Вітроенергетична установка

Реферат: Вітроенергетична установка містить раму з біговою доріжкою, на якій установлений пристрій приймання кінетичної енергії вітру, з'єднаний із приводом вала генератора електричного струму. Бігова доріжка являє собою кільцевий рейковий шлях, на якому установлені візки, з'єднані радіальними повідцями з віссю привода вала генератора електричного струму. Пристрій приймання кінетичної енергії вітру виконаний у вигляді горизонтально розташованих півциліндричних лопатей із флюгерними пластинами, закрилками й втулками, установленими з можливістю повороту на вертикальних осях, закріплених на візках. Кожна втулка оснащена плитою з дуговим пазом, у який входить палець, закріплений на візку, й поворотним у вертикальній площині важелем з вітряною пластиною, з'єднаним пружиною з півциліндричною лопаттю. Закрилки кінематично пов'язані із зазначеним важелем, який з'єднаний гнучким зв'язком з гальмом, установленим на валу привода генератора електричного струму. UA 104258 C2 (12) UA 104258 C2 UA 104258 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до області використання нетрадиційних видів енергії, а саме до установок для виробництва електроенергії від дії вітряного потоку. Він може знайти застосування при спорудженні вітроенергетичних установок великої потужності. Відома вітросилова установка, що містить пристрій приймання кінетичної енергії вітру, з'єднаний із приводом вала генератора електричного струму [див. Авторське свідоцтво СРСР SU 1712652 А1, Кл. МПК F03D 3/00, 1989 р. Аналог] Недолік установки - мала ефективність, складність і більша металоємність пристрою приймання кінетичної енергії вітру, виконаного у вигляді основного й допоміжного вітряних коліс, з'єднаних складними кінематичними зв'язками. Відома також вітроенергетична установка, що містить ферму з біговою доріжкою, на якій установлена поворотна рама з опорними роликами. На рамі змонтований пристрій приймання кінетичної енергії вітру, з'єднаний приводом з генератором електричного струму [див. патент України UA 60389 С2, Кл. МПК F03D 3/00, 2003 р. Аналог]. Пристрій приймання кінетичної енергії вітру містить вертикальний вал з несучими елементами, на яких закріплені лопаті. На валу також закріплені зубчасте колесо й, паралельно в горизонтальній площині, плити із втулками. У втулках установлені несучі елементи у вигляді Π-подібних рамок і, установлені на пальцях лопаті, з'єднані із противагами. Π-подібні рамки оснащені стояками з Γ-подібними лапами й роликами, які опираються на закріплену на стояках бігову доріжку. Недолік цієї установки - часткове використання вітряного потоку, який відбивається від лопатей і не повністю створює корисну роботу, складність конструктивних елементів і кінематичних зв'язків, а також металоємність вузлів. Відома також вітросилова установка, що містить ферму з біговою доріжкою й установлений на ній пристрій приймання кінетичної енергії вітру, з'єднаний приводом з генератором електричного струму. Зазначений пристрій виконаний у вигляді конфузора, вихідне вікно якого з'єднано вітропроводом з турбогенератором. Конфузор оснащений флюгерною пластиною й має вікно із шарнірно встановленої над ним заслінкою, з'єднаною тягою з поворотним закрилком (див деклараційний патент України на корисну модель UA 34140 U, Кл. МПК F03D 3/00, 2008 р. Найбільш близький аналог). Недолік прототипу - складність і громіздкість конструкції вітросилової установки, відсутність аварійного захисту від швидкості вітрового потоку, вище розрахункової, й штормових поривів вітру, а також мале використання енергії вітру для корисної роботи. Зазначений аналог має ряд загальних суттєвих ознак із заявленою установкою, він більш ефективний, ніж вищенаведені аналоги й прийнятий нами в якості найбільш близького аналогу. Загальними суттєвими його ознаками із пристроєм, що заявляється, є: вітроенергетичне установка, що містить раму з біговою доріжкою, на якій на роликах установлений пристрій приймання кінетичної енергії вітру, з'єднаний із приводом вала генератора електричного струму. Технічна задача винаходу - створення вітроенергетичної установки, у якій знижена питома металоємність, спрощена конструкція й збільшене використання вітру для корисної роботи. Технічний результат - підвищення ефективності вітросилової установки й зниження витрат на її виготовлення й монтаж. Технічна задача й результат винаходу досягаються тим, що вітроенергетична установка, що містить раму з біговою доріжкою, на якій на роликах установлений пристрій приймання кінетичної енергії вітру, з'єднаний із приводом вала генератора електричного струму. Новим є те, що бігова доріжка виконана у вигляді кільцевого рейкового шляху, на якому установлені візки, з'єднані радіальними повідцями з віссю привода вала генератора