Пристрій одночасного сумарного перетворення повітряних енергетичних потоків на їх різних горизонтальних висотах в електричну або інші види енергії

Реферат: Пристрій одночасного сумарного перетворення повітряних енергетичних потоків на їх різних горизонтальних висотах в електричну або інші види енергії. В різних по висоті горизонтальних енергетичних вітрових потоках змонтовано вітрові колеса з клиноподібними лопатями в кількості два і більше шляхом поєднання їх з одним спільним вертикальним валом роторного вітрового двигуна, який в своїй нижній частині зафіксовано в підшипниковій опорі, при цьому вертикальний обертовий вал захищено кріпленням у вертикальному положенні кожухом безпеки, який одночасно кінематично з’єднано з вертикальним обертовим валом, крім того верхню частину обертового вертикального вала з вітровими колесами зафіксовано у вертикальному положенні підшипниковим оголовком на обертовому валу за допомогою натяжних лебідок через троси чи струни розтяжки до опор в землі або до інших масивних конструкцій на землі, завдяки чому обертовий вал може мати кінематичний зв’язок з електрогенератором. UA 117648 U (54) ПРИСТРІЙ ОДНОЧАСНОГО СУМАРНОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ ПОВІТРЯНИХ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ПОТОКІВ НА ЇХ РІЗНИХ ГОРИЗОНТАЛЬНИХ ВИСОТАХ В ЕЛЕКТРИЧНУ АБО ІНШІ ВИДИ ЕНЕРГІЇ UA 117648 U UA 117648 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області вітроенергетики і може бути використана у вітрових двигунах карусельного роторного типу з клиноподібними лопатями для забезпечення енергією споживачів. Відомий аналог: пристрій - карусельний вітродвигун, що містить вертикальний вал та одне вітрове колесо горизонтально встановлені на ньому в одному горизонті вітрового потоку дві пари поворотних лопатей з упорами та хрестоподібно розташованими махами, один з яких має коліно. Бібліографічні дані джерела інформації згідно авторського свідоцтва СРСР SU 1008482 A F03D 3/06. Недоліком даного пристрою є низький ККД, висока вартість будівництва та експлуатації вітродвигуна і низька собівартість виробленої електроенергії особливо при малих повітряних потоках. Також при використанні вказаного пристрою (аналога) його запрограмованість сприймати та перетворювати сприйняту енергію тільки з одного горизонтального вітрового потоку є недоліком. Найближчим аналогом є спосіб перетворення вітрової енергії в електричну або інші види енергії одним вітровим колесом, що діє в одній горизонтальній площині вітрового потоку, а саме пристрій перетворення енергії вітрового потоку в обертовий рух вітрового колеса вітродвигуна роторного типу з клиноподібними лопатями [Патент України № 86131]. Недоліками найближчого аналога вітрового двигуна роторного типу та причинами, що перешкоджають одержанню аналогічного технічного результату, що досягається при здійсненні запропонованої корисної моделі є: сама конструкція вітродвигуна за найближчим аналогом, що дозволяє отримувати та перетворювати енергію одним вітровим колесом тільки з одного повітряного горизонту енергетичного потоку, що конструктивно доступний для перетворення на висоті розташування лопатей одного вітрового колеса двигуна роторного типу з клиноподібними лопатями. За рахунок вдосконалення конструктивних форм лопатей та вітрових коліс ККД вітрового двигуна можливо збільшити на десятки процентів від ККД найближчого аналога. В основу корисної моделі поставлена задача збільшення ККД карусельних роторних вітродвигунів з клиноподібними лопатями в рази відносно найближчого аналогу. Поставлена задача вирішується шляхом встановлення на одному вертикальному валу великої кількості вітрових коліс і одночасного сумарного перетворення одним вітродвигуном повітряних енергетичних потоків на різних конструктивно та технічно досяжних висотах вертикально встановленого обертового вала з клиноподібними лопатями багатьох вітрових коліс роторного вітродвигуна (спільної осі обертання лопатей) перетворюючої вітроенергоустановки. Запропонована корисна модель при своєму здійсненні надає можливість вдосконалити вітроенергоперетворення вітродвигунами карусельного роторного типу в рази порівняно до існуючих. Удосконалення вітродвигуна одночасного сумарного перетворення одним вітродвигуном карусельного роторного типу повітряних енергетичних потоків на різних конструктивно та технічно досяжних висотах вертикально встановленого вала роторного вітродвигуна (зі спільною віссю обертання лопатей). Можливе встановлення двох і більше вітрових коліс карусельного роторного вітродвигуна з клиноподібними лопатями, завдяки чому в рази збільшується енергетична потужність вітрового двигуна шляхом одночасного сумарного перетворення одним вітродвигуном повітряних енергетичних потоків на різних