Вітроенергетична установка галецького (варіанти)

1. Вітроенергетична установка, що містить встановлену на фундаменті опору, поворотну частину, розташовану на верхньому кінці опори і сполучену з нею для можливості повороту навколо її вертикальної осі за допомогою шарнірного пристрою, встановлене на горизонтальному валу поворотної частини вітроколесо із зовнішньою циліндричною обичайкою і конусним осьовим розсікачем потоку повітря, між якими жорстко змонтовані лопаті, і виконавчі механізми, яка відрізняється тим, що поворотна частина виконана Lподібної форми, на вертикальній стійці якої розташований горизонтальний вал вітроколеса, вітроколесо розміщено щодо напряму вітру за віссю обертання поворотної рами і має внутрішню циліндричну обичайку, жорстко сполучену з конусним осьовим розсікачем повітря і горизонтальним валом вітроколеса, при цьому між зовнішньою і внутрішньою циліндричними обичайками жорстко закріплені лопаті парусного типу. 2. Вітроенергетична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що відношення сумарної площі вітрил до площі кільцевої щілини між внутрішньою і зовнішньою обичайками складає від 3 до 7. 3. Вітроенергетична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що внутрішня циліндрична обичайка вітроколеса жорстко сполучена з конусним осьо 2 (19) 1 3 Група винаходів належить до вітроенергетики і може бути використана для отримання механічної енергії. Відома вітроенергетична установка, що містить встановлену на фундаменті опору, поворотну частину, розташовану на верхньому кінці опори і сполучену з нею для можливості повороту навколо її вертикальної осі за допомогою шарнірного пристрою, встановлене на горизонтальному валу поворотної частини вітроколесо із зовнішньою циліндричною обичайкою і конусним осьовим розсікачем потоку повітря, між якими жорстко змонтовані лопаті, і виконавчі механізми [свід. на корисну модель РФ №74669, МПК F03D 3/00, опубл. 10.07.2008], вибрана як прототип. У вказаній вітроенергетичній установці на кінці горизонтального вала поворотної частини, протилежному вітроколесу, встановлений флюгер; зовнішня циліндрична обичайка вітроколеса жорстко сполучена з повітрозабірником і конфузором, які створюють для потоку повітря робочий канал; конусний осьовий розсікач потоку повітря жорстко сполучений з диском, розташованим усередині вітроколеса, і лопаті вітроколеса жорстко змонтовані між зовнішньою циліндричною обичайкою та цим диском і мають форму крила. Вадами відомої вітроенергетичної установки є: - рискання поворотної частини, оскільки аеродинамічний опір повітрозабірника з конфузором і флюгера приблизно рівні, що знижує надійність роботи установки; - низький крутний момент вітроколеса, обумовлений тим, що повітрозабірник і конфузор стискають повітряний потік, і зусилля від вітру докладене до середини лопаті, що складає 1/4 радіуса конфузора; - невисокий коефіцієнт використовування сили вітрового потоку особливо в умовах малих вітрових навантажень, оскільки коефіцієнт заповнення лопатями захоплюваної площі складає 1/2; - створення вітроколесом високочастотних коливань, шкідливих для людини, у зв'язку з тим, що його лопаті працюють в режимі крила; - відсутність можливості регулювання вітрового навантаження на вітроколесо, через що при сильному вітрі надлишок крутного моменту постійно гаситиметься на гальмівному пристрої, що швидко його перегріє і виведе з ладу. Задачею, на рішення якої направлена група винаходів, що заявляється, є підвищення ефективності і надійності роботи вітроенергетичної установки при малих, нормальних і підвищених вітрових навантаженнях, підвищення крутного моменту вітроколеса і коефіцієнта використання сили вітрового потоку, зниження шкідливої дії на людину, а також створення можливості регулювання вітрового навантаження на вітроколесо при посиленні вітрового потоку. Поставлена задача за першим варіантом вирішується тим, що у вітроенергетичній установці, що містить встановлену на фундаменті опору, поворотну частину, розташовану на верхньому кінці опори і сполучену з нею для можливості повороту навколо її вертикальної осі за допомогою шарнір 94183 4 ного пристрою, встановлене на горизонтальному валу поворотної частини вітроколесо із зовнішньою циліндричною обичайкою і конусним осьовим розсікачем потоку повітря, між якими жорстко змонтовані лопаті, і виконавчі механізми, згідно з винаходом, поворотна частина виконана L-подібної форми, на вертикальній стійці якої розташований горизонтальний вал вітроколеса, вітроколесо розміщено щодо напряму вітру за віссю обертання поворотної рами і має внутрішню циліндричну обичайку, жорстко сполучену з конусним осьовим розсікачем повітря і горизонтальним валом вітроколеса, при цьому між зовнішньою і внутрішньою циліндричними обичайками жорстко