Роторно-флюгерна вітроенергетична установка (рфвеу)

1. Роторно-флюгерна вітроенергетична установка, яка включає в себе ротор, розміщений на опорі, вал відбору потужності, агрегати, що споживають механічну енергію вала відбору потужності, і гальмовий пристрій установки, яка відрізняється тим, що ротор являє собою жорстку, просторову, обтічну конструкцію, яка несе на собі лопаті, взаємодіючі з вітром, і складається із одного диска, виконаного із радіальних жорстких стержнів, з'єднаних між собою жорсткими розпірками і приєднаних жорстко до вертикальної осі ротора, виконаної із жорсткої труби, а диск, в місцях приєднання розпірок до радіальних стержнів, підкріплений знизу нахиленими жорсткими стержнями, які жорстко прикріплені до жорсткої труби осі ротора і до радіальних стержнів; при цьому в місцях приєднання радіальних стержнів до розпірок розміщені вертикально ]-подібні жорсткі опори для кріплення осі лопаті, які прикріплені жорстко стержнями до радіальних стержнів i до нахилених жорстких стержнів, а ]-подібні жорсткі опори для кріплення осі лопаті з'єднані між собою зв'язками із гнучких металевих стержнів, розміщених як у вертикальній, так i в горизонтальних площинах ]-подібних опор для кріплення осей лопатей; при цьому жорсткий каркас лопаті складається із жорсткої осі лопаті і прикріпленої жорстко до неї жорсткої рамки лопаті, а кожна лопать споряджена полотнищем із еластичного матеріалу, що прикріплене по контуру до жорсткої рамки лопаті і до осі лопаті, а вісь лопаті ділить лопать на дві частини: більшу та меншу; при цьому лопать має можливість обертатися навколо своєї осі, а під час роботи спирається почер 2 (19) 1 3 91302 4 5. Роторно-флюгерна вітроенергетична установка за п.1, яка відрізняється тим, що троси для керування роботою ротора заведені зверху в жорстку трубу осі ротора, а внизу виходять з труби осі ротора через отвори в трубі і прикріплені до рукояток керування роботою ротора. 6. Роторно-флюгерна вітроенергетична установка за п.1, яка відрізняється тим, що лопать ротора виконана із листового матеріалу, підкріпленого ребрами жорсткості. 7. Роторно-флюгерна вітроенергетична установка за п.1, яка відрізняється тим, що як кінематичне сполучення осі ротора з валом відбору потужності використаний нахилений вал, що складається щонайменше з однієї частини і з'єднаний з віссю ротора і з валом відбору потужності карданними шарнірами. Винахід належить до галузі вітроенергетики і може бути використаний в любій місцевості Земної кулі для повсякденного використання Богом даної екологічно чистої вітрової енергії. З аналогів винаходу відомі вітроустановки по документах: SU 1483081Α1, 30.05.1989 SU 1534505A1, 07.01.1990 SU 1188365A, 30.10.1955 SU 1173059A,15.08.1985 SU 4197055, 08.04.1980. Також відомий вітродвигун приведений на стор.13 від 14 червня 1989р. №24 в Літературній газеті СPCP. Найбільш близьким прототипом до запропонованої конструкції установки є роторно-парусна установка по заявці на винахід №2003054382, поданій в Укрпатент 15.05.2003р. В прототипі ротор складається з двох дисків,з'єднаних між собою вертикальними жорсткими стержнями і зв’язками, розміщеними у вертикальних площинах. В прототипі верхньою опорою ротора є розтяжки прикріплені до колон, і прототипі захист установки від сильного вітру і ураганного вітру виконується опусканням парусів в захисні чохли, при допомозі траверси, лебідки і троса. Причинами, які перешкоджають при виконанні прототипу одержання очікуваного технічного результату є: - значна площа ділянки, на якій розміщається установка: - захист установки від сильного і ураганного вітру вимагає певного часу; - відсутність самозахисту установки