конструктивно та технічно досяжних висотах вертикально встановленого обертового вала чи обертової колони роторного вітродвигуна зі спільною віссю обертання лопатей усіх вітрових коліс. Суттєвими ознаками, що характеризують корисну модель і відрізняють її від найближчого аналога є те, що пристрій виконано з технічною можливістю встановлення двох і більше вітрових коліс з клиноподібними лопатями на одному вертикально встановленому валу карусельного роторного вітрового двигуна та одночасного сумарного перетворення усіма вітровими колесами з клиноподібними лопатями повітряних енергетичних потоків на їх різних горизонтальних висотах в електричну або інші види енергії. Технічні характеристики вітрових коліс з клиноподібними лопатями оприлюднені, відомі і детально описані в заявці на винахід № 201309320 від 25.07.2013 р. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом полягає у одночасному сумарному відборі багатьма вітровими колесами, що мають клиноподібні лопаті з різних горизонтальних висот механічних імпульсів сили від енергії технічно досяжних повітряних потоків та сумарного одночасного перетворення відібраних механічних імпульсів сил і перетворення отриманої сумарної механічної їх енергії в електричну або інші види енергії через один вертикальний вал карусельного роторного вітродвигуна, який кінетично поєднаний з електрогенератором або іншими енергоперетворюючими пристроями. Збільшення максимально можливої кількості вітрових коліс з клиноподібними лопатями на 1 UA 117648 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 одному вертикальному валу роторного вітродвигуна одночасно сумарно в рази збільшить потужності та ККД карусельного роторного вітродвигуна з клиноподібними лопатями відповідно найближчого аналога. Запропонований пристрій одночасного перетворення повітряних енергетичних потоків на різних висотах відрізняється від найближчого аналога пристрою встановленням більшої технічно можливої кількості вітрових коліс карусельного роторного типу з клиноподібними лопатями в гору один над одним на одному вертикальному міцному і стійкому до згинання валу (осі обертання лопатей) всіх вітрових коліс карусельного роторного типу з клиноподібними лопатями. Технічні характеристики вітрового колеса найближчого аналога з клиноподібними лопатями оприлюднені, відомі і детально описані в матеріалах заявки на винахід № 201309320 від 25.07.2013 р. Вертикальний вал вітродвигуна у своїй нижній частині монтується в підшипниковій опорі, що здатна утримувати в вертикальній площині та сприймати вагу міцного обертового вала, виготовленого з металу або будь-яких відомих стійких до згинання матеріалів, збірної, цільнолитої чи зварної конструкції. В своїй нижній приземній половині вертикальний обертовий вал з підшипниковою опорою, захищений до безпечної його висоти від стороннього впливу кожухом безпеки, наприклад стаціонарною вертикально встановленою, кріпленою розтяжками трубчатою колоною з полівінілхлориду (чи іншого міцного матеріалу) більшого діаметра, ніж обертовий вал для його вільного обертання, а в своїй верхній частині захисна кожухова колона може бути обладнана упорним підшипником чи біговою доріжкою по колу для кінематичного поєднання захисної кожухової колони та обертового вертикального вала роторного вітрового двигуна з метою його фіксації в просторі та гарантування умов вільного обертання разом з лопатями довкола своєї осі обертання. Одночасно вертикальний вал роторного вітродвигуна в своїй нижній чи іншій частині кінематично поєднаний з електрогенератором, або будь-яким енергоперетворюючим пристроєм, що забезпечує процес енергоперетворення. В своїй верхній частині вертикальний вал разом з жорстко кріпленими вітровими колесами на ньому, кінетично фіксується на вертикальному валу в просторі підшипниковим оголовком, кріпленим на тросових розтяжках чи струнах з натяжними лебідками до упорів, міцно зафіксованих в землі або в інших масивах. Використання запропонованого способу та пристрою дозволить в рази збільшити ККД і корисну потужність вітроенергоперетворюючої установки карусельного роторного типу з клиноподібними лопатями та отримати більш високу порівняно з найближчим аналогом даної моделі вітрового двигуна при малих швидкостях і різних напрямках вітру, при цьому заявлений спосіб дасть можливість спрощувати конструкцію та матеріаломісткість вітрового двигуна карусельного роторного типу та спростить його обслуговування. Відомо, що енергетична потужність двох вітрових коліс, що одночасно сумарно передають імпульси сили з різних висот енергетичного потоку, збільшать отриману сумарну енергію та подвоять обертову потужність вала (до 100 % ККД на вал порівняно до одного вітрового колеса), трьох вітрових коліс - потроїть, а десять вітрових коліс і