закріплені лопаті парусного типу. При цьому відношення сумарної площі вітрил до площі кільцевої щілини між внутрішньою і зовнішньою обичайками складає від 3 до 7. За другим варіантом поставлена задача вирішується тим, що у вітроенергетичній установці, що містить встановлену на фундаменті опору, поворотну частину, розташовану на верхньому кінці опори і сполучену з нею для можливості повороту навколо її вертикальної осі за допомогою шарнірного пристрою, встановлене на горизонтальному валу поворотної частини вітроколесо із зовнішньою циліндричною обичайкою і конусним осьовим розсікачем потоку повітря, між якими жорстко змонтовані лопаті, і виконавчі механізми, згідно з винаходом, поворотна частина виконана у вигляді рами з двома вертикальними стійками, між якими розташований горизонтальний вал вітроколеса, виконаний телескопічним, на висувній частині якого встановлений додатковий конусний осьовий розсікач потоку повітря, вітроколесо розташовано щодо напряму вітру за віссю обертання поворотної рами і має внутрішню циліндричну обичайку, жорстко сполучену з конусним осьовим розсікачем повітря і горизонтальним валом вітроколеса, при цьому між зовнішньою і внутрішньою циліндричними обичайками жорстко закріплені лопаті парусного типу. При цьому відношення сумарної площі вітрил до площі кільцевої щілини між внутрішньою і зовнішньою обичайками складає від 0,6 до 5. І для обох варіантів: - внутрішня циліндрична обичайка вітроколеса жорстко сполучена з конусним осьовим розсікачем повітря і горизонтальним валом вітроколеса за допомогою радіальних балок; - відношення діаметра внутрішньої циліндричної обичайки вітроколеса до діаметра зовнішньої циліндричної обичайки складає від 1:2 до 6:7. Розташування вітроколеса щодо напряму вітру за віссю обертання поворотної рами дозволяє йому за рахунок власного аеродинамічного опору розвертатися назустріч вітровому потоку, тобто самоорієнтуватися за вітром, що виключає рискання поворотної частини при дії вітрового навантаження. Лопаті парусного типу, жорстко закріплені між зовнішньою і внутрішньою циліндричними обичайками, створюють щілисте парусне вітроколесо, в якому збільшена робоча площа. Вітроколесо за першим варіантом з підвищеним аеродинамічним 5 опором кільцевої парусної щілини при підвищенні вітрового навантаження не забезпечує проходження всього об'єму повітря і його надлишок йде за межі вітроколеса, не створюючи перевантажень від крутного моменту. За другим варіантом завдяки виконанню горизонтального вала вітроколеса телескопічним і установці на його висувній частині додаткового конусного осьового розсікача потоку повітря, яке, висуваючись при підвищеному вітровому навантаженні, частково або повністю відсікає вітер від вітроколеса і немає необхідності зайву потужність вітрового потоку гасити на гальмівних пристроях і, таким чином, підвищується надійність роботи вітроенергетичної установки при підвищених вітрових навантаженнях. При цьому досягнута можливість регулювання вітрового навантаження на вітроколесо при зміні зусилля вітрового потоку. При відношенні діаметра внутрішньої циліндричної обичайки вітроколеса до діаметра зовнішньої циліндричної обичайки в межах, що заявляються, переміщаємо потік повітря від центру до периферії вітроколеса за допомогою конусного осьового розсікача потоку повітря, одержуємо центр прикладення сили вітру на 5/6 радіуса захоплюваної вітроколесом площі, при цьому в два рази збільшуючи швидкість вітру, що проходить через кільцеву парусну щілину. У переважному варіанті збільшення крутного моменту в порівнянні з лопаттю вітряка прототипу складає (5/6)2/(1/2)=3,6 рази на кожну лопать, де центр прикладення сили: 5/6 радіуса для винаходу, що заявляється, 1/2 радіуса для прототипу; 2 - відношення заповнення лопатями захоплюваної площі винаходу до прототипу. При цьому, відношення сумарної площі вітрил до площі кільцевої щілини між внутрішньою і зовнішньою обичайками (коефіцієнт заповнення жорсткими вітрилами кільцевої щілини) для другого варіанта складає від 0,6 до 5 залежно від кількості вітрил, що дозволяє знімати всю енергію від вітрового навантаження на вітроколесо. Отже, досягнуте підвищення крутного моменту вітроколеса і коефіцієнта використання сили вітрового потоку. При наближенні коефіцієнта заповнення до величини 3-7 (за першим варіантом) збільшується аеродинамічний опір кільцевої щілини повітряному потоку із швидкістю руху більше 18 м/сек. Зайва кількість повітря, не маючи можливості пройти через кільцеву парусну щілину, виходить за межі зовнішньої обичайки і минає вітроколесо, не створюючи крутний момент вище за розрахунковий. Завдяки вітроколесу із збільшеним аеродинамічним опором кільцевої парусної щілини (за першим варіантом) і наявності додаткового конусного осьового розсікача потоку повітря (за другим варіантом) вітроенергетична установка, що заявляється, може працювати в будь-якому діапазоні вітрів. При цьому лопаті вітроколеса, що працюють в режимі вітрила (рух лопаті менше швидкості руху вітру), не створюють високочастотних коливань, шкідливих для людини, що дозволяє встановлювати установку, що заявляється, поряд з житловими спорудами і підприємствами. 