від раптових поривів вітру, сильного вітру і ураганного вітру. В основу винаходу поставлено задачу на основі вітроенергетичної установки, яка включає в себе ротор, опору, вал відбору потужності, агрегати, що споживають механічну енергію вала відбору потужності і тормозний пристрій установки, створити роторно-флюгерну вітроенергетичну установку, шляхом аміни конструкції ротора, зміни конструкції опор ротора і зміни фіксації лопатів, забезпечити захист лопатів ротора установки від дії сильного і ураганного вітру шляхом переведення їх в положення флюгера; забезпечити установку самозахистом від дії сильного і ураганного вітру, зробити установку більш компактною, яку можна використати в кожному сільському дворі для господарських потреб, освітлення і опалення зимою житла; забезпечити повсюдне і повсякденне використання Богом даної екологічно чистої вітрової енергії, відмовитись від надмірного використання надр Землі, закрити атомні електростанції, забезпечити безпеку льоту птахів і забезпечити роботу установки від штилю до шторму. Для здобуття поставленої задачі, роторнофлюгерна вітроенергетична установка включає в себе ротор, розміщений на опорі, вал відбору потужності, агрегати, що споживають механічну енергію вала відбору потужності і тормозний пристрій установки. Ротор представляє собою жорстку просторову, обтічну конструкцію і несе на собі лопаті, які взаємодіють з вітром. Ротор складається із одного диска, виконаного із радіальних жорстких стержнів, з'єднаних між собою жорсткими розпірками і приєднаних жорстко до вертикальної осі ротора. Вертикальна вісь ротора виконана із жорсткої труби. Диск в місці приєднання розпірок до радіальних стержнів, підкріплений знизу нахиленими жорсткими стержнями, які жорстко прикріплені до жорсткої труби осі ротора і до радіальних стержнів. З місці приєднання радіальних стержнів до розпірок розміщені вертикально J-образні жорсткі опори для кріплення осі лопаті. J-образні жорсткі опори прикріплені жорстко стержнями до радіальних стержнів і до нахилених жорстких стержнів. J-образні жорсткі опори для кріплення осі лопаті з'єднані між собою зв’язками із гибких металевих стержнів, розміщених як у вертикальній, так і в горизонтальних площинах J-образних опор для кріплення осі лопатів. Жорсткий каркас лопаті складається із жорсткої осі лопаті і жорстко прикріпленої до неї жорсткої рамки лопаті, Кожна лопать споряджена полотнищем із еластичного матеріалу, яке прикріплене по контуру до жорсткої рамки лопаті і до осі лопаті. Вісь лопаті ділить лопать на дві частини: більшу та меншу. Лопать має можливість обертатись навколо своєї осі, а під час роботи спирається почергово на два висувні штоки фіксаторів лопаті. Фіксатори лопатів закріплені на конструкції ротора таким чином, що поворот лопаті при роботі обмежений в секторі від гострого кута до розгорнутого, а почергове опирання лопаті виконане спочатку більшою частиною лопаті, а потім меншою частиною лопаті. Фіксатор лопаті складається з висувного штока і стопорного штока, які підпружинені пружинами стискування. Висувний шток фіксатора прикріплений до троса розміщеного на блочках і з’єднаного з рукояткою ручного керування роботи ротора для зупинки ротора. Стопорний шток фіксатора прикріплений до троса розміщеного на блочках, і з'єднаного з рукояткою 5 ручного керування роботи ротора для приведення ротора в роботу. Рукоятки керування роботою ротора знаходяться під опорами для осі лопаті і розміщені на стержнях, які прикріплені до конструкції ротора. Вісь ротора опирається зверху просторової опори на радіально-опорний підшипник, а всередині просторової опори на радіальний підшипник, який розміщений на