Вітроагрегат

Реферат: Вітроагрегат містить генератор, що встановлений на осі з щонайменше одним вітроколесом, розташованим на опорі всередині елемента збору та направлення потоку повітря, який виконаний у вигляді концентратора з дашком, отвір якого створений боковинами з відігнутими кромками, одна з яких, що розташована з боку сприйняття штучного потоку повітря від рухомого транспорту, є частково відкритою, а інша боковина закрита. При цьому отвір концентратора відповідний периметру лопаті, внутрішня поверхня якої є увігнутою з боку сприйняття штучного потоку повітря від рухомого транспорту через отвір, що має відігнуті кромки боковин корпуса концентратора. При цьому дашок з регульованим кутом нахилу виконаний з можливістю фокусування потоку повітря на площину отвору. UA 99687 C2 (12) UA 99687 C2 UA 99687 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі енергетики. Існуючі конструкції вітроагрегатів (вітрогенераторів) працюють від природного потоку повітря та залежні від примх природи. Їх робота побудована на постійному пошуку потоку повітря, що має нестабільні потужність та напрямок дії. В цих умовах вітроагрегати виробляють до 25 % електроенергії від реальної потреби. Вони потребують великі проміжки часу, для зарядження акумуляторних батарей з перетворювачем. Відомий вітрогенератор з базуванням на відкритій місцевості з механізмом пошуку потоку повітря [1]. Він містить пустотілу стійку (опору), на верхівці якої розташовані стабілізатор швидкості обертання ротора з лопатями і додатковий пристрій, конфузор пошуку повітря та генератор. Цей вітрогенератор побудований з вертикальною віссю обертання ротора з лопатями, що підвищує вібраційне навантаження на конструкцію. Обичайка суцільно закрита по зовнішньому діаметру, а всередині розташований ротор з лопатями. Розтрубом конфузора вітрогенератор шукає і концентрує потік повітря на ротор з лопатями, але він не фокусує потік повітря на поверхню однієї лопаті. Конструкція залежна від напрямку дії потоку вітру та його потужності. Навантаження на опору вітрогенератора збільшене за рахунок додаткової довжини обичайки та конфузора. Недолік конструкції вітрогенератора в тому, що вона працює нестабільно, використовуючи тільки частку своєї потужності, залежна від пошуку потоку повітря. Вітрогенератор не працює під час опадів (снігу). Конструкція має велике вібраційне навантаження на вісь і зношення підшипників, а також велике додаткове навантаження на одну частину осі зі сторони розташування лопатей. Конструкція залежна від поривів вітру, опадів і місця розташування, що не гарантує тривалий час роботи. Витрати та їх окупність на виготовлення вітрогенератора майже 10 років. Це дуже неефективно. Конструкція вітрогенератора потребує заміни однотипних елементів одночасно. Відома конструкція вітроагрегату з циліндричною формою раструба, що працює від знайденого потоку повітря з двома вітроколесами всередині розтруба на розташованій горизонтально осі, яка з'єднана з генератором електричного струму [2]. Вітроагрегат також має механізм пошуку напрямку дії потоку повітря. Недоліки конструкції в тому, що вона залежить від примх природи і опадів. Велике навантаження отримує опора за рахунок великої площі закритої частини, де розташовані вітроколеса, при різкому боковому потоці вітру. Система пошукового механізму інерційна. Розташування двох однакових вітроколес з генератором на кінці осі потребує додаткові підшипники і опори жорсткості всередині загального корпуса. Опора вітроагрегату має постійне вібраційне навантаження та потребує додаткового захисту по міцності від цього явища, особливо біля фундаменту. Підняття ваги з великою площею на висоту завжди потребує в конструкції додаткового збільшення міцності в застосуванні матеріалів. Це додаткові витрати при виготовленні вітроагрегату, які збільшують його загальну собівартість. Багато рухомого транспорту (потяги, електрички, трамваї, автомобілі) виробляють потужний штучний потік повітря. Така дія штучного потоку повітря стабільна, корисна і ефективна для отримання дешевої електроенергії. Використання потужності штучно створеного потоку повітря дасть можливість підвищити ефективність роботи вітроагрегатів (вітрогенераторів), зменшивши загальні витрати на виробництво. В основу винаходу поставлена задача створити просту