Вітроенергетична установка мілінського ю.м

Реферат: Вітроенергетична установка містить щоглу, що виконана у вигляді двох труб, встановлених вертикально, з'єднаних телескопічно упорним підшипником. Нижня труба більшого діаметра шарнірно опирається на фундамент. Її верхня частина закріплена розтяжками до анкерів. Її жорсткість забезпечена системою стиснутих та розтягнутих прутів, утворюючих просторову ферму. На верхній трубі меншого діаметра, на її вершині, закріплена горизонтально дворядна втулка, з'єднана спицями з ободом. Площа кола ободу покрита обтікачем, в середній частині якого закріплюється гвинтом клапан, притиснутий до обтікача пружиною. В обтікачі виконані декілька отворів в межах площі клапана. На зовнішній поверхні обода закріплена низка лопатей, кінці яких з'єднуються зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді конфузора, утворюючи направляючий апарат. У дворядній втулці шарнірно закріплений вал. На одному його консольному кінці закріплена дворядна втулка, з'єднана спицями з ободом. На зовнішній поверхні обода закріплена низка лопатей, кінці яких з'єднані зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді дифузора, утворюючи вітроколесо. Інший кінець вала з'єднаний передачею з електрогенератором, закріпленим до верхньої труби кронштейном. На верхній трубі шарнірно закріплений середньою частиною гальмовий важіль. На одному його кінці закріплена фрикційна накладка, що може контактувати з ободом вітроколеса, а також розтягнута пружина, інший кінець якої закріплений до вершини верхньої труби. Інший кінець гальмового важеля з'єднаний стальним канатом, прокладеним через блок, шарнірно закріплений до вершини верхньої труби, через два щілиноподібні отвори у верхній та нижній трубах щогли, через отвір в упорному підшипнику, та осьовим шарніром і талрепом з кронштейном, закріпленим у нижній частині нижньої труби щогли. UA 100600 C2 (12) UA 100600 C2 UA 100600 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до засобів отримання енергії з відновлюваних джерел, зокрема, перетворення енергії вітрового потоку в електричну енергію, і може використовуватися в теплоенергетиці, енергетиці та інших галузях. Відома вітроенергетична установка, що містить вежу, багатолопатеве вітроколесо велосипедного типу, передачу та електрогенератор, лопаті, вітроколеса закріплені до спиць та обода [1]. Недоліком установки є те, що частина вітрового потоку проходить між лопатями вітроколеса і не взаємодіє з ними, не передає їм свою енергію, що зменшує коефіцієнт використання вітрового потоку. Найбільш близькою за технічною суттю є вітроенергетична установка, що містить щоглу, вітроколесо велосипедного типу, передачу та електрогенератор, площа кола обода вітроколеса покрита обтікачем, а лопаті закріплені на периферійній частині обода, кінці лопатей з'єднані між собою зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді конфузора [2]. Недоліком такої установки є те, що при обтіканні повітряним потоком лопатей вітроколеса кут обертання повітряного потоку гострий, що зменшує коефіцієнт використання вітрового потоку, орієнтація осі вітроколеса в напрямку вітру виконується рульовою балкою з рульовими лопатями, яка обертається в межах двох обмежувачів, і утримується в робочому стані гирею, а при небезпечній швидкості вітру, в неробочому стані, - парашутом, що ускладнює конструкцію, зменшує її надійність та коефіцієнт використання вітрового потоку, а також те, що струмені зовнішнього вітрового потоку без перешкод рухаються в тильний простір вітроколеса, збільшуючи тиск повітря, що зменшує площу вітроколеса, що омітається. Задача винаходу спрощення конструкції, збільшення її надійності, коефіцієнтів використання вітрового потоку та площі, що омітається. Поставлена задача вирішується тим, що вітроенергетична установка, що містить щоглу, вітроколесо, передачу та електрогенератор, згідно з винаходом, щогла виконана у вигляді двох труб, встановлених вертикально, з'єднаних телескопічно упорним підшипником, нижня труба більшого діаметра шарнірно опирається на фундамент, її верхня частина закріплена розтяжками до анкерів, її жорсткість забезпечена системою стиснутих та розтягнутих прутів, утворюючих просторову ферму, на верхній трубі меншого діаметра, на її вершині, закріплена горизонтально дворядна втулка, з'єднана спицями з ободом, площа кола ободу покрита обтікачем, в середній частині якого закріплюється гвинтом клапан, притиснутий до обтікача пружиною, в обтікачі виконані декілька отворів в межах площі клапана, на зовнішній поверхні ободу закріплена низка лопатей, кінці яких з'єднуються зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді конфузора, утворюючи направляючий апарат, у дворядній втулці шарнірно закріплений вал, на одному його консольному кінці закріплена дворядна втулка, з'єднана спицями з ободом, на зовнішній поверхні обода закріплена низка лопатей, кінці яких