несущій конструкції просторової опори. Просторова опора закріплена жорстко до фундамента. Ось ротора своїм нижнім кінцем кінематично сполучена з валом відбору потужності, агрегатами, що споживають механічну енергію вала відбору потужності і тормозним пристроєм установки. Вітроенергетична установка може бути виготовлена таким чином, що вона доповнена системою самозахисту кожної лопаті від сильного і ураганного вітру, яка перевищує розрахункову. Система самозахисту складається з висувного штока фіксатора, троса, розміщеного на блочках 1 пристрою, який взаємодіє з вітром» прикріплений до троса і має форму тіла крутіння. Вітроенергетична установка може бути виготовлена таким чином, що висувні штоки фіксаторів висунуті тільки для опирання лопаті більшою своєю частиною. Вітроенергетична установка може бути виготовлена таким чином, що жорстка, просторова, обтічна конструкція ротора доповнена розтяжками, які з'єднують вісь ротора з кожним із радіальних жорстких стержнів ротора. Вітроенергетична установка може бути виготовлена таким чином, що троси для керування роботою ротора заведені зверху в жорстку трубу осі ротора, а виходять з труби осі ротора через отвори в трубі і прикріплені до рукояток для керування роботою ротора. Вітроенергетична установка може бути виготовлена таким чином, що лопать ротора виконана із листового матеріалу, підкріпленого ребрами жорсткості. Вітроенергетична установка може бути виготовлена таким чином, що в якості кінематичного сполучення осі ротора з валом відбору потужності є нахилений вал, який складається щонайменше з однієї частини і з'єднаний з віссю ротора і валом відбору потужності карданними шарнірами. На Фіг.1 показана роторно-флюгерна вітроенергетична установка. План. На Фіг.2 - роторно-флюгерна вітроенергетична установка. Вид по А-А. На Фіг.3 - кінематична схема розміщення 6 лопатів і фіксаторів для опирання лопаті як більшою, так і меншою частиною лопаті. На Фіг.4 - кінематична схема розміщення 6 лопатів і фіксаторів для опирання лопаті тільки більшою частиною лопаті. На Фіг.5 - жорстка, простірна, обтічна конструкція ротора роторно-флюгерної вітроенергетичної установки. План. На Фіг.6 - те ж. Розріз по В-В. На Фіг.7 показана кінематична схема фіксатора з положенні роботи ротора установки, а також кінематична схема самозахисту ротора від дії сильного і ураганного вітру. 91302 6 На Фіг.8 - кінематична схема фіксатора в положенні захисту ротора установки від дії сильного і ураганного вітру. На Фіг.9 - розміщення пристроїв для самозахисту ротора установки від дії сильного і ураганного вітру. План. На Фіг.10 - розміщення пристроїв для самозахисту ротора установки від дії сильного і ураганного вітру; - розміщення стержнів під рукоятки для ручного керування роботи ротора установки; - розміщення опор осі ротора на простірну опору; розміщення фундаментів під простірну опору. Розріз по С-С. На Фіг.11 показано розміщення розтяжок, які з'єднують вісь ротора з радіальними стержнями. Вертикальний розріз. На Фіг.12 показано розміщення тросів ручного керування роботи ротора з проходом тросів всередині труби осі ротора. Вертикальний розріз. Приклади Приклад 1. Роторно-флюгерна вітроенергетична установка включає в себе ротор 1, розміщений на опорі 2, вал 3 відбору потужності, агрегати 4, 5, що споживають механічну енергію вала 3 відбору потужності і гальмовий пристрій 6 установки. Ротор 1 представляє собою жорстку просторову, обтічну конструкцію і несе на собі лопаті 7, які взаємодіють з вітром. Ротор і складається із одного диска, виконаного із радіальних, жорстких стержнів 8, з’єднаних між собою жорсткими розпірками 9 і приєднаних жорстко до вертикальної осі 