електричного струму. Пристрій приймання кінетичної енергії вітру виконаний у вигляді горизонтально розташованих півциліндричних лопатей із флюгерними пластинами, закрилками й втулками, установленими з можливістю поворотів на вертикальних осях, закріплених на візках. Кожна втулка оснащена плитою з дуговим пазом, у який входить палець, закріплений на візку, й поворотним у вертикальній площині важелем з вітровою пластиною, з'єднаним пружиною з півциліндричною лопаттю. Закрилки кінематично пов'язані із зазначеним важелем, який з'єднаний гнучким зв'язком з гальмом, наприклад, стрічкового типу, установленим на валу привода генератор електричного струму. Ці ознаки необхідні й достатні для здійснення винаходу й досягнення технічного результату. Особливістю винаходу є також те, що кожний повідець візка має сергу з поздовжнім пазом для з'єднання з вушками, закріпленими на осі привода вала генератора електричного струму. Ці ознаки створюють додатковий технічний результат, що полягає в компенсації неточностей виготовлення й монтажу рейкового шляху, і віднесені нами в додатковий пункт 1 UA 104258 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 формули винаходу. При високій точності виготовлення й монтажу рейкового шляху ці ознаки можуть бути відсутніми. Причинно-наслідковий зв'язок нових ознак і створюваного технічного результату полягає в наступному: - виконання бігової доріжки у вигляді кільцевого рейкового шляху, на якому установлені візки, з'єднані радіальними повідцями з віссю привода вала генератора електричного струму, дозволило спростити виготовлення й монтаж вітроенергетичної установки; - виконання пристрою приймання кінетичної енергії вітру у вигляді горизонтально розташованих півциліндричних лопатей із флюгерними пластинами, закрилками й втулками, які встановлені з можливістю повороту на вертикальних осях, закріплених на візках, дозволило сприймати лопатями вітровий потік не тільки в горизонтальному напрямку, але й під кутом до горизонтальної площини, і більш повно використовувати його енергію для корисної роботи; - оснащення кожної втулки плитою з дуговим пазом, у який входить палець, закріплений на візку, й флюгерними пластинами на півциліндричній лопаті, дозволило повертатись лопатям у межах цього паза й сприймати енергію вітру, й за рахунок цього підвищити ефективність роботи установки; - кінематичний зв'язок закрилків лопатей з важелем з вітровою пластиною і з'єднання зазначеного важеля гнучким зв'язком з гальмом, наприклад, стрічкового типу, установленим на валу привода генератора електричного струму, дозволило знизити швидкість руху або зупинити візки при штормових поривах вітру; - оснащення кожного радіального повідця сергою з поздовжнім пазом, який з'єднується з вушками, закріпленими на втулці осі привода вала генератора, дозволило підвищити експлуатаційну надійність установки за рахунок компенсації неточностей виготовлення й монтажу рейкового шляху й осі привода генератора електричного струму. На фіг. 1 показана вітроенергетична установка, вид попереду з боку однієї лопаті; фіг. 2 – вид установки зверху; фіг. 3 - показані кінематичні зв'язки з'єднання вітряної пластини зі стрічковим гальмом вала привода генератора; фіг. 4 - те ж, розріз А-А на фіг. 3. Вітроенергетична установка (фіг. 1) складається з рами 1 і крильчатки 2, з'єднаної приводом 3 з валом генератора 4 електричного струму. Рама 1 складається зі стійок 5 з горизонтально закріпленими опорними пластинами 6, установлених на бетонній плиті 7. На пластинах 6 змонтований кільцевий рейковий шлях 8 і під ним на рамці 9 генератор 4 електричного струму. Стійки 5 з'єднані радіальними променями 10 з корпусом 11, у якому на підшипниках 12 установлений вертикальний вал 13 зі шківом 14 і втулкою 15 з вушками (фіг. 4). На рейковому шляху 8 на рівній відстані один від одного встановлено три рейкові візки 17 (фіг. 2), кожний з яких повідцем 18, що має сергу 19 (фіг. 4) з поздовжнім пазом 20, яка з'єднана за допомогою болта 21 з вушками 16. Кожний візок 17 оснащений плитою 22 (фіг. 1 і 2), на якій закріплені вісь 23 і палець 24. На осі 23 установлена втулка 25, на якій закріплена горизонтальна плита 26 з дуговим пазом 27, у який входить палець 24. На втулці 25 закріплений також горизонтальний брус 28 (фіг. 1), на якому жорстко закріплена півциліндрична лопать 29, горизонтально розташована відкритою стороною назустріч вітряному потоку. Лопать 29 оснащена поздовжніми 30 і поперечними 31 ребрами жорсткості, на яких відповідно шарнірно закріплені закрилки 32 і жорстко - флюгерні пластини 33. Закрилки 32 шарнірно з'єднані важелями 34 з поздовжньою тягою 35, яку шарнірно з'єднано із важелем 36, закріпленим знизу на втулці 25. На важелі 36 закріплена вітряна пластина 37 і пружина 38, закріплена іншим кінцем