Пристрій експериментальної оцінки підвищення ефективності конструкції вітродвигуна

Реферат: Пристрій експериментальної оцінки підвищення ефективності конструкції вітродвигуна містить вертикальну вісь обертання, на якій закріплена конструкція вітродвигуна, підшипники, джерело живлення. На осі обертання закріплений диск з отворами. Напроти одного із отворів розташований світлодіод, а з протилежного боку диска закріплений фотодіод. До інформаційного виходу фотодіода підключений вивід, який через інвертор з'єднаний з першим входом логічної схеми співпадіння. До другого входу логічної схеми співпадіння підключений вивід з лічильного тригера, до входу якого підключений вивід таймера. Вихід схеми співпадіння з'єднаний зі входом двійкового лічильника. Восьмирозрядний вихід двійкового лічильника з'єднаний з одним із портів входу в мікроконтролер, який через порт виходу підключений до індикатора. UA 81366 U (12) UA 81366 U UA 81366 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроенергетики і дозволяє вибрати ефективну конструкцію вітродвигуна без використання електронавантаження. Відомий пристрій [1], який призначений для вимірювання швидкості та визначення напрямку вітру на відстані. Недоліком цього пристрою є відсутність контролю навантаження вітродвигуна. В основу корисної моделі поставлена задача реалізації структури механічного навантаження вітродвигуна з метою вибору його ефективної конструкції без застосування електрогенератора. Поставлена задача експериментальної оцінки підвищення ефективності конструкції вітродвигуна, який містить вертикальну вісь обертання, закріплену в підшипниках, на осі обертання закріплена конструкція вітродвигуна, яка оцінюється експериментально згідно з корисною моделлю, на осі обертання закріплений диск з отворами, зверху проти одного із отворів розташований світлодіод, а з протилежного боку диска проти цього отвору закріплений фотодіод, до світлодіода та фотодіода підключено джерело живлення, до інформаційного виходу фотодіода підключений вивід, який через інвертор з'єднаний з першим входом логічної схеми співпадіння до другого входу якої підключений вивід з лічильного тригера, до входу якого підключений вивід таймера, вихід логічної схеми співпадіння з'єднаний зі входом двійкового лічильника, восьми розрядний вихід якого з'єднаний з одним із портів входа в мікроконтролер, який через порт виходу підключений до індикатора. Згідно з корисною моделлю до вертикальної осі обертання прикріплений гальмівний диск, до якого прилягає фрикційна накладка, яка з одного боку закріплена на додатковій осі обертання. Згідно з корисною моделлю до другого боку фрикційної накладки через гвинт прикріплена гнучка приставка, з двох боків якої закріплені гнучкі металеві пластини, які являють собою електричні опори і з одного боку заземлені, другі кінці цих пластин прикріплені окремо з двох сторін до першої діагоналі чотириполюсної мостової схеми електричних опорів, друга діагональ цієї схеми з одного боку заземлена через указані металеві пластини, а з другого боку підключена до джерела живлення, другий кінець гнучкої приставки через пружину з'єднаний з додатковим диском ручного обертання за допомогою рукоятки, диск ручного обертання закріплений на додатковій осі обертання, крім того кінці а і b першої діагоналі чотириполюсної мостової схеми відповідно підключені до неінвертуючих входів двох підсилювачів, які виконані на операційних підсилювачах, вихід першого підсилювача, до входу якого підключений кінець металевої накладки, яка розтягується, підключений до неінвертуючого входу третього операційного підсилювача, вихід другого підсилювача, до входу якого підключений кінець металевої накладки, яка зтискається, підключений до інвертуючого входу третього операційного підсилювача, вихід якого через аналогово-цифровий перетворювач підключений до вхідного порта мікропроцесора, який через вихідний порт підключений до