10 ротора 1. Вертикальна вісь 10 ротора і виконана із жорсткої труби. Диск, в місцях приєднання розпірок 9 до радіальних стержнів 8 підкріплений знизу нахиленими жорсткими стержнями 11, які жорстко прикріплені до жорсткої труби осі 10 ротора 1 і до радіальних стержнів 8. З місцях приєднання радіальних стержнів 8 до розпірок 9 розміщені J-образні жорсткі опори 12 для кріплення осі 13 лопаті 7. Jобразні жорсткі опори 12 жорстко прикріплені стержнями 14, 15, 16, 17 до радіальних стержнів 8 і до нахилених жорстких стержнів 11. Вертикальні Jобразні жорсткі опори 12 для кріплення осі 13 лопаті 7 з'єднані між собою зв'язками із гнучких металевих стержнів 18, розміщених як у вертикальній, так і в горизонтальних площинах. J-образних опор 12 для кріплення осі 13 лопатів 7. Жорсткий каркас лопаті 7 складається із жорсткої осі 13 лопаті 7 і жорстко прикріпленої до неї жорсткої рамки 19 лопаті 7. Кожна лопать 7 споряджена полотнищем 20 із еластичного матеріалу, яке прикріплене по контуру до жорсткої рамки 19 лопаті 7 і до осі 13 лопаті 7. Вісь 13 лопаті 7 ділить лопать 7 на дві частини; більшу і меншу. Лопать 7 має можливість обертатись навколо своєї осі, а під час роботи спирається почергово на два висувні штоки 21 фіксаторів 22 лопоті 7. Фіксатори 22 лопатів 7 закріплені на конструкції ротора і таким чином, що поворот лопаті 7 при роботі ротора обмежений в секторі α від гострого кута до розгорнутого кута, а почергове опирання лопаті 7 виконане спочатку більшою частиною лопаті, а потім меншою частиною лопаті 7. Фіксатор 22 лопаті 7 складається з висувного штока 21 і стопорного штока 23, які під 7 пружинені пружинами 24, 25 стискування. Висувний шток 21 фіксатора 22 прикріплений до троса 26, розміщеного на блочках 27 і з'єднаного з рукояткою 28 ручного керування роботи ротора і для зупинки ротора 1. Стопорний шток 23 фіксатора 22 прикріплений до троса 29, розміщеного на блочках 30 і з'єднаного з рукояткою 31 ручного керування роботи ротора і для приведення ротора в роботу. Рукоятки 28, 31 керування роботою ротора і знаходяться під опорами 12 для кріплення осі 13 лопаті 7 і розмірені на стержнях 32, які прикріплені до конструкції ротора 1. Вісь 10 ротора 1 опирається зверху просторової опори 2 на радіально-опірний підшипник 33, а всередині просторової опори 2 на радіальний підшипник 34, який розміщений на несучій конструкції 35 просторової опори 2. Просторова опора 2 закріплена жорстко до фундаменту 36. Ось 10 ротора і своїм нижнім кінцем кінематично 37 сполучена з валом 3 відбору потужності, агрегатами 4, 5, споживаючими механічну енергію вала відбору потужності і гальмівним пристроєм установки. Приклад 2. Роторно-флюгерна вітроенергетичнаустановка включає в себе ознаки 1 37 і виконана таким чином, що вона доповнена системою самозахисту кожної лопоті 7 від дії сильного і ураганного вітру, яка перевищує розрахункову. Система самозахисту складається з висувного штока 21 фіксатора 22, троса 38, розміщеного на блочках 39, і пристрою 40, який взаємодіє з вітром, прикріплений, до троса 38 і має форму тіла обертання (наприклад циліндр). Приклад 3. Роторно-флюгерна вітроенергетична установка включає в себе ознаки 1 37 і виконана таким чином, що висувні штоки 21 фіксаторів 22 висунуті тільки для опирання лопаті 7 більшою своєю частиною. Приклад 4. Роторно-флюгерна вітроенергетична установка включає в себе ознаки 1 37 і виконана таким чином, що жорстка просторова, обтічна конструкція ротора і доповнена розтяжками 41, які з'єднують вісь 10 ротора і з кожним із радіальних жорстких стержнів 8 ротора 1. Приклад 5. Роторно-флюгерна вітроенергетична установка включає в себе ознаки 1 37 і виконана таким