Вітроустановка для виробництва теплоти

Реферат: Вітроустановка для виробництва теплоти включає ротор з валом, на маточині якого жорстко закріплений пусковий ротор, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос та теплогенератор, який виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, розташованого у ємності з теплоносієм, який у свою чергу складається із закріпленого на валу ротора, першого диска та другого диска, що жорстко закріплений в ємності з теплоносієм і складається з двох елементів, один з яких являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий диск виконаний з магнітом'якого матеріалу. При цьому обидва елементи жорстко з'єднані між собою без проміжків. Перший диск електроіндукційного нагрівача виконаний у вигляді планетарного механізму без кільцевої шестірні, сонячне колесо якого жорстко закріплене на валу входить в зачеплення з двома і більше сателітами. При цьому на кожному з сателітів жорстко закріплені постійні магніти, що розташовані із зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, а сателіти безпосередньо закріплені на осях з можливістю обертання. При цьому ці осі жорстко закріплені в ємності з теплоносієм. UA 120434 U (12) UA 120434 U UA 120434 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроенергетики та може бути використана для забезпечення споживачів тепловою енергією. Відоме технічне рішення вітроустановка для виробництва теплоти за патентом України на корисну модель № 92967 (бюл. № 17 від 10.09.2014 p.). Ця вітроустановка для виробництва теплоти складається з ротора з маточиною та пускового ротора Савоніуса, які жорстко закріплені на валу, теплогенератора, що виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача і розміщений в корпусі. В свою чергу корпус розташований у герметичному ребристому баку з робочою рідиною. Крім цього, бак у свою чергу розташований у ємності з теплоносієм. У ємності з теплоносієм встановлений теплообмінник та циркуляційний насос, при цьому вхід теплообмінника гідравлічно з'єднаний з виходом циркуляційного насоса, а вихід - зі споживачем отриманої теплоти, а сам вал циркуляційного насоса з'єднаний з продовженням вала маточини. З валом маточини також жорстко з'єднаний перший диск електроіндукційного нагрівача, що розташований в корпусі і виконаний з можливістю обертання разом з валом всередині корпусу. На цьому ж диску жорстко закріплені із зміною полярності постійні магніти, тобто магніти розміщені за колом в порядку чергування полюсів. Другий диск електроіндукційного нагрівача жорстко закріплений в корпусі. Цьому технічному рішенню притаманні наступні недоліки. По-перше, електроіндукційний нагрівач має низьку ефективність перетворення механічної енергії в теплову, що призводить до значних габаритів і відповідно, значної матеріалоємності. По-друге, відоме технічне рішення має значну конструктивну складність, так як електроіндукційний нагрівач розміщується в корпусі, який в свою чергу розташований у герметичному ребристому баку з робочою рідиною. Крім того, бак у свою чергу розташований у ємності з теплоносієм. По-третє, циркуляційний насос з теплообмінником знаходяться у ємності з теплоносієм, що ускладнює їх обслуговування та ремонт. Із відомих пристроїв найбільш близькою за технічною суттю є вибрана, як прототип, вітроустановка для виробництва теплоти за патентом України на корисну модель № 112012 (бюл. № 22 від 25.11.2016 p.). Ця вітроустановка для виробництва теплоти містить ротор з валом, пусковий ротор, жорстко закріплений на маточині, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос, теплогенератор, який виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, що складається із першого диска, з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами, розташованими із зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів та другого диска. Другий диск електроіндукційного нагрівача виконаний у вигляді двох дисків, що жорстко з'єднані між собою без проміжків, один з яких, що розташований ближче до постійних магнітів, являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий, що розташований під ним - диск з магнітом'якого матеріалу, при цьому перший диск електроіндукційного нагрівача жорстко закріплений на валу ротора, а другий диск, що жорстко закріплений у ємності з теплоносієм, зі сторони, протилежної диску з постійними магнітами, виконаний у вигляді ребристої поверхні. При цьому з валом ротора за допомогою трансмісії з'єднаний циркуляційний насос, який розміщений за межами ємності з теплоносієм та споживачем теплової енергії. Такому технічному рішенню притаманні наступні недоліки. Насамперед такий електроіндукційний нагрівач має низьку ефективність перетворення механічної енергії в теплову, що призводить до значних габаритів і відповідно, значної матеріалоємності. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності вітроустановки, зменшення металоємності, спрощення конструкції та технології обслуговування. В даній конструкції пропонується удосконалення електроіндукційного нагрівача, що значно збільшить концентрацію електричної енергії в невеликому об'ємі металу, що нагрівається. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованій вітроустановці для виробництва теплоти, що містить ротор з валом, на маточині якого жорстко закріплений пусковий ротор, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос та теплогенератор, який виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, розташованого у ємності з теплоносієм, який у свою чергу складається із жорстко закріпленого на валу ротора, першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами та другого диска, що жорстко закріплений в ємності з теплоносієм і складається з двох елементів, один з яких являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий диск виконаний з магнітом'якого матеріалу, при цьому обидва елементи жорстко з'єднані між собою без проміжків, згідно з корисною моделлю, перший диск електроіндукційного нагрівача виконаний у вигляді планетарного механізму без кільцевої шестірні, сонячне колесо якого жорстко закріплене на валу, входить в зачеплення з двома і 1 UA 120434 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 більше сателітами, при цьому на кожному з сателітів жорстко закріплені постійні магніти, що розташовані із зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, а безпосередньо сателіти закріплені на осях з можливістю обертання, при цьому ці осі жорстко закріплені в ємності з теплоносієм. Отже, таке технічне рішення дозволяє підвищити ефективність вітроустановки за рахунок збільшення кількості зон розігрівання, тобто більшої інтенсивності нагрівання поверхні другого диска і таким чином зменшити питому металоємність електроіндукційного нагрівача. При цьому кутова швидкість обертання сателітів може бути збільшена, що призведе до збільшення кількості циклів перемагнічування, що в свою чергу призведе до збільшення втрат від вихрових струмів (струми Фуко) у електропровідному матеріалі (мідь, алюміній) та втрат на гістерезис у магнітом'якому матеріалі. Таким чином, завдяки збільшенню кількості зон розігрівання і кутової швидкості сателітів зменшується питома матеріалоємність пристрою в цілому. На основі викладеного вище, можна зробити висновок про те, що сукупність суттєвих ознак, наведених у формулі є необхідною та достатньою для досягнення нового технічного результату, який забезпечується корисною моделлю. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, що наведені на фіг. 1 - загальний вигляд пристрою; на фіг. 2 - вигляд А за фіг. 1; на фіг. 3 - принципова схема пристрою; на фіг. 4 - переріз б-б за фіг. 3. Вітроустановка для виробництва теплоти (див. фіг. 1) складається з ротора 1 з маточиною 2, яка жорстко закріплена на валу 3. З цим же валом 3 жорстко з'єднаний, як мінімум один перший диск 4 (фіг. 3) електроіндукційного нагрівача, який знаходиться в корпусі з теплоносієм 8. Перший диск 4 (фіг. 3) виконаний у вигляді планетарного механізму без кільцевої шестірні, сонячне колесо якого жорстко закріплене на валу 3, входить у зачеплення з двома і більше сателітами 13, що встановлені на осях 14, які в свою чергу жорстко кріпляться до ємності з теплоносієм 8. На сателітах 13 жорстко закріплені із зміною полярності постійні магніти 5, тобто магніти розміщені за колом в порядку чергування полюсів. Другий диск електроіндукційного нагрівача складається з двох дисків 6 та 7, один з яких розташований ближче до постійних магнітів 5, являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу (алюміній, мідь тощо), а другий диск 7, що розташований під ним - диск