Роторна вітроенергетична установка “міро” з постійною максимальною потужністю

Реферат: Роторна вітроенергетична установка з постійною максимальною потужністю з ротором з вертикальною віссю обертання з плоскими жорстко закріпленими до вала ротора парусами і з незалежним від ротора корпусом зі сторони напрямку вітру, закриваючим зону лопатей ротора, які рухаються проти вітру. Вертикальна стійка рами має дві горизонтальні паралельні перекладини з боку однієї вертикальній площині, верхня - з механізмом переміщення валу плоских парусів з віссю, паралельною осі циліндричного корпуса, і механізмом стабілізації вертикального положення корпуса. UA 98675 U (12) UA 98675 U UA 98675 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вітроенергетичних установок з плоскими парусними роторами з вертикальною віссю обертання і може бути використана для приводу електричного генератора вітроенергетичної установки. Відома вітроенергетична установка з механізмом для обмеження обертів при підвищенні швидкості вітру понад номінальну (Vном) пірамідального повітряного двигуна (Патент РФ RU2260709 "Устройство для ограничении оборотов пирамидального ветряного двигателя" Степанчук Аркадий Николаевич (UA), 2005г). Недоліками пристрою є невисока надійність і низький коефіцієнт використання енергії повітря (Ср). Найбільш близьким технічним рішенням є роторна вітроенергетична установка з постійною максимальною потужністю з ротором з вертикальною віссю обертання з плоскими жорстко закріпленими до вала ротора парусами і з незалежним від ротора корпусом зі сторони напрямку вітру, закриваючим зону лопатей ротора, які рухаються проти вітру (Интернет-портал сообщества ТЭК Energy Land Info. Статья "ВЭУ с вертикальной осью вращения: сравнительная оценка технических решений и перспектив развития", П. Беляков, 2010 г.). Недоліком даного пристрою є відсутність механізму обмеження частоти обертів при підвищенні швидкості вітру вище максимальних параметрів, що призводить до аварійного виходу з ладу і порушення оптимальних режимів роботи споживача енергії вітру. Задачею корисної моделі є забезпечення надійної роботи роторної вітроенергетичної установки з постійною максимальною потужністю при збільшенні швидкості вітру понад номінальні параметри. Поставлена задача вирішується тим, що вертикальна стійка рами має дві горизонтальні паралельні перекладини з боку однієї вертикальній площині, верхня - з механізмом переміщення вала плоских парусів з віссю, паралельною осі циліндричного корпуса, і механізмом стабілізації вертикального положення корпуса; нижня - з електрогенератором, співвісним до осі порожнистого циліндричного корпуса, з яким вал електрогенератора пов'язаний радіальними перекладинами, а в вертикальні прорізи корпуса вставлені плоскі паруса, кожна пов'язана з двома вільно насадженими на вал парусів кільцями, контактують з корпусом через дві пари роликів, осі яких закріплені на протилежних сторонах прорізей корпуса. Заявлювана корисна модель складається: з рами 1 з паралельними верхньою 2 і нижньою 3 перекладинами, закріпленими до вертикальної стійки 4, порожнистого циліндричного корпуса 5 з вертикальними прорізями 6. Корпус 5 з радіальними перекладинами 7 на дні з'єднаний з валом 8 електрогенератора 9, встановленого на нижній перекладині 3 рами 1. Вісь вала 8 електрогенератора 9 співпадає з віссю корпуса 5. До верхньої 2 перекладини рами 1 встановлені: механізм 10 стабілізації вертикального положення корпуса 5 і механізм 11 переміщення вала 12 парусів паралельно осі вала 8 електрогенератора 9, тобто корпуса 5. Вал 12 закріплений нерухомо в механізмі 11 розміщений в порожнині корпуса 5 паралельно осі вала 8 електрогенератора 9. На вал 12 насаджені кільця 13, що вільно обертаються, з якими, по два кільця 13 на кожен, закріплені плоскі паруса 14. Одночасно кожен парус 14 по одному вставлений в вертикальні прорізі 6 корпуса 1. Контакт парусів 14 з корпусом 1 забезпечується роликами 15, осі 16 яких закріплені до корпуса 5 з протилежних сторін прорізей 6. На Фіг. 1 - Роторна вітроенергетична установка "МІРО" з постійною максимальною потужністю при номінальній швидкості вітру; Фіг. 2 - Розріз Л-А; Фіг. 3 - Роторна вітроенергетична установка "МІРО" з постійною максимальною потужністю при максимальній швидкості вітру; Фіг. 4 - Розріз В-В; Фіг. 5 - Розгортка розрізу С-С корпуса вітроенергетичної установки "МІРО" з постійною максимальною потужністю. Заявлювана корисна модель працює наступним чином. Постійна потужність (Nпост) при збільшенні швидкості вітру вище номінальної (Vном) забезпечується постійними обертами двигуна (n) і крутним моментом (Мкр), що передається на вал 8 електрогенератора 9. При швидкості вітру рівний номінальний зазор між осями вала парусів 12 і корпуса 6, відповідно осі вала 8 електрогенератора 9, максимальний. Енергія вітру діє на поверхню парусів 14, що виходять через вертикальні прорізи 6 за межі корпуса 5, передається до вала 8 електрогенератора 9 від паруса 14 до роликів 15 корпуса 5 і від корпуса 5 через радіальні перекладини 7. 