чином, що троси 42, 43 керування роботою ротора 1, заведені зверху в жорстку трубу осі 10 ротора, а внизу виходять із труби осі 10 ротора через отвори в трубі і прикріплені до рукояток 44, 45 керування роботи ротора. Роторно-флюгерна вітроенергетична установка працює слідуючим чином. При появі вітру, звідки б вітер не повіяв 1 якої б сили він не був, кожна лопать 7 установки, незалежно від кількості лопатів 7, розміщених на конструкції ротора (3, 4, 6 чи більше), за декілька секунд під дією вітру, дією висувних штоків 21 фіксаторів 22 займає таке положення лопатів 7, яке показане на кінематичній схемі розміщення 91302 8 лопатів 7 (Фіг.3, Фіг.4), якщо лопаті 7 в даний момент знаходяться відносно осі 10 ротора 1 і відносно напрямку вітру "р" в даному місці (І, ІІ, ІІІ, ІV, V, VІ). Таке положення кожної лопаті 7 в залежності від напрямку вітру "р" забезпечене завдяки тому, що вісь 13 лопаті 7 ділить лопать 7 на дві частини: більшу і меншу, а також завдяки наявності висувних штоків 21 фіксаторів 22. Лопаті 7, які спираються на висувні штоки 21 фіксаторів 22 взаємодіють з вітром в примушують ротор 1 повертатись, а лопаті 7, які не опираються на висувні штоки 21 фіксаторів 22, Ідуть проти вітру, становляться в положення флюгера і при повороті ротора 1 лопаті 7 не міняють свого положення відносно напрямку вітру "р" до тих пір, доки вони не стануть спиратися на висувні штоки 21 фіксаторів 22. Таким чином вітрове навантаження на лопаті 7 примушує ротор 1 установки обертатися, а вертикальній осі 10 ротора 1 передається крутящий момент. Крутящий момент від осі 10 ротора 1 кінематичне передається валу 3 відбору потужності, а від нього передається кінематичне агрегатам 4, 5, що споживають енергію вала 3 відбору потужності і гальмівному пристрою 6 установки. Для зупинки ротора 1 необхідно потягнути вниз рукоятку 28 для зупинки ротора. При цьому під дією троса 26 стискується пружина 24 висувного штока 21 і висувний шток 21 втягується в своє гніздо; одночасно спрацьовує пружина 25 стискування стопорного штока 23, стопорний шток 23 переміщається і не дає можливості висунутись висувному штоку 21, що дозволяє лопаті 7 без перешкод повертатися навколо своєї осі 13 і становитись в положення флюгера. Таким чином переводяться всі лопаті 7 в положення флюгера. Це, по-перше, дозволяє зупинити ротор 1 в любий час, а по-друге, при наближенні сильного вітру, при штормовому попередженні, дозволяє швидко поставити установку в безпечне флюгерне положення. Для запуску установки в роботу необхідно потягнути вниз рукоятку 31 ручного керування роботи ротора 1 для приведення ротора 1 в роботу. При цьому стискується пружина 25 стискування стопорного штока 23, стопорний шток 23 звільняє висувний шток 21 і пружина 24 висувного штока 21 висуває шток 21 в робоче положення. Як тільки лопать 7 стане опиратися на висувний шток 21, вітер примусить ротор 1 обертатися. Система самозахисту спрацьовує слідуючим чином: При появі сильного, або наближанні ураганного вітру, який перевищує розрахунковим, вітер тисне на пристрій 40, який має форму тіла крутіння, наприклад, циліндр, що спричиняє тросу 38 натягнутись. Якщо сила натягу троса 38 дійде до розрахункової, трос 38 натягнеться 1 примусить стиснути пружину 24 стискування висувного штока 21. Висувний шток 21 переміститься, а пружина 25 стопорного штока 23 перемістить стопорний шток 23, який 1 застопорить висувний шток 21 в положенні, яке дозволяє лопатям 7 ротора 1 безперешкодно повертатися навколо своєї осі 13 і становитися в положення флюгера. 9 91302 10 11 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 91302 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