конструкцію вітроагрегата, без механізму пошуку потоку повітря, з захистом від опадів та максимальним фокусуванням потужності штучного потоку повітря на поверхню лопаті, що підвищить ККД вітроагрегату. Дію штучно створеного потоку повітря потрібно додатково захистити від впливу інших потоків повітря. В конструкції вітроагрегата треба зменшувати вібраційні коливання. Також мають значення і місця розташування вітроагрегата, наприклад поруч чи зверху шляхопроводу для використання максимальної потужності штучно створеного потоку повітря на здійснення роботи вітроколесом та генератором електричного струму, причому потужність штучного потоку повітря залежить від щільності та швидкості руху транспорту протягом доби та року. Бажано зменшити собівартість виготовлення вітроагрегата (вітрогенератора) та період його окупності за рахунок універсальності вузлів, застосувавши прості технічні рішення по конструкції вітроагрегата, які повинні зменшувати і собівартість обслуговування. Згідно з винаходом задача вирішується тим, що вітроагрегат повинен мати елемент збору та направлення потоку повітря і виконаний у вигляді концентратора з дашком та отвором, в порожнині якого розміщено вітроколесо, що з'єднано віссю з генератором. Вітроагрегат розміщений на опорах уздовж шляхопроводу, встановлених під кутом менше 90° до напрямку руху транспорту, причому розміщений отвором до напрямку дії штучного потоку повітря і частково відкритою боковиною з боку руху транспорту, а дашок виконаний з можливістю направлення штучного потоку повітря на внутрішню увігнуту поверхню лопаті через отвір з відігнутими кромками боковин, що має розмір довжини лопаті. Всі лопаті вітроколеса 1 UA 99687 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 збалансовані по масі та мають радіусні крайки. Кожне з вітроколес має свій корпус концентратора з дашком та отвором, ширина та довжина якого відповідає розмірам периметра лопаті. Генератор розміщений у проміжку між вітроколесами на опорах, де є підшипник під їх осі, що зменшує дію вібраційних навантажень на конструкцію кожної з опор в цілому. Вісь генератора має з обох боків з'єднання з віссю кожного вітроколеса. Вісь генератора виготовлена з товстостінної труби. Лопаті мають увігнуту форму внутрішньої поверхні сприйняття потоку повітря, а криволінійність зовнішньої поверхні, тобто обтічність, сприяє підвищенню швидкості обертання вітроколеса за рахунок зменшення опору повітрю. На Фіг. 1 зображена вдосконалена конструкція вітроагрегата (вітрогенератора) і місце розташування уздовж шляхопроводу в обох напрямках. На Фіг. 2 зображена конструкція концентратора з дашком. На Фіг. 3 вид А, де зображена конструкція концентратора з дашком та лопать вітроколеса в отворі концентратора. На Фіг. 1-3 використана наскрізна нумерація елементів. На Фіг. 1 розташовані: рухомий транспорт, наприклад потяг 1 в обох напрямках руху; лопаті 2; опори 3; генератор 4; шляхопровід 5; вітроколеса 6; концентратори 7; дашки 8; вісь 9 генератора 4; осі 9а, 9б вітроколес 6; основа шляхопроводу 11; підшипники 12; отвори 13; відігнуті кромки 14 назовні на боковинах 15 і 16 концетраторів 7. На Фіг. 2 розташовані: концентратор 7 з частково відкритою боковиною 15 та боковиною 16; дашок 8 з регульованим кутом α нахилу до напрямку дії штучного потоку повітря; вісь дашка 10; лопать 2; відігнуті кромки 14 назовні на боковинах 15 і 16; отвір 13, що має розмір площі, відповідний периметру лопаті 2. На Фіг. 3 розташовані: дашок 8; лопать 2; отвір 13 між боковинами 15 і 16 концетратора 7, розмір площі якого відповідає периметру лопаті 2. Конструкція має однакові вітроколеса 6, де кожне має свій підшипник 12 в опорі 3. Кожне вітроколесо 6 має свій концентратор 7 для захисту від опадів і штучного потоку повітря від іншого рухомого транспорта. Концентратор 7 має отвір 13 між боковинами 15 і 16 з відігнутими кромками 14 та дашок 8, що максимально фокусує штучно створений потік повітря на увігнуту внутрішню поверхню лопаті 2. За допомогою зміни кута α нахилу дашка 8 з подальшою фіксацією цього положення, додатково фокусують частку штучно створеного транспортом потоку повітря на увігнуту внутрішню поверхню лопаті 2. Конструкція лопатей 2 має радіусні крайки і увігнуту внутрішню поверхню до напрямку дії потоку повітря, що збільшує поверхню контактування