з'єднані зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді дифузора, утворюючи вітроколесо, інший кінець вала з'єднаний передачею з електрогенератором, закріпленим до верхньої труби кронштейном, на верхній трубі шарнірно закріплений середньою частиною гальмовий важіль, на одному його кінці закріплена фрикційна накладка, що може контактувати з ободом вітроколеса, а також розтягнута пружина, інший кінець якої закріплений до вершини верхньої труби, інший кінець гальмового важеля з'єднаний стальним канатом, прокладеним через блок, шарнірно закріплений до вершини верхньої труби, через два щілиноподібні отвори у верхній та нижній трубах щогли, через отвір в упорному підшипнику, та осьовим шарніром і талрепом з кронштейном, закріпленим у нижній частині нижньої труби щогли. Приклад практичного використання винаходу приведений на кресленнях Фіг. 1 - Вітроенергетична установка в осьовому перерізі. Фіг. 2 - Схема перетворення вітрового потоку: а - між обтікачем та конфузором, де: V1 - швидкість вітрового потоку, V2 - швидкість повітряного потоку, б - між лопатями направляючого апарата, де: V2 - швидкість повітряного потоку при вході на лопаті направляючого апарата, V3 - швидкість повітряного потоку на виході з направляючого апарата,  - кут обертання струменя повітряного потоку між лопатями направляючого апарата, в - між лопатями вітроколеса, де: V3 - швидкість повітряного потоку при вході на лопаті вітроколеса, 1 UA 100600 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 V4 - швидкість повітряного потоку на виході з вітроколеса.  - кут обертання струменя повітряного потоку між лопатями вітроколеса. Вітроенергетична установка Мілінського Ю. М. (фіг. 1) складається з щогли, виконаної з двох труб 1, 2, встановлених вертикально, з'єднаних телескопічно упорним підшипником 3, нижня труба 1 більшого діаметра нижнім кінцем шарнірно закріплена до фундаменту 4 і утримується розтяжками 5, закріпленими до анкерів 6, її жорсткість забезпечується системою стиснутих та розтягнутих прутів 7, утворюючих просторову ферму, на верхньому кінці труби 2 закріплена горизонтально дворядна втулка 8, з'єднана спицями 9 з ободом 10, його площа кола покрита обтікачем 11 з отворами А, які зачиняються клапаном 12, притиснутим пружиною 13, закріпленою регулювальним гвинтом 14 до обтікача 11, на зовнішній поверхні обода 10 закріплена низка лопатей 15, їх кінці з'єднані зовнішнім ободом 16 з відігнутою кромкою у вигляді конфузора, утворюючи направляючий апарат, у дворядній втулці 8 шарнірно закріплений вал 17, на одному його консольному кінці закріплена дворядна втулка 18, з'єднана спицями 19 з ободом 20, на його зовнішній поверхні закріплена низка лопатей 21, їх кінці з'єднані зовнішнім ободом 22 з відігнутою кромкою у вигляді дифузора, утворюючи вітроколесо, інший консольний кінець вала 17 з'єднаний передачею 23 з електрогенератором 24, закріпленим до труби 2 кронштейном 25, утворюючи вітроенергетичний агрегат, на трубі 2 шарнірно закріплений середньою частиною гальмовий важіль 26, на одному його кінці закріплені фрикційна накладка 27, що може контактувати з ободом 20 вітроколеса, та розтягнута пружина 28, інший кінець якої закріплений до труби 2, інший кінець тормозного важеля 26 з'єднаний стальним канатом 29, прокладеним через блок 30, закріплений до труби 2, щілиноподібні отвори в стінках труб 2, 1 щогли, отвір у упорному підшипнику, осьовим шарніром 31, талрепом 32 з кронштейном 33, закріпленим у нижній частині труби 1 щогли. Вітроенергетична установка працює наступним чином. Сила аеродинамічного тиску вітрового потоку діє на дифузорну поверхню зовнішнього обода 22 вітроколеса і обертає та утримує вітроенергетичний агрегат навколо осі труб 1, 2 так, що вісь агрегату паралельна напрямку руху вітрового потоку, при цьому вітровий потік (фіг. 2а), що має швидкість руху V1, взаємодіє з обтікачем 11 та конфузорною частиною зовнішнього обода 16 направляючого апарата, перетворюється в кільцевий потік зі швидкістю руху V2, лопаті 15 (фіг. 2б) ділять кільцевий потік на окремі струмені, які взаємодіють з ними і обертаються в напрямку руху вітроколеса на гострий кут , та збільшують швидкість руху на виході з направляючого апарата до величини V3; струмені (фіг. 2в) попадають на лопаті 21 вітроколеса івзаємодіють з ними, передають їм кінетичну енергію, при цьому струмені обертаються у протилежному напрямку на тупий кут  і виходять з лопатей вітроколеса зі швидкістю V4 у область зменшеного тиску дифузорної частини вітроколеса. При обертанні струменів на тупий кут між лопатями 21 вітроколеса на лопаті 21 діє сила аеродинамічного тиску, яка утворює обертальний момент відносно осі вітроколеса, вітроколесо обертається навколо осі вала 17, утворюючи механічну потужність, вона передається передачею 23 електрогенератору 24, який перетворює її у електричну потужність. При збільшенні швидкості вітрового потоку до небезпечної