на поперечному ребрі 31 лопаті 29. При цьому поздовжня тяга 35 проходить через отвір 39 у лопаті 29. Гальмовий барабан 40 стрічкового гальма (фіг. 4) має три струмки 41, у яких установлені фрикційні стрічки 42, закріплені на осі 13 втулки 15 за допомогою кронштейна 43. Кожна фрикційна стрічка 42 кінцями шарнірно з'єднана зі з'єднаними один з іншим важелями 44, 46 (фіг. 3) і пружиною 45. Кожний важіль 46 з'єднаний тросом 47, перекинутим через обвідний ролик 48, із важелем 36. Вітроенергетична установка працює в такий спосіб. Потік повітря захоплюється відкритою стороною і відкритими закрилками 32 півциліндричних лопатей 29, установлених втулками 25 на осях 23, закріплених на плиті 22, і переміщає візок 17 по рейковому шляхові 8, закріпленому за допомогою опорних пластин 6 на стійках 5 рами 1, установлених на бетонній плиті 7. Візки 17 з'єднані повідцями 18, що мають серги 19 з поздовжнім пазом 20, за допомогою болтів 21 з вушками 16, які закріплені втулками 15 на валу 13. Переміщуючись по рейковому шляхові 8, візки 17 обертають вал 13 із кронштейном 43, закріпленим на втулці 15 і з'єднаним зі стрічками 42 і шківом 14 привода 3 вала генератора 4 електричного струму, закріпленого на рамці 9. Неточності виготовлення й монтажу рейкового шляху 8, радіальних променів 10 і концентричного положення корпуса 11 підшипників 12 вертикального вала 13 привода 3 генератора 4 компенсуються поздовжнім пазом 20 серги 19. 2 UA 104258 C2 5 10 15 20 Вітровий потік впливає також на флюгерні пластини 33, закріплені на поперечних ребрах 31 твердості. При русі візків 17 по рейковому шляхові 8 флюгерні пластини 33 повертають лопаті 29 по напрямкові вітрового потоку в межах дугових пазів 27 на плитах 26, які переміщаються в крайнє положення щодо пальців 24. У результаті цього лопаті 29 утримуються відкритою стороною назустріч вітровому потоку на дещо більшому робочому шляху. При швидкості вітру до 20 метрів в секунду вітрова пластина 37 утримується пружиною 38 у вертикальному положенні й утримує закрилки 32 відкритими, забезпечуючи найбільший захват вітрового потоку. При штормових поривах вітру або збільшенні швидкості вітру понад 20 метрів в секунду вітрова пластина 37 повертає важіль 36, який поздовжньою тягою 35, пропущеною через отвір 39 у лопаті, і важелями 34 повертає закрилки 32 навколо поздовжніх ребер 30 жорсткості, які закривають її забірну ділянку. У результаті цього вітровий потік обтікає лопаті 29, їх парусність суттєво зменшується. Одночасно важіль 36 тросом 47, перекинутим через обвідний ролик 48, переміщає важелі 46 і 44, які долаючи опір пружин 38 і 45 зближують кінці фрикційної стрічки 42 у кожному струмку 41 гальмового барабана 40 і гальмують обертання вала 13. Рух візків 17 по рейковому шляхові 8 зупиняється й установка захищається від поломок при штормових поривах вітру. Після зменшення швидкості вітрового потоку пружини 38 і 45 повертають важелі 36, 44 і 46 у первісне положення, розгальмовують стрічкове гальмо, відкривають закрилки 32, і установка знову включається в роботу. Обертання вала 13 крильчатки 2 через шків 14 і привод 3 передається на вал генератора 4. Застосування заявленої вітроенергетичної установки дозволяє збільшити виробіток електроенергії, знизити витрати на її виготовлення й забезпечити її безаварійну роботу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 1. Вітроенергетична установка, що містить раму з біговою доріжкою, на якій на роликах установлений пристрій приймання кінетичної енергії вітру, з'єднаний із приводом вала генератора електричного струму, яка відрізняється тим, що бігова доріжка являє собою кільцевий рейковий шлях, на якому установлені візки, з'єднані радіальними повідцями з віссю привода вала генератора електричного струму, а пристрій приймання кінетичної енергії вітру виконаний у вигляді горизонтально розташованих півциліндричних лопатей із флюгерними пластинами, закрилками й втулками, установленими з можливістю повороту на вертикальних осях, закріплених на візках, при цьому кожна втулка оснащена плитою з дуговим пазом, у який входить палець, закріплений на візку, й поворотним у вертикальній площині важелем з вітряною пластиною, з'єднаним пружиною з півциліндричною лопаттю, а закрилки кінематично пов'язані із зазначеним важелем, який з'єднаний гнучким зв'язком з гальмом, наприклад, стрічкового типу, установленим на валу привода генератора електричного струму. 2. Вітроенергетична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що кожний повідець візка на вільному кінці має сергу з поздовжнім пазом для з'єднання з вушками, закріпленими на осі привода вала генератора електричного струму. 3 UA 104258 C2 4 UA 104258 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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