаритами колеса. При цьому системи вітрил встановлені на колесі так, що у вихідному положенні у кожній наступній за годинниковою стрілкою системі на вигляді спереду трикутне вітрило 2 розташовують за трикутним вітрилом 3, що має меншу площу за вітрило 2. Пропоноване вітрове колесо вітроенергетичної установки з горизонтальною віссю обертання ротора працює так. Вітрове колесо з системами вітрил встановлюють вертикально на горизонтальному валу ротора генератора вітроенергетичної установки. Завдяки розміщенню кожної системи трикутних вітрил 2 і 3 на торсіонах 8, під дією вітру система вітрил повертається на певний кут навколо своєї осі 1 і займає оптимальне положення відносно напрямку вітру. Тиск вітру розподіляється по поверхні кожного вітрила 2 і 3 пропорційно до їх площ. Зважаючи на те, що площа трикутного вітрила 2 більша за площу трикутного вітрила 3, виникає сила, достатня для повороту системи вітрил навколо осі вітрового колеса 10. Із збільшенням тиску вітру на вітрила 2 і 3 системи, збільшується кут повороту системи. Дія вітру на дві діаметрально розташовані на колесі системи вітрил приводить до виникнення пари сил і обертання колеса навколо осі 10 вітрового колеса завжди у одному напрямку, який не залежить від напрямку вітру. Шляхом вибору оптимальної жорсткості торсіонів 8 створюють умови, за яких автоматично регулюється швидкість обертання колеса навколо своєї осі 10, а саме, при сильному вітрі - кут повороту торсіонів 8 найбільший, при слабкому вітрі - найменший. Пропоноване вітрове колесо з системами трикутних вітрил 2 і 3, встановлених на торсіонах 8, забезпечує автоматичне регулювання швидкості обертання вітрового колеса в залежності від швидкості вітру і не потребує додаткових механізмів, зокрема таких, які б обмежували його швидкість при шквалах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 Вітрове колесо вітроенергетичної установки з горизонтальною віссю обертання ротора, яке складається щонайменше з двох однакових систем трикутних вітрил, осі яких розташовані радіально у вітровому колесі, а вісь вітрового колеса призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки, яке відрізняється тим, що система трикутних вітрил містить два різних за площею трикутних вітрила, кожне з яких одною стороною прикріплене через торсіон до вільного кінця осі системи вітрил, виконаної у вигляді жорсткого стрижня, а протилежною - кутовою ділянкою - жорстко прикріплене до осі системи у зоні кріплення осі системи до осі колеса або до осі вітрового колеса, і встановлене у вітровому колесі з утворенням балансного підвісу, а вісь кожної вітрильної системи співпадає з віссю торсіона або паралельна їй. 2 UA 78408 U 3 UA 78408 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4