94183 6 Деталі вітроколеса можуть бути виготовлені з легких металів і сплавів типу дюралюмінію або тонкої листової штампованої для надання форми і жорсткості нержавіючої сталі, або синтетичних смол, армованих скляними або синтетичними волокнами, а також тканинами на їх основі. Суть винаходу, що заявляється, пояснюється кресленнями: - на фіг.1 представлений схематичний вигляд збоку вітроенергетичної установки: а - за першим варіантом, б - за другим варіантом; - на фіг.2 представлений ізометричний вигляд спереду вітроенергетичної установки: а - за першим варіантом, б - за другим варіантом; - на фіг.3 представлений ізометричний вигляд ззаду вітроенергетичної установки без кожуха з частковим розрізом вітроколеса: а - за першим варіантом, б - за другим варіантом; - на фіг.4 представлено схематичну дію потоку повітря при підвищеному вітровому навантаженні: а - за першим варіантом, б - за другим варіантом. Вітроенергетична установка, що заявляється, містить встановлену на фундаменті (на фіг. не показано) опору 1, поворотну частину 2, розташовану на верхньому кінці опори 1 і сполучену з нею для можливості повороту навколо її вертикальної осі за допомогою шарнірного пристрою 3. Поворотна частина 2 за першим варіантом виконана Lподібної форми і на її вертикальній стійці 4 розташований горизонтальний вал 5, на якому встановлено вітроколесо 6, розміщене щодо напряму вітру за віссю обертання поворотної рами 2. Поворотна частина 2 за другим варіантом виконана у вигляді рами з двома вертикальними стійками 4 і 7. Між вертикальними стійками 4 і 7, розташований горизонтальний вал 5, на якому біля вертикальної стійки 4 встановлено вітроколесо 6, розміщене щодо напряму вітру за віссю обертання поворотної рами 2. У обох варіантах на горизонтальному валу 5 позаду вітроколеса 6 встановлені виконавчі механізми (на фіг. не показано), закриті кожухом 8. Вітроколесо 6 має зовнішню 9 і внутрішню 10 циліндричні обичайки, між якими жорстко закріплені лопаті 11 парусного типу, конусний осьовий розсікач потоку повітря 12, жорстко сполучений з внутрішньою 10 циліндричною обичайкою і горизонтальним валом 5 за допомогою радіальних балок 13. За другим варіантом горизонтальний вал 5 виконаний телескопічним і на його висувній частині 14 встановлений додатковий конусний осьовий розсікач потоку повітря 15. Вітроенергетична установка працює наступним чином. При набіганні вітру на вітроколесо, за рахунок власного аеродинамічного опору, вітроколесо 6 розвертається назустріч вітровому потоку. Потік повітря переміщається від центру до периферії вітроколеса за допомогою конусного осьового розсікача потоку повітря 12, при цьому зменшується лобовий опір і збільшується швидкість вітру, що проходить через кільцеву парусну щілину. Крутний момент з горизонтального вала 5 вітроколеса знімають через мультиплікатор гідростатичною трансмісією або електрогенератором (на фіг. не пока 7 зано) і передають на виконавчі механізми (на фіг. не показано) для виконання технологічних процесів. При збільшенні швидкості вітру вище за розрахункову за першим варіантом (фіг.4а) надмірна кількість повітря не може подолати кільцеву парусну щілину з підвищеним аеродинамічним опором і виходить за межі вітроколеса, чим забезпечується його збереження, а за другим варіантом (фіг.4б) висувна частина 14 з додатковим конусним осьовим розсікачем потоку повітря 15 за допомогою власної автоматики (на фіг. не показано) висувається вперед і відсікає вітер від вітроколеса, також забезпечуючи його збереження. Таким чином, вітроенергетична установка, що заявляється, при малих, нормальних і підвищених 94183 8 вітрових навантаженнях має високу ефективність і надійність, дозволяючи при цьому одержувати необхідний крутний момент вітроколеса і максимальний коефіцієнт отримання енергії з вітрового потоку, не надаючи шкідливої дії на людину, завдяки чому може використовуватися для отримання екологічно чистої відновлюваної енергії в безпосередній близькості з житловими і виробничими спорудами. При цьому можливе регулювання вітрового навантаження на вітроколесо при посиленні вітрового потоку. Використання установки, крім того, дозволяє бути повністю автономним будьякому бізнесу, а також безпечне для птахів у зв'язку з малою частотою обертання вітроколеса. 9 94183 10 11 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 94183 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