більше, встановлених на одному спільному вертикальному валу роторного вітродвигуна, до десяти разів і більше разів збільшать його ККД Запропонований спосіб і пристрій дозволить зменшити матеріаломісткість установки карусельних роторних вітродвигунів з клиноподібними лопатями та зменшити вартість їх виготовлення, покращить монтажні та експлуатаційні характеристики вітродвигуна, забезпечить самозапуск та подальшу розкрутку вітрових коліс, збільшить частоту обертання вертикального вала вітрового двигуна при малих значеннях швидкості вітру незалежно від напрямку повітряних енергетичних потоків, дозволять ефективно використовувати вітровий двигун, не маючи гіроскопічного моменту та, не створюючи екологічно небезпечного шуму. Вище вказані висновки переваг способу та пристрою підтверджуються створеною автором діючою моделлю запропонованого пристрою. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображено загальний вигляд запропонованого вітродвигуна карусельного роторного типу, що має два і більше технічно можливу кількість вітрових коліс з клиноподібними лопатями, які змонтовані на одному вертикальному валу вітрового двигуна карусельного роторного типу, що є спільною віссю обертання всіх вітрових коліс, змонтованих вверх по валу вздовж осі їх обертання для передачі імпульсів сили сумарно отриманої енергії з одним вектором руху на різних висотах обертання кожного вітрового колеса через кінетичну передачу до електрогенератора чи іншого енергоперетворюючого пристрою. 1. Вертикальний вал вітродвигуна виготовляється з металу або з будь-якого іншого міцного та стійкого до згинання матеріалу цільнолитої, трубчатої, чи збірної конструкції, Діаметр вертикального вала (1) при цьому приймається розрахунково або експериментально. 2 UA 117648 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2. Підшипникова опора (2), на якій опирається та фіксується нижня частина обертового вертикально встановленого вала (1) вітродвигуна разом з вітровими колесами 4, 5, 6 і з лопатями клиноподібної форми (10). 3. Підшипниковий оголовок (3) на верхній частині вертикального вала, що поєднаний з упорами (7) в землі чи з іншими масивами через тросові чи струнні розтяжки (11) нерухомо зафіксований в просторі на верхній частині вітродвигуна з метою захисту всього пристрою від парусності і забезпечення вільного обертового руху вертикального вала з набором багатьох вітрових коліс з клиноподібними лопатями вітрового двигуна карусельного роторного типу. Позначками 4, 5, 6, позначені окремі вітрові колеса роторного вітродвигуна з не симетрично між собою розташовані лопатями (10). Встановлені вітрові колеса по кількості два і більше без обмежень на вертикальному валу та жорстко поєднані з вертикальним валом будь-яким відомим способом перпендикулярно до спільної осі обертання всіх вітрових коліс разом з їх валом з метою одночасного сумарного відбору імпульсів сили енергії вітрових потоків не залежно від напрямків вітру на різних висотах повітряного потоку. 7. Масивні упори (7) в землі або інші масиви монтуються з натяжними лебідками (нa кресленні лебідки не показано) для кріплення та натягування і фіксації підшипникового оголовка (3) тросовими або струнними розтяжками (11) в просторі на верхній частині вала через підшипник для фіксації у вертикальному положенні захисного кожуха чи інших частин вітрової установки. 8. Вертикально встановлена на землі захисна колона (8), кріплена натяжними тросами чи струнами розтяжками (11) , у своїй верхній частині може бути обладнана упорними підшипниками чи біговими доріжками для забезпечення умов додаткового сприймання ваги, зменшення парусності та вільного обертання групи вітрових коліс перпендикулярно кріплених до вертикального вала (1), що є їх спільною віссю обертання. Колона (8), що грає роль захисного кожуха, виготовлена з полівінілхлориду (чи будь-якого іншого міцного матеріалу) більшого діаметра ніж обертовий вал. Висота захисної колони (8) та її інші розміри встановлюється розрахунково або експериментально. В середині колони (8) можуть встановлюватись фіксуючі вал в вертикальній площині підшипники (на креслені не показано). В нижній чи іншій частині пустотілої захисної колони (8) чи під нею встановлюється електрогенератор або будь-який енергоперетворюючий пристрій (9), що кінематично поєднується з валом (1). Верхня частина захисної колони (8) може мати упорний підшипник або бігову доріжку (12) у випадку додаткового кінематичного з’єднання і обпирання на захисну колону, всіх вітрових коліс з метою зменшення парусності вітрових коліс разом з валом вітродвигуна. 9. Електрогенератор або будь-який енергоперетворюючий пристрій (9), що кінематично поєднується з обертовим валом (1) вітродвигуна. 