Вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора

Реферат: Вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора складається із щонайменше трьох однакових вітрил, кожне з яких закріплене на радіально встановленій відносно вісі колеса спиці, а вісь вітрового колеса призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки. На кожній спиці жорстко закріплено Г-подібний трубчастий елемент, вісь одного з променів якого співпадає з віссю спиці, другий промінь розташований перпендикулярно до відповідної спиці і під кутом 3155° або 2255° до вертикальної осі вітрового колеса, а на Г-подібному трубчастому елементі своїми двома сторонами закріплено з провисанням вітрило, що має у плані форму прямокутного трикутника, один катет якого співпадає із спицею, другий катет закріплений на другому промені Г-подібного трубчастого елемента, а всі вітрила вітрового колеса утворюють у плані зірку, гострі кути якої направлені назовні від осі вітрового колеса. UA 78806 U (12) UA 78806 U UA 78806 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 вертикальною віссю обертання ротора для вироблення електричної та механічної енергії. Найбільш близьким до пропонованого за кількістю суттєвих ознак є вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора, яке складається з щонайменше трьох однакових вітрил, кожне з яких закріплене на радіально встановленій спиці, а вісь вітрового колеса призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки [Патент України №71478 на корисну модель, МПК F03D 3/06 (2006.01), опубл. 10.07.2012, бюл. № 13]. Недолік описаного колеса полягає у необхідності застосування складних і громіздких механізмів для орієнтування вітрил за напрямком вітру. Використання ж таких механізмів суттєво збільшує вартість і колеса, і вітроенергетичної установки в цілому, потребує досить високої кваліфікації персоналу. До того ж, через складність, надійність описаної конструкції є недостатньою, що обмежує використання такого колеса, наприклад у невеликих фермерських господарствах. У основу пропонованої корисної моделі поставлена задача створення такого вітрового колеса, яке б мало меншу вартість та було б більш надійним. Поставлена задача вирішується за рахунок використанням трикутних вітрил із дешевих матеріалів, а вища надійність - за рахунок застосування у конструкції жорстких елементів для закріплення вітрил, які не потребують регулювання в залежності від вітру і погодних умов. Пропоноване, як і відоме, вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора складається з щонайменше трьох однакових вітрил, кожне з яких закріплене на радіально встановленій відносно осі колеса спиці, а вісь вітрового колеса призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки, відповідно до корисної моделі, на кожній спиці жорстко закріплено Г-подібний трубчастий елемент, вісь одного з променів якого співпадає з віссю спиці, другий промінь розташований перпендикулярно до відповідної спиці і під кутом 3155° або 2255° до вертикальної осі вітрового колеса, а на Гподібному трубчастому елементі своїми двома сторонами закріплено з провисанням вітрило, що має у плані форму прямокутного трикутника, один катет якого співпадає із спицею, другий катет закріплений на другому промені Г-подібного трубчастого елемента, а всі вітрила вітрового колеса утворюють у плані зірку, гострі кути якої направлені назовні від осі вітрового колеса. Авторами експериментально встановлено оптимальне значення кута нахилу променя Гподібно трубчастого елемента, перпендикулярного до відповідної спиці до вертикальної осі вітрового колеса, яке складає 3155° або 2255°. Згадане значення цього кута знайдено з умови утворення під час дії вітру на два протилежні вітрила вітрового колеса сил, одна з яких напинає одне вітрило у напрямку вверх, а друга у той же час прогинає друге вітрило вниз, що примушує колесо обертатись навколо своєї осі. Так, при значенні кута нахилу променя до вертикальної осі вітрового колеса, яке відрізняється від значень 2255° та 3155°, ефективність вітрового колеса є недостатньою через його невелику швидкість. Завдяки використанню у пропонованій конструкції вітрил, закріплених на Г-подібних трубчастих елементах з провисанням, один катет кожного з яких розташований під кутом 3155° або 2255° до вертикальної осі вітрового колеса, під дією потоку вітру одне трикутне вітрило напинається і автоматично збільшує свою площу, а друге - прогинається, що змушує колесо обертатися навколо своєї осі, практично, при будь-якому вітрі. Кількість рівномірно розподілених по колу вітрил у вітровому колесі може дорівнювати трьом або бути більшою за три і залежить лише від габаритів колеса та міцності використаного матеріалу вітрил. Суть конструкції пропонованого вітрового колеса вітроенергетичної установки з горизонтальною віссю обертання ротора пояснюється за допомогою схематичних креслень. На фіг. 1 - показана вітроенергетична установка в комплексі. На фіг. 2 - показано вид зверху на вітрове колесо. На фіг. 3 - показано вид збоку на вітрове