1 UA 98675 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Паруса 14 з кільцями 13 обертаються на валу парусів 12 незалежно один від одного, а положення фіксується тим, що паруса вставлені кожен по окремості в вертикальні прорізи 6 корпуса 5. Плече дії енергії вітру на вал 8 електрогенератора 9 в корисній моделі, що заявляється, визначається нижче приведеною залежністю Be.в. = Rкорп. + 0,5L poб.пap., де: Be.в. - плече дії енергії вітру, м; Rкорп. - радіус корпуса 5, м; L.роб.пар. - величина виходу паруса 14 за межі корпуса 5, м. Lроб.пар. = 0,8Dκοрп, оскільки в межах двадцяти відсотків радіуса корпуса 5 розміщені вал парусів 12 з кільцями 13. При рівності діаметрів корпуса 5 і ротора відомої установки (Интернет-портал сообщества ТЭК Energy Land Info. Статья "ВЭУ с вертикальной осью вращения: сравнительная оценка технических решений и перспектив развития", П. Беляков, 2010 г) величина плеча дії енергії вітру В від.прист.=0,5 Rκοрп.+0,5 R ротора, що в 2,8 раза менше ніж у корисній моделі, що заявляється. Максимальна площа парусів 14 (Sмакс) при номінальній швидкості вітру забезпечується положенням вала 12 при максимальному зазорі між осями валів 12 і 8 електрогенератора 9. Smax=L роб.паруса · Η ротора = 0,8Dкорп. · Η ротора Sпост.від.пристр. = Rротора від.пристр. · Η ротора = 0,5Dκοрп. · Η ротора В 1,6 (одна ціла шість десятих) рази більше ніж у відомому пристрої, забезпечує використання в 1,6 раз більшої енергії вітру (Р е.в.) на парус 14 і відповідно збільшення Мкр в 4,5 рази ніж у відомому пристрої. Мкр = 1.6 Sпост. від.пристр. ·Ρ ном.е.в. ·2,8 В від.пристр Мкр від.пристр. = Sпост. від.пристр. Ρ ном.е.в.·В від.пристр 2 де Ρ ном.е.в. - номінальне значення енергії вітру при V ном., Н/м . З підвищенням швидкості вітру вище номінального, механізм 11 переміщує вал парусів 12 в сторону зменшення зазору між осями валів 12 і 8 електрогенератора 9, відповідно зменшується виліт парусів 14 за межі корпуса 5, тобто площа парусів 14, на яку діє вітер і збільшується площа парусів в протилежній зоні дії вітрової енергії. Зменшення площі дії енергії вітру на паруса 14 забезпечує постійність дії сили тиску вітру на парус 14, відповідно: постійність обертів вала 8, потужності електрогенератора 9. Додатковий опір, що забезпечує постійність значення крутного моменту забезпечується тим, що одночасно зі зменшенням площі парусів 14 з позитивною дією тиску повітря з корпуса виступають паруса 14, що рухаються проти вітру. Товщина парусів 14 менше прорізу 16 корпуса 5, внаслідок чого паруса 14 в процесі обертання під дією вітру контактують з корпусом 5 і одночасно ковзають по контактній поверхні корпуса 5 при переміщенні вала парусів 12 з парусами 14 разом з кільцями 13, до яких прикріплені паруса 14. Максимальний виліт парусів 14, відповідно площі паруса 14, за межі корпуса 5 досягається при максимальному зазорі (7 макс) між осями вала парусів 12 і вала 8 електропривода 9. Зона парусів 14, що обертаються проти вітру, закрита корпусом 5, оскільки паруса в даній зоні втягнуті всередину корпуса 5. В даній зоні при максимальному зазорі між віссю вала 12 і віссю вала 8 електрогенератора 9 негативна дія енергії вітру на паруса 14 повністю виключена. Можливість порушення вертикального положення корпуса 5 під дією вітру виключена фіксацією положення корпуса 5 до механізму 10 на верхній перекладині 2. Таким чином, корисна модель, що заявляється, забезпечує: 1. Підвищення надійності роботи вітроенергетичної установки за рахунок постійного значення обертів електрогенератора і крутного моменту, тобто номінальної потужності електроенергії, що виробляється, у всьому діапазоні швидкості вітру; 2. Коефіцієнт використання енергії вітру Ср=0,5 за рахунок 100 % виключення з зони негативної дії енергії вітру парусів при номінальному значенні швидкості вітру. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Роторна вітроенергетична установка з постійною максимальною потужністю з ротором з вертикальною віссю обертання з плоскими жорстко закріпленими до вала ротора парусами і з незалежним від ротора корпусом зі сторони напрямку вітру, закриваючим зону лопатей ротора, які рухаються проти вітру, яка відрізняється тим, що вертикальна стійка рами має дві горизонтальні паралельні перекладини з боку однієї вертикальній площині, верхня - з 2 UA 98675 U 5 механізмом переміщення вала плоских парусів з віссю, паралельною осі циліндричного корпуса, і механізмом стабілізації вертикального положення корпуса; нижня з електрогенератором, співвісним до осі порожнистого циліндричного корпуса, з яким вал електрогенератора пов'язаний радіальними перекладинами, а в вертикальні прорізи корпуса вставлені плоскі паруса, кожна пов'язана з двома вільно насадженими на вал парусів кільцями, контактують з корпусом через дві пари роликів, осі яких закріплені на протилежних сторонах прорізей корпуса. 3 UA 98675 U 4 UA 98675 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5