величини сила аеродинамічного тиску, діюча на клапан 12, стискує пружину 13 і клапан 12 відчиняється, частина вітрового потоку проходить через отвори А, зменшуючи вітрове навантаження на робочі елементи вітроенергетичної установки, запобігаючи їх руйнуванню, при зменшенні швидкості руху вітрового потоку до безпечної величини сила аеродинамічного тиску на клапан 12 зменшується, пружина 13 зачиняє клапан, вітроенергетичний агрегат працює в звичайному режимі. При вимиканні вітроенергетичного агрегату обслуговуючий персонал обертає талреп 32 і тягне сталевий канат 29 вниз до фундаменту 4, при цьому другий кінець сталевого каната 29, прокладений через блок 30, підіймає кінець тормозного важеля 26, протилежний його кінець протискує фрикційну накладку 27 до обода 20 вітроколеса, що обертається, виникає сила тертя між ободом 20 та фрикційною накладкою 27, яка передається тормозним важелем 26 на трубу 2, зменшує частоту обертання вітроколеса, зупиняє та утримує його в нерухомому стані. При вмиканні вітроенергетичного агрегату обслуговуючий персонал обертає талреп 32 у протилежному напрямку, сила натяжіння сталевого каната 29 зменшується, відповідно зменшується сила тиску тормозного важеля 26 та фрикційної накладки 27 на обод 20 вітроколеса до нуля, розтягнута пружина 28 обертає тормозний важіль 26 з фрикційною накладкою 27, утворюючи щілину між фрикційною накладкою 27 та ободом 20 вітроколеса, останнє звільняється від дії сили тертя і починає обертатися при наявності достатньої швидкості вітрового потоку. В подальшому вітроенергетичний агрегат працює аналогічно. Виконання направляючого апарата з обтікачем та низкою лопатей перед вітроколесом збільшує швидкість руху струменів вітрового потоку та попередньо обертає їх в напрямку руху 2 UA 100600 C2 5 10 вітроколеса, це збільшує кут обертання вектора швидкості струменів на лопатях вітроколеса до величини тупого кута, що збільшує коефіцієнт використання вітрового потоку; виконання на обтікачі підпружиненого клапана виключає пристрій для виведення осі вітроколеса з вітрового потоку при безпечній швидкості вітру, що спрощує конструкцію, збільшує її надійність та коефіцієнт використання вітрового потоку; виконання зовнішнього ободу вітроколеса з відігнутою кромкою у вигляді дифузора зменшує тиск повітря у тильній частині вітроколеса, що збільшує площу вітроколеса, що омітається, також орієнтує вісь вітроколеса вздовж напрямку руху вітрового потоку, це виключає рульову балку з рульовими лопатями, що спрощує конструкцію та збільшує її надійність. Джерела інформації: 1. Глущенко В.П. Применение ветродвигателей в сельском хозяйстве. – Киев-Москва: Южное отделение МАШГИЗ, 1959. - С. 28. 2. Заявка на патент на винахід. Вітроенергетична установка. Реєстраційний номер заявки 201003444 від 25.03.2010 р. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 Вітроенергетична установка, що містить щоглу, вітроколесо, передачу та електрогенератор, яка відрізняється тим, що щогла виконана у вигляді двох труб, встановлених вертикально, з'єднаних телескопічно упорним підшипником, нижня труба більшого діаметра шарнірно опирається на фундамент, її верхня частина закріплена розтяжками до анкерів, її жорсткість забезпечена системою стиснутих та розтягнутих прутів, утворюючих просторову ферму, на верхній трубі меншого діаметра, на її вершині, закріплена горизонтально дворядна втулка, з'єднана спицями з ободом, площа кола ободу покрита обтікачем, в середній частині якого закріплюється гвинтом клапан, притиснутий до обтікача пружиною, в обтікачі виконані декілька отворів в межах площі клапана, на зовнішній поверхні обода закріплена низка лопатей, кінці яких з'єднуються зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді конфузора, утворюючи направляючий апарат, у дворядній втулці шарнірно закріплений вал, на одному його консольному кінці закріплена дворядна втулка, з'єднана спицями з ободом, на зовнішній поверхні обода закріплена низка лопатей, кінці яких з'єднані зовнішнім ободом з відігнутою кромкою у вигляді дифузора, утворюючи вітроколесо, інший кінець вала з'єднаний передачею з електрогенератором, закріпленим до верхньої труби кронштейном, на верхній трубі шарнірно закріплений середньою частиною гальмовий важіль, на одному його кінці закріплена фрикційна накладка, що може контактувати з ободом вітроколеса, а також розтягнута пружина, інший кінець якої закріплений до вершини верхньої труби, інший кінець гальмового важеля з'єднаний стальним канатом, прокладеним через блок, шарнірно закріплений до вершини верхньої труби, через два щілиноподібні отвори у верхній та нижній трубах щогли, через отвір в упорному підшипнику, та осьовим шарніром і талрепом з кронштейном, закріпленим у нижній частині нижньої труби щогли. 3 UA 100600 C2 4 UA 100600 C2 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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 5