Вітроустановка

Реферат: Вітроустановка з вертикальною віссю обертання містить лопаті, з'єднані траверсами з валом, установленим в опорі, з можливістю вертикальних переміщень і зв'язані з поплавком, розміщеним у ємності з водою, і електрогенератор, установлений на основі. Основа оснащена диском, установленим на валу, та має фрикційні затискні пристрої. Опора виконана у вигляді верхньої, середньої і нижньої підшипникових опор. Лопаті розташовані у два ряди, закріплені шарнірно і концентрично на валу, захищені кожухом. Лопаті першого ряду зміщені відносно лопатей другого ряду. Ролики оснащені пружним елементом, розміщеним між диском та ємністю. UA 74139 U (54) ВІТРОУСТАНОВКА UA 74139 U UA 74139 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроенергетики, зокрема, до конструювання і виробництва вітроенергетичних установок для використання в різних областях господарської діяльності людини, для індивідуальних вимог, а також при використанні в промислових електромережах. Відома вітроенергетична установка (див. авт. св. СРСР № 1710822 А1 F03D3/00, Бюл. № 5, 07.02.92 р.), що містить вітроколесо, лопаті якого з'єднані траверсами з валом, установленим в опорі з можливістю вертикальних переміщень і зв'язаним з поплавком, розміщеним у ємності з водою, і електрогенератор, установлений на основі, при цьому вітроустановка оснащена парозбірником, закріпленим на валу електрогенератора турбіною і патрубком, що сполучає останню з ємністю, вітроколесо - додатковими траверсами з лопатками на периферії і циліндрами Магнуса, установленими на останніх і зв'язаних з лопатями, поплавок оснащений закріпленими на його боковій поверхні висувними елементами, при цьому вал і додаткові траверси виконані порожнистими, сполученими з ємністю, лопатки закріплені в порожнинах додаткових траверс, парозбірник розташований над ємністю, а опора - усередині парозбірника і у ній виконаний канал, сполучений з порожниною вала. Даний пристрій дозволяє здійснювати енергопостачання малоенергоємних процесів, наприклад, підняття води у сільськогосподарському водопостачанні. Недоліком описаної вітроустановки є нестійкість повітроприймача при зміні напрямку вітру. Крім того, мала поверхня лопатей приводить до зменшення потужності пристрою. Зниженню потужності вітроустановки сприяє також зустрічний напрямок повітряного потоку з напрямком лопаті, яка набігає назустріч потоку, що гальмує обертання та може привести до пошкодження вітроустановки у зв'язку зі збільшенням опору напрямку вітру. Крім того, надходження рідини у отвір знизу вала і її рух через порожнини вала і траверси приводить до створення вихрових потоків, що збільшує гідравлічний опір обертанню. Нагрівання води в ємності до парового стану створює підвищений тиск пари на поплавок, який глибше занурюється у рідину. Тому опір обертанню останнього збільшується за рахунок збільшення поверхні тертя та рідини, а швидкість обертання поплавка зменшується за рахунок збільшення зусилля гальмування. Підвищений тиск пари над поверхнею води створює додатковий тиск на поплавок, який глибше занурюється у рідину. Тому опір останнього обертанню збільшується. Швидкість обертання поплавка зменшується за рахунок збільшення зусилля гальмування. Найбільш близькою за технічною суттю і результатом, що досягається, є вітроустановка, з вертикальною віссю обертання, що містить лопаті, з'єднані траверсами з валом, установленим в опорі з можливістю вертикальних переміщень і зв'язаним з поплавком, розміщеним у ємності з водою, і електрогенератор, установлений на основі, оснащена диском, установленим на валу, має фрикційні затискні пристрої, виконані у вигляді двох опозитних роликів, розміщених на стрижнях, з'єднаних пружним елементом, один із яких карданною передачею з'єднаний з генератором, опора виконана у вигляді верхньої, середньої і нижньої підшипникових опор, верхня підшипникова опора розміщена у верхній траверсі, середня підшипникова опора розміщена в середній траверсі, нижня підшипникова опора розміщена в нижній траверсі, лопаті рівномірно розташовані на валу, одна пара над іншою по гвинтовій лінії, поплавок виконаний у вигляді конуса, розміщеного основою вгору, і з'єднаного траверсою з валом, лопаті, що набігають назустріч вітровому потоку, захищені кожухом, який жорстко скріплений з вільно посадженим на вал флюгером (див. патент на винахід UA № 86092 МПК(2009) С2F03D3/00, Бюл. № 6, 25.03.2009 р). Недоліком описаної вітроустановки є мала поверхня лопатей, що є причиною зменшення її потужності. Крім того, фрикційні затискні пристрої, що виконані у вигляді двох опозитних роликів, розміщених на стрижнях, з'єднаних