індикатора. На кресленні показана загальна структурна схема запропонованого пристрою. Як показано на кресленні, пристрій, що пропонується, містить вітродвигун 1, який закріплений на вертикальній осі 2 обертання в підшипниках 3, до якої прикріплений диск 4 вимірювання швидкості вітру, в якому на відстані радіуса R виконані отвори по кругу, зверху диска 4 напроти отворів розташований світлодіод СД (5), з другого боку диска 4 установлений фотодіод ФД (6), який разом зі світлодіодом СВ (5) підключений до джерела живлення Е (7), сигнальний вихід із фотодіода ФД (6) через інвертор (18) з'єднаний з першим входом схеми 21 логічного співпадіння, до другого входу якої підключений вихід з лічильного тригера 20, на вхід якого надходять дані поточного часу із таймера 19, вихід схеми 21 логічного співпадіння підключений до входу двійкового лічильника СТ2 (22), восьмирозрядний вихід з якого підключений до вхідного порту мікроконтролера 23, через вихідний порт якого інформація надходить на індикатор 24, до вертикальної осі 2 обертання прикріплений гальмівний диск 9, до якого прилягає фрикційна накладка 10, яка з одного боку закріплена на додатковій осі обертання 8, а з другого боку до фрикційної накладки 10 через гвинт 14 прикріплена гнучка приставка 17, з двох боків якої закріплені гнучкі металеві пластини ℓ 1, та ℓ2, які являють собою електричні опори і з одного боку заземлені, а другі кінці цих пластин прикріплені окремо з двох сторін до першої діагоналі (а, b) чотириполюсної мостової схеми електричних опорів 16, друга діагональ (с, d) цієї схеми з одного боку (d) заземлена через указані металеві пластинки ℓ1 та ℓ2, а з другого боку (с) підключена до джерела живлення Е (15), другий кінець гнучкої приставки 17 через пружину 13 з'єднаний з додатковим диском 11 ручного обертання за допомогою рукоятки 12, диск 11 ручного обертання закріплений на додатковій осі обертання, виходи a, b першої діагоналі чотириполюсної мостової схеми відповідно підключені до неінвертуючих входів операційних підсилювачів І, II, вихід І операційного підсилювача відповідно підключений до неінвертируючого входу III операційного підсилювача, вихід II операційного підсилювача підключений до інвертуючого входу III операційного підсилювача, вихід якого з'єднаний зі 1 UA 81366 U 5 входом аналогово-цифрового перетворювача (АЦП 25), восмирозрядний вихід якого через вхідний порт підключений до мікроконтролера 23, де введена інформація обчислюється відповідно до заданого алгоритму, вихідні дані з мікроконтролера надходять на індикатор 24. Пристрій, що пропонується, працює наступним чином. Відповідно до [2] середня аеродинамічна сила FA вітродвигуна визначається наступною формулою: FA  1   S  V2 , 3 (1) де  - густина повітря (   129 кг ); S - міделевий перетин, який визначається по формулі: , м2 S  2R  H , (2) 10 де R - відстань лопаті вітродвигуна від осі обертання; H - висота лопаті вітродвигуна; V швидкість вітру. Сила F натягу металевої пластини ℓ1 та зтискання металевої пластини ℓ2 (див. креслення) визначається відповідно до формули [3]: 15 F  E A 20 25 30 35 40   (3) де E - модуль пружності (модуль Юнга); A - площа перетину металевих пластин ℓ1 та ℓ2;  - відповідне збільшення та зменшення металевих пластин ℓ1 та ℓ2 під дією сил F натягу. Оскільки металева пластина ℓ1 розтягується, а пластина ℓ2 зтискається, то відповідно до їх електричні опори для ℓ1 збільшується, а для ℓ2 зменшується [3], тому в процесі роботи напруга в точці а збільшується, а в точці b відповідно зменшується. Оскільки зміни Δℓ довжини металевих пластин малі, то для того, щоб більш точніше оцінити їх зміни застосовуються операційні підсилювачі І та II (див. креслення). Підсилені напруги на виході підсилювачів І та II, які будуть пропорційні відповідним змінам Δℓ металевих пластин ℓ1 та ℓ2 подаються відповідно на інвертируючий вхід (для пластини ℓ2, яка зтискається) та неінвертируючий вхід (для пластини ℓ1, яка