з магнітом'якого матеріалу (наприклад Cт. 3), при цьому обидва диски жорстко з'єднані між собою без проміжків і жорстко закріплені в корпусі з теплоносієм 8. Вал 3 через трансмісію 9 з'єднаний з валом циркуляційного насоса 10, при цьому його вхід гідравлічно з'єднаний з ємністю теплоносія 8, а вихід - зі споживачем теплової енергії 11, наприклад радіатором водяного опалення. На маточині 2 також жорстко закріплений пусковий ротор Савоніуса 12. Працює вітроустановка для виробництва теплоти наступним чином. При достатній швидкості вітру (2,5-3 м/с) на пусковому роторі 12 (фіг. 2) з'являється обертовий момент, під дією якого ротор 1 (фіг. 1) починає набирати оберти до розрахункової (номінальної) швидкохідності. При цьому обертаються маточина 2 і відповідно, головний вал 3, сонячне колесо другого диска 4 електроіндукційного нагрівача та постійні магніти 5 (фіг. 3). Під час обертання сонячного колеса другого диска 4 завдяки зачепленню з сателітами 13, останні також починають обертатись. А оскільки на них закріплені постійні магніти 5, то виникає рух відносно нерухомого диска 6 з немагнітного матеріалу і в ньому наводяться вихрові струми (струми Фуко), за рахунок яких він розігрівається у зонах, де розташовані сателіти 13. У диску 7 з магнітом'якого матеріалу також наводяться струми Фуко та відбувається його періодичне перемагнічування (за рахунок обертання диска 4 з магнітами 5 і відповідно, періодичної зміни полюсів N та S). Таким чином, за рахунок перемагнічування у диску 7 з магнітом'якого матеріалу виникають додаткові втрати на гістерезис, що відповідно збільшує нагрів диска 7. Струми Фуко залежать від електричного опору матеріалу, який в немагнітному електропровідному матеріалі (наприклад алюміній або мідь з яких виготовлений диск 6) набагато менший, ніж у магнітом'яких матеріалах. Тому струми Фуко в диску 6 будуть значно більшими, що дозволяє зменшити габарити диска 6 і відповідно, електроіндукційного нагрівача, і підвищити його ефективність. При цьому необхідно зауважити, що для ефективної теплопередачі від диска до теплоносія необхідно збільшувати площу теплопередачі. Враховуючи те, що вартість немагнітних електропровідних матеріалів (алюміній, мідь) висока, то доцільно збільшувати площу теплопередачі завдяки використанню дешевих магнітом'яких матеріалів, тобто за рахунок диска 7, що виготовлений із магнітом'якого матеріалу і їх використовується декілька. Тим самим 2 UA 120434 U 5 збільшується ефективна площа нагрівання. Магніти 5 пропонується використовувати недорогі, наприклад ферит барієві. Теплота від дисків 6 та 7 передається теплоносію у корпусі 8. Завдяки трансмісії 9 одночасно з обертанням вала 3 починає працювати циркуляційний насос 10 і теплова енергія буде надходити до споживача теплової енергії 11. Таким чином, досить простими засобами досягається поставлена мета - підвищення ефективності вітроустановки, зменшення металоємності та спрощення конструкції. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Вітроустановка для виробництва теплоти, що включає ротор з валом, на маточині якого жорстко закріплений пусковий ротор, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос та теплогенератор, який виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, розташованого у ємності з теплоносієм, який у свою чергу складається із закріпленого на валу ротора, першого диска та другого диска, що жорстко закріплений в ємності з теплоносієм і складається з двох елементів, один з яких являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий диск виконаний з магнітом'якого матеріалу, при цьому обидва елементи жорстко з'єднані між собою без проміжків, яка відрізняється тим, що перший диск електроіндукційного нагрівача виконаний у вигляді планетарного механізму без кільцевої шестірні, сонячне колесо якого жорстко закріплене на валу, входить в зачеплення з двома і більше сателітами, при цьому на кожному з сателітів жорстко закріплені постійні магніти, що розташовані із зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, а сателіти безпосередньо закріплені на осях з можливістю обертання, при цьому ці осі жорстко закріплені в ємності з теплоносієм. 3 UA 120434 U 4 UA 120434 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль 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