пружним елементом, мають можливість проковзування між парами ролик-диск, диск-ролик. Таким чином надійність дії вітроустановки зменшується. В основу корисної моделі поставлена задача поліпшення конструкції вітроустановки шляхом збільшення використання сили вітру за рахунок зменшення опору обертанню вітроустановки, що дозволить збільшити її потужність та підвищити надійність. Поставлена задача вирішується тим, що вітроустановка з вертикальною віссю обертання, що містить лопаті, з'єднані траверсами з валом, установленим в опорі, з можливістю вертикальних переміщень і зв'язаних з поплавком, розміщеним у ємності з водою, і електрогенератор, установлений на основі, яка оснащена диском, установленим на валу, та має фрикційні затискні пристрої, виконані у вигляді двох опозитних роликів, розміщених на стрижнях, з'єднаних пружним елементом, один із яких карданною передачею з'єднаний з генератором, опора виконана у вигляді верхньої, середньої і нижньої підшипникових опор, верхня підшипникова опора розміщена у верхній траверсі, середня підшипникова опора 1 UA 74139 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розміщена в середній траверсі, нижня підшипникова опора розміщена в нижній траверсі, лопаті рівномірно розташовані на валу, а поплавок виконаний у вигляді конуса, розміщеного основою вгору, і з'єднаного опорою з валом, лопаті, що набігають назустріч вітровому потоку, захищені кожухом, який жорстко закріплений з вільно посадженим на вал флюгером, має другий ряд лопатей, закріплених шарнірно і концентрично, причому, діаметр кола, яке описують лопаті другого ряду d2, відносяться до діаметра кола, що описують лопаті першого ряду лопатей d1, як 1:(0,8…0,2), лопаті першого ряду зміщені відносно лопатей другого ряду на кут α=/6… /1,5, а опозитні ролики оснащені додатковим пружним елементом, що розміщений між диском та ємністю. Загальними ознаками корисної моделі, що збігаються з ознаками найближчого аналога, є наявність лопатей, їх з'єднання траверсами з валом, установка вала в опорі з можливістю вертикальних переміщень, зв'язок вала з поплавком, розміщення поплавка у ємності з водою, наявність електрогенератора, установка генератора на основі, установка дисків на валу, установка фрикційних затискних пристроїв, виконання фрикційних затискних пристроїв у вигляді двох опозитних роликів, розміщення роликів на стрижні, з'єднання роликів пружним елементом, з'єднання одного з роликів карданною передачею, з'єднання карданної передачі з генератором, виконання опори у вигляді верхньої, середньої і нижньої підшипникових опор, розміщення верхньої підшипникової опори у верхній траверсі, додаткова установка середньої підшипникової опори, розміщення її в середній траверсі, додаткова установка нижньої підшипникової опори, розміщення її в нижній траверсі, розташування лопатей рівномірно на валу, виконання поплавка у вигляді конуса, розташування конуса поплавка основою вгору, з'єднання поплавка з опорою, з'єднання опори з валом, захист лопатей, що набігають назустріч вітровому потоку кожухом, жорстке закріплення кожуха з вільно посадженим на вал флюгером. Відмітними ознаками є оснащення вітроустановки другим рядом лопатей. Крім того, відмітними ознаками є виконання шарнірного та концентричного кріплення другого ряду лопатей. Крім того, діаметр кола, яке описують лопаті другого ряду d2, відноситься до діаметра кола, що описують лопаті першого ряду d1, як 1:(0,8…0,2). Крім того лопаті першого ряду зміщені відносно лопатей другого ряду на кут α=/6…/1,5. Крім того, опозитні ролики оснащені додатковим пружним елементом, що розміщений між диском та ємністю. Оснащення вітроустановки другим рядом лопатей, вибір співвідношення діаметрів та кутів зсуву лопатей дозволяє налаштовувати потік вітру таким чином, щоб поліпшити організацію його використання з точки зору збільшення моменту на валу за рахунок збільшення поверхні лопатей. Оснащення опозитних роликів додатковим пружним елементом, що розміщений між диском та ємністю дозволяє забезпечити щільність та надійність контакту за рахунок збільшення зусилля і тертя між парами диск-ролики. Суть корисної моделі пояснюється графічно, де на фіг. 1 зображений загальний вигляд вітроустановки, на фіг. 2 - розріз вітроустановки, фіг. 3 - вид вітроустановки зверху. Вітроустановка, з вертикальною віссю обертання, містить маточину 1 з лопатями першого ряду 2 та другого ряду 3, з'єднаними траверсами 4 з валом 5, установленим в опорі 6 з можливістю вертикальних переміщень і зв'язаним з поплавком 7, розміщеним у ємності 8 з водою 9, і електрогенератор 10, установлений на основі 11. При