колесо. На фіг. 4, 5 - показано роботу вітрового колеса. Як приклад, пропоноване вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора, складається з чотирьох однакових вітрил 1, 2, 3, 4. Кожне з вітрил 1, 2, 3, 4 закріплене на відповідній спиці 5, що встановлена радіально відносно осі 6 колеса, а кут між суміжними спицями 5 складає 90°. Вісь 6 вітрового колеса призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки /не показано/. Вітрове колесо забезпечено Г-подібними трубчастими елементами, один промінь якого 7 жорстко закріпленій на відповідній спиці 5, а їх осі співпадають, другий 8 - розташований перпендикулярно до спиці 5 і під кутом 225° або 315° до вертикальної осі 6 вітрового колеса, тобто похило направлений 1 UA 78806 U 5 10 15 20 25 30 35 вниз. Промені 7 і 8 розташовані перпендикулярно один до одного. На кожному Г-подібному трубчастому елементі двома сторонами закріплено з провисанням одне вітрило 1, 2, 3 або 4. Кожне вітрило 1, 2, 3 або 4 має у плані форму прямокутного трикутника, один катет якого співпадає із спицею 5. Всі вітрила 1, 2, 3, 4 вітрового колеса утворюють у плані зірку, гострі кути яких направлені назовні від осі б вітрового колеса. Вітрила 1, 2, 3 або 4 можуть бути виготовлені, наприклад, з тентової тканини, яка являє собою міцну армуючу сітку з ниток поліестеру із закріпленими (статичними) чарунками, на яку з обох боків нанесено шар пластифікованого полівінілхлориду (ПВХ) [Інформація з сайту http://ukreurotent.com.ua/pvc.htm]. Також для виготовлення вітрил 1, 2, З або 4 може бути використана парусина брезентова або парусина брезентова, просочена фарбою чи оліфою та оброблена вогнетривкою рідиною. Пропоноване вітрове колесо вітроенергетичної установки з горизонтальною віссю обертання ротора працює так. Вітрове колесо з вітрилами 1, 2, 3, 4 встановлюють горизонтально на вертикальному валу ротора генератора вітроенергетичної установки. Під дією вітру, як показано на фіг. 3, на поверхні вітрила 1, зверненій вгору, виникає надлишковий тиск, а на нижній - розрідження, що веде до випинання вітрила до низу, одночасно штовхаючи його вперед. Під дією вітру поверхня вітрила 1 випинається, як видно на фіг. 3, та збільшується порівняно із станом спокою й перекриває більшу частину потоку вітру, штовхаючи колесо по колу. З вітрилом 3, а також 2 і 4, в цей же час здійснюється зворотна трансформація, оскільки потік вітру тисне на його нижню поверхню й випинає вітрило вгору, зменшуючи і площину вітрила, і, природно, його опір набігаючому потоку вітру. При цьому вітрове колесо з вітрилами 1, 2, 3, 4 починає обертатися по колу, а напрямок обертання вітрового колеса не залежить від напрямку вітру і задається конструктивно шляхом встановлення заданого кута променя 8 Г-подібного трубчастого елемента відносно вертикальної осі 6 вітрового колеса. Під час обертання вітрового колеса напрямок випинання кожного вітрила 1, 2, 3, 4 змінюється на протилежний. Пропоноване вітрове колесо має меншу вартість та є більш надійним за колесо-прототип. Менша вартість обумовлена використанням трикутних вітрил 1, 2, 3, 4 із досить дешевих матеріалів. Вищої надійності вдалося досягнути за рахунок застосування конструкції вітрового колеса, в якій вітрила 1, 2, 3, 4 жорстко закріплені на Г-подібному трубчастому елементі, а тому пропоноване колесо є простим і не потребує регулювання в залежності від вітру і погодних умов. У пропонованому колесі створені умови, за яких трикутні вітрила 1, 2, 3, 4, закріплені з провисанням на Г-подібному трубчастому елементі лише своїми двома сторонами, під дією потоку вітру напинаються на величину, задану шляхом встановлення кута нахилу променя 8 Гподібного трубчастого елемента до вертикальної осі 6 вітрового колеса та провисання кожного вітрила 1, 2, 3, 4, що змушує вітрове колесо обертатися навколо своєї осі 6, практично, при будь-якому вітрі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 Вітрове колесо вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора, що складається із щонайменше трьох однакових вітрил, кожне з яких закріплене на радіально встановленій відносно осі колеса спиці, а вісь вітрового колеса призначена для кінематичного з'єднання з ротором генератора вітроенергетичної установки, яке відрізняється тим, що на кожній спиці жорстко закріплено Г-подібний трубчастий елемент, вісь одного з променів якого співпадає з віссю спиці, другий промінь розташований перпендикулярно до відповідної спиці і під кутом 3155° або 2255° до вертикальної осі вітрового колеса, а на Г-подібному трубчастому елементі своїми двома сторонами закріплено з провисанням вітрило, що має у плані форму прямокутного трикутника, один катет якого співпадає із спицею, другий катет закріплений на другому промені Г-подібного трубчастого елемента, а всі вітрила вітрового колеса утворюють у плані зірку, гострі кути якої направлені назовні від осі вітрового колеса. 2 UA 78806 U 3 UA 78806 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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