10. Відомі оприлюднені автором клиноподібні лопаті з полікарбонату або будь-якого іншого легкого гнучкого та міцного матеріалу, які разом з своїми вітровими колесами жорстко кріпляться будь-яким відомим способом перпендикулярно до вертикально встановленої обертової осі вертикального вала вітрового двигуна карусельного роторного типу. 11. Троси чи струни розтяжки (11), які кріпляться та натягуються лебідками або будь-яким відомим способом до масивних упорів (7) в землі, чи до інших масивних конструкцій. Троси чи струни (11) виготовлені з сталі або будь-яких міцних на розрив відомих матеріалів. 12. Упорний підшипник або бігова доріжка (12) може встановлюватись на нерухомій захисній колоні (8) для обпирання на колону всього вертикального ряду вітрових коліс на валу з метою зменшення парусності вала та вітрових коліс вітродвигуна. Спосіб реалізується за допомогою одночасного сумарного відбору з різних горизонтальних висот різних сумарних імпульсів сили, перетворюючи їх сумарну механічну енергію вітру великою кількістю від двох і більшої технічно можливої кількості вітрових коліс з лопатями клиноподібної форми, які встановлено на один вертикально встановлений вал, котрий кінетично поєднаний з електрогенератором або іншими енергоперетворюючими пристроями. Збільшення максимально можливої кількості вітрових коліс з клиноподібними лопатями на одному вертикальному валу на його різних висотах, як наслідок породжує результат поєднання багатьох сумарних імпульсів сили, що діють через лопаті на один вал, і в рази збільшують потужність та ККД карусельного роторного вітродвигуна з клиноподібними лопатями відносно відомого способу. Як показано на кресленні на вертикальному валу встановлено два і більше вітрових коліс карусельного роторного типу з клиноподібними лопатями вгору один над одним на спільному 3 UA 117648 U 5 10 15 20 25 вертикально встановленому міцному, стійкому до згинання валу осі обертання лопатей вітрового колеса карусельного роторного типу, з клиноподібними лопатями, технічні характеристики вітрового колеса найближчого аналога оприлюднені, відомі і детально описані в матеріалах заявки на винахід № 201309320 від 25.07. 2013 р. Вертикальний вал вітродвигуна, який виготовлено з металу або будь-яких відомих стійких до згинання матеріалів збірної, цільнолитої чи зварної конструкції у своїй нижній частині монтується в підшипниковій опорі, що здатна утримувати в вертикальній площині та сприймати вагу вертикального обертового вала з лопатями. В своїй нижній приземній половині вал на безпечну висоту захищений від стороннього впливу кожухом безпеки, наприклад стаціонарною вертикально встановленою, кріпленою розтяжками трубчатою колоною з полівінілхлориду чи іншого міцного матеріалу більшого діаметра, ніж обертовий вал, а в своїй верхній частині захисна колона за потреби може бути кінетично поєднана упорним підшипником чи біговою доріжкою по колу захисної колони для забезпечення умов упору та вільного обертання вертикального вала та групи вітрових коліс на ньому вище захисної колони. Одночасно вал роторного вітрового двигуна в своїй нижній чи іншій частині кінематично поєднаний з електрогенератором або будь-яким енергоперетворюючим пристроєм. Можливість здійснення способу підтверджується наявним діючим експериментально виготовленим автором вітровим двигуном карусельного роторного типу з клиноподібними лопатями двох і більше вітрових коліс, встановлених на одному вертикальному валу вітродвигуна. Джерела інформації: 1. Бібліографічні дані джерела інформації згідно авторського свідоцтва СРСР SU 1008482 A F03D 3/06 2. Бібліографічні дані джерела інформації оприлюднені у матеріалах заявки на винахід № 201309320 від 25.07.2013 р ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Пристрій одночасного сумарного перетворення повітряних енергетичних потоків на їх різних горизонтальних висотах в електричну або інші види енергії, який відрізняється тим, що в різних по висоті горизонтальних енергетичних вітрових потоках змонтовано вітрові колеса з клиноподібними лопатями в кількості два і більше шляхом поєднання їх з одним спільним вертикальним валом роторного вітрового двигуна, який в своїй нижній частині зафіксовано в підшипниковій опорі, при цьому вертикальний обертовий вал захищено кріпленням у вертикальному положенні кожухом безпеки, який одночасно кінематично з’єднано з вертикальним обертовим валом, крім того верхню частину обертового вертикального вала з вітровими колесами зафіксовано у вертикальному положенні підшипниковим оголовком на обертовому валу за допомогою натяжних лебідок через троси чи струни розтяжки до упор в землі або до інших масивних конструкцій на землі, завдяки чому обертовий вал може мати кінематичний зв’язок з електрогенератором. 4 UA 117648 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5