цьому, установка оснащена диском 12, установленим на валу 5, має фрикційні затискні пристрої, виконані у вигляді опозитних роликів - 13, розміщених на стрижнях 14, з'єднаних внутрішніми та зовнішніми відносно пристрою пружними елементами 15. Один із стрижнів карданною передачею 16 з'єднаний з генератором 10, опора виконана у вигляді верхньої 17, середньої 18 і нижньої 19 підшипникових опор, верхня підшипникова опора 17 розміщена у верхній траверсі 4, середня підшипникова опора 18 розміщена в середній траверсі 20, нижня підшипникова опора 19 розміщена в нижній траверсі 21. Траверси у горизонтальній площині установлені під кутом 120° одна відносно іншої і опираються на колони 22, які зверху накриті кришкою 23, перший ряд лопатей 2 рівномірно розташований на валу 5, другий ряд лопатей закріплений шарнірно і концентрично, а поплавок 7 виконаний у вигляді конуса, розміщеного основою вгору і з'єднаного траверсою 21 з опорою 6 та валом 5, лопаті 2 та 3, що набігають назустріч вітровому потоку, захищені кожухом 24, який жорстко закріплений з вільно посадженим на вал 5 флюгером 25. Вітроустановка працює в такий спосіб. Вітровий повітряний потік, що рухається до установки, розвертає флюгер 25 та жорстко закріплений кожух 24 за напрямком вітру і зустрічає на своєму шляху опір кожуха у вигляді дрібної сітки 2…5 мм, що частково перекриває ту частину лопатей 2, 3, що набігає. За рахунок цього зменшується парусність вітроустановки та опір тим 2 UA 74139 U 5 10 15 20 лопатям 2 та 3, що набігають. Основний потік повітря потрапляє на лопаті 2 та 3, напрямок руху яких співпадає з напрямком повітряного потоку. З'являється момент обертання, якщо лопаті першого ряду зміщені відносно лопатей другого ряду на кут α=/6…/1,5. Вал 5 починає обертатися і поступово набирає оберти. Траверси установлені під кутом 120° одна відносно іншої і опираються на колони. При рівномірному розташуванні лопатей 2 та 3 найбільший момент обертання виникне в наступних лопатях, якщо α=:/2, і так далі. Таким чином, відбувається розгін вітроустановки, на валу 5 якої встановлений диск 12. Навантаження з диска 12 через опозитні ролики 13, розміщені в стрижні 14 і з'єднані пружними елементами 15, через карданну передачу 16 передається на генератор 10, що закріплений на основі 11. Генератор 10 перетворює енергію обертання в напругу, яка передається споживачу. Експериментальний зразок вітроустановки був виготовлений у лабораторних умовах Дніпропетровського державного аграрного університету і Національної металургійної академії України. Попередня оцінка показала, що така вітроустановка, за рахунок кращої організації площі лопатей та її збільшення, здатна розвивати більшу потужність у порівнянні з найближчим аналогом. Установка, надійна в експлуатації, дозволяє поліпшити механічну надійність та запобігти руйнуванню при сильних поривах вітру, технологічна при використанні в роботі. Запропонована корисна модель може бути багаторазово відтвореною і використаною як вітроустановка. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 Вітроустановка з вертикальною віссю обертання, що містить лопаті, з'єднані траверсами з валом, установленим в опорі, з можливістю вертикальних переміщень і зв'язаних з поплавком, розміщеним у ємності з водою, і електрогенератор, установлений на основі, яка оснащена диском, установленим на валу, та має фрикційні затискні пристрої, виконані у вигляді двох опозитних роликів, розміщених на стрижнях, з'єднаних пружним елементом, один із яких карданною передачею з'єднаний з генератором, опора виконана у вигляді верхньої, середньої і нижньої підшипникових опор, верхня підшипникова опора розміщена у верхній траверсі, середня підшипникова опора розміщена в середній траверсі, нижня підшипникова опора розміщена в нижній траверсі, лопаті рівномірно розташовані на валу, а поплавок виконаний у вигляді конуса, розміщеного основою вгору, і з'єднаний опорою з валом, лопаті, що набігають назустріч вітровому потоку, захищені кожухом, який жорстко закріплений з вільно посадженим на вал флюгером, яка відрізняється тим, що вітроустановка додатково має другий ряд лопатей, закріплених шарнірно і концентрично, при цьому, діаметр кола, яке описують лопаті другого ряду d2, відноситься до діаметра кола, яке описують лопаті першого ряду лопатей d 1, як 1:(0,8…0,2), лопаті першого ряду зміщені відносно лопатей другого ряду на кут α=/6…/1,5, а опозитні ролики оснащені додатковим пружним елементом, що розміщений між диском та ємністю. 3 UA 74139 U 4 UA 74139 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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