розтягується) на III операційний підсилювач (див. креслення), який буде підсилювати їх різницю у вигляді 2-х напруг U1, U2 ця різниця буде підсилюватись з великим коефіцієнтом підсилення K  Roc (див. креслення). R1 Аналогове значення вихідної напруги Uв их  Roc U2  U1 через аналогово-цифровий R1 перетворювач АЦП (25) подається на мікроконтролер, який обробляє інформацію відповідно до приведеного алгоритму та видає її на індикацію. Таким чином, за допомогою корисної моделі, яка пропонується, можна в аеродинамічній трубі, яка дозволяє змінювати швидкість повітряного потоку в широкому діапазоні, або в природних умовах визначити ефективну конструкцію вітродвигуна без застосування електронавантаження. Джерела інформації: 1. Пристрій вимірювання швидкості та визначення напрямку вітру на відстані. Патент України № 44823 від 12.10.2009 р. 2. Сидоренко К.М., Соченко П.С. Відновлювальні джерела енергії. Розробки молоді - у життя. - К.: НАУ, 2011 р. 3. Кухлинг Х. Справочник по физике. - Москва: Мир, 1982 г. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 1. Пристрій експериментальної оцінки підвищення ефективності конструкції вітродвигуна, який містить вертикальну вісь обертання, закріплену в підшипниках, на осі обертання закріплена конструкція вітродвигуна, яка оцінюється експериментально, який відрізняється тим, що на осі обертання закріплений диск з отворами, зверху проти одного із отворів розташований світлодіод, а з протилежного боку диска проти цього отвору закріплений фотодіод, до 2 UA 81366 U 5 10 15 20 25 світлодіода та фотодіода підключено джерело живлення, до інформаційного виходу фотодіода підключений вивід, який через інвертор з'єднаний з першим входом логічної схеми співпадіння, до другого входу якої підключений вивід з лічильного тригера, до входу якого підключений вивід таймера, вихід схеми співпадіння з'єднаний зі входом двійкового лічильника, восьмирозрядний вихід якого з'єднаний з одним із портів входа в мікроконтролер, який через порт виходу підключений до індикатора. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що до вертикальної осі обертання прикріплений гальмівний диск, до якого прилягає фрикційна накладка, яка з одного боку закріплена на додатковій осі обертання, а з другого через пружину прикріплена до додаткового диска ручного обертання, цей диск також закріплений на окремій осі обертання. 3. Пристрій за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що до фрикційної накладки через гвинт прикріплена гнучка приставка, з двох боків якої закріплені гнучкі металеві пластини, які являють собою електричні опори і з одного боку заземлені, другі кінці цих пластин прикріплені окремо з двох сторін до першої діагоналі чотириполюсної мостової схеми електричних опорів, друга діагональ цієї схеми з одного боку заземлена через указані металеві пластини, а з другого боку підключена до джерела живлення, другий кінець гнучкої приставки через пружину з'єднаний з додатковим диском ручного обертання за допомогою рукоятки, диск ручного обертання закріплений на додатковій осі обертання, крім того кінці першої діагоналі чотириполюсної мостової схеми відповідно підключені до неінвертуючих входів двох підсилювачів, які виконані на операційних підсилювачах, вихід першого підсилювача, до входу якого підключений кінець металевої накладки через чотириполюсну мостову схему, яка розтягується, підключений до неінвертуючого входу третього операційного підсилювача, вихід другого підсилювача, до входу якого через чотириполюсну мостову схему підключений кінець металевої накладки, яка зтискається, підключений до інвертуючого входу третього операційного підсилювача, вихід якого через аналогово-цифровий перетворювач підключений до вхідного порта мікропроцесора, який через вихідний порт підключений до індикатора. 3 UA 81366 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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