зі штучним потоком повітря і дозволяє краще використовувати потужність потоку повітря, а зовнішня поверхня лопаті 2 має криволінійну форму, що дозволяє збільшити швидкість обертання вітроколеса за рахунок зменшення опору повітря. Концентратор 7 має відкриту нижню частку боковини 15, що розташована з боку руху транспорту, а друга боковина 16 захисна і повністю закрита. Вітроколесо 6 розміщується в концентраторі 7, який має форму та отвір 13 сприйняття потоку повітря за розміром відповідні периметру лопаті 2 вітроколеса 6 до напрямку дії штучного потоку повітря, а друга боковина 16 захисна і повністю закрита. Поверхня концентратора 7 над вітроколесом 6 криволінійна і більша за його діаметр обертання і ширша за відповідний розмір лопаті 2. Отвір 13 має відігнуті кромки 14 на довжину лопаті 2 і відігнуті вони під кутом до боковин 15 та 16. Вони додатково концентрують на увігнуту поверхню лопаті 2 штучний потік повітря. Розташування генератора 4 між збалансованих по масі вітроколес 6 на опорах 3, які мають підшипники 12, суттєво зменшує вібраційні коливання конструкції вітроагрегата в цілому. Робота вдосконаленої конструкції вітроагрегата (вітрогенератора) дуже ефективна особливо в місцях розташування уздовж щляхопроводів (у мостових переходах), та при його встановленні під кутом менше 90° до напрямку руху транспорта, де щільність та швидкість руху транспорту дуже велика. Мета цього встановлення вітроагрегата під кутом менше 90° дозволяє мати однакову швидкість обертання вітроколес. Робота вітроагрегата побудована на сприйнятті штучного потоку повітря від зустрічного руху транспорта отворами 13 концентраторів 7, де всередині їх корпусів розташовано вітроколесо 6. Корпус концентратора 7 має дашок 8 з регулеваним кутом α нахилу для додаткового фокусування потужності зустрічного потоку повітря на увігнуту внутрішню поверхню лопаті 2. Боковини 15 і 16 корпуса концентратора 7 виконують роль захисту від інших потоків повітря. Отвір 13 за розміром площі дорівнює периметру лопаті 2. Відвороти кромок 14 навколо отвору 13 на боковинах 15 і 16 відігнуті до напрямку дії зустрічного потоку повітря. Опори 3 мають підшипники 12 під кінці осі 9 генератора 4 і з'єднані кожна з віссю одного вітроколеса 6. Генератор 4 розташований в проміжку між опорами 3. Вітроагрегат в роботі не має залежності від впливу інших потоків повітря та опадів. Джерела інформації: 2 UA 99687 C2 1. UA 31160 U, 25.03. 2008. Бюл. № 6. 2. UA 38867А, 15.05. 2001. Бюл. № 4. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 1. Вітроагрегат, який містить генератор, що встановлений на осі з щонайменше одним вітроколесом, розташованим на опорі всередині елемента збору та направлення потоку повітря, який відрізняється тим, що елемент збору та направлення потоку повітря виконаний у вигляді концентратора з дашком, отвір якого створений боковинами з відігнутими кромками, одна з яких, що розташована з боку сприйняття штучного потоку повітря від рухомого транспорту, є частково відкритою, а інша боковина закрита, при цьому отвір концентратора відповідний периметру лопаті, внутрішня поверхня якої є увігнутою з боку сприйняття штучного потоку повітря від рухомого транспорту через отвір, що має відігнуті кромки боковин корпуса концентратора, при цьому дашок з регульованим кутом α нахилу виконаний з можливістю фокусування потоку повітря на площину отвору. 2. Вітроагрегат за п. 1, який відрізняється тим, що конструкція концентратора з дашком виконана з можливістю направлення штучного потоку повітря через отвір на внутрішню увігнуту поверхню однієї лопаті. 3. Вітроагрегат за п. 1, який відрізняється тим, що кожне вітроколесо має свій окремий корпус концентратора з дашком та отвором, розмір якого відповідний периметру лопаті. 4. Вітроагрегат за п. 1, який відрізняється тим, що вісь генератора виконана з товстостінної труби. 5. Вітроагрегат за п. 1, який відрізняється тим, що генератор розташований між вітроколесами на опорах, а кінці його осі встановлені в підшипниках. 6. Вітроагрегат за п. 1, який відрізняється тим, що він розташовується вздовж дільниці шляхопроводу і розвернутим під кутом меншим 90° до напрямку руху транспорту. 3 UA 99687 C2 4 UA 99687 C2 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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