Вітроустановка для виробництва теплоти

Реферат: Вітроустановка для виробництва теплоти містить ротор з маточиною, яка жорстко закріплена на головному валу і в якій розташований відцентровий регулятор з тягарцями, що за допомогою тяг шарнірно з'єднані з підпружиненою штангою, що виконана з можливістю зворотнопоступального руху в порожнині головного вала, який, у свою чергу, жорстко з'єднаний з маточиною, теплогенератор, пристрій для відбору теплоти та жорстко закріплений на маточині пусковий ротор. Теплогенератор виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, що, в свою чергу, складається з закріпленого у ребристому корпусі з можливістю обертання першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами, який жорстко з'єднаний з головним валом, та другого диска, що закріплений у корпусі без можливості обертання та з можливістю виконання зворотно-поступального руху. Ребристий корпус з дисками заповнений робочою рідиною і розташований у ємності з теплоносієм, а проміжок між дисками виконаний змінним. UA 109496 C2 (12) UA 109496 C2 UA 109496 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до вітроенергетики та може бути використаний для забезпечення споживачів теплотою. Відоме технічне рішення вітродвигуна згідно з а. с. СРСР № 1553757 (бюл. № 12, 30.03.90 p.), який окрім електроенергії при швидкості вітру вище розрахункової за допомогою відцентрової муфти додатково під'єднує вертикальний вал, що, у свою чергу, жорстко з'єднаний з механічною мішалкою. Мішалка, таким чином, перемішує робочу рідину і за рахунок тертя нагріває її. Мішалка і порожнина з робочою рідиною розташовані у трубчастій опорі вітродвигуна. Цей пристрій має ряд недоліків. Так, наявність мультиплікатора вимагає постійної перевірки ущільнень та їхню заміну, періодичне доливання та заміну оливи. Пошкодження ущільнень у місці виходу вертикальної тяги з корпусу мультиплікатора приводить до попадання оливи на ґрунт і в воду. Виготовлення мультиплікатора потребує наявності спеціального ливарного та зубонарізного обладнання. Порожнина, в якій розташована мішалка - це опора вітродвигуна. Тому вертикальний вал, що приводить її в дію, потребує додаткових ущільнень. Крім того, доступ до мішалки ускладнений. Із відомих пристроїв найбільш близьким за технічною суттю є вибрана як прототип вітроустановка для виробництва теплоти за а. с. СРСР № 1252535 (бюл. № 31, 23.08.86 р.). Ця вітроустановка для виробництва теплоти складається з ротора з маточиною, що закріпленні на вертикальному валу, регульовану мішалку, датчик тиску та відцентровий регулятор. При цьому на маточині додатково закріплений пусковий ротор Савоніуса. Цьому технічному рішенню притаманні наступні недоліки. По-перше, це технічне рішення має значну конструктивну складність, що призводить до зниження показників надійності. До його складу входять механічний датчик тиску та відцентровий регулятор з тягарцями, які за допомогою тяг шарнірно з'єднані з датчиком тиску. При цьому сама мішалка виконана у вигляді паралелограмного механізму, ланки якого шарнірно поєднані поміж собою. Така кількість шарнірних з'єднань не сприяє підвищенню надійність системи. По-друге, відцентровий механізм доволі громіздкий, тому що виконує роль виконавчого механізму механічних гальм. Він виконаний у вигляді гальмівного диска та взаємодіючих з ним гальмівних колодок, роль яких виконують відцентрові тягарці. По-третє, перераховані вище механізми знаходяться у баку з робочою рідиною, що призводить до ускладнень під час налагодження та ремонту. В основу корисної моделі вітроустановки для виробництва теплоти поставлена задача спрощення конструкції, підвищення надійності та створення зручних експлуатаційних умов під час налагодження та ремонту. Поставлена задача вирішується шляхом заміни складного механічного пристрою більш простим електроіндукційним нагрівачем. Якщо у відомому технічному рішенні нагрівання робочої рідини виконувалось за рахунок механічного її перемішування, то у запропонованому технічному рішенні генерування теплоти виконується за рахунок струмів Фуко, що виникають у нерухомому диску під час проходження над ним постійних магнітів. При цьому постійні магніти жорстко закріплені на першому диску за колом в порядку чергування полюсів. Відомо, що змінний магнітний потік, коли проходить за феромагнітною поверхнею, наводить в ній вихрові струми (струми Фуко), які викликають джоулеві втрати. Втрати на вихрові струми пропорційні квадрату частоти перемагнічування, (с. 119, - Андрианов В.Н. Электрические машины и аппараты. -М.: Колос, 1971. - 448 с.) Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованій вітроустановці для виробництва теплоти, що включає ротор з маточиною, яка жорстко закріплена на головному валу і в якій розташований відцентровий регулятор з тягарцями, що за допомогою тяг шарнірно з'єднані з підпружиненою штангою, яка виконана з можливістю зворотно-поступального руху в порожнині головного вала, який, у свою чергу, жорстко з'єднаний з маточиною, теплогенератор, пристрій для відбору теплоти та жорстко закріплений на маточині пусковий ротор, згідно з винаходом, теплогенератор виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, що, в свою чергу, складається з закріпленого у ребристому корпусі з можливістю обертання першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами, який жорстко з'єднаний з головним валом, та другого диска, що нерухомо закріплений у корпусі з можливістю виконання зворотнопоступального руху, при цьому ребристий корпус з дисками заповнений робочою рідиною і розташований у ємності з теплоносієм, а проміжок між дисками виконаний змінним. Крім того, постійні магніти на першому диску розміщені за колом в порядку чергування полюсів. 1 UA 109496 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При цьому, у ємності з теплоносієм розташований теплообмінник, вхід якого гідравлічно з'єднаний з виходом циркуляційного насоса, що жорстко з'єднаний з валом, а вихід - з входом пристрою для відбору теплоти. Також між першим та другим дисками встановлена пружина стискання, а змінний проміжок між першим та другим дисками забезпечений ходом відцентрових тягарців, які кінематично з'єднані з підпружиненою штангою, і обмежений розташованим на маточині регульованим упором, а зворотно-поступальний рух другого диска відносно першого забезпечений напрямною, що проходить скрізь отвір у другому диску та жорстко з'єднаною з ребристим корпусом. Таким чином, таке технічне рішення дозволяє значно спростити конструкцію та підвищити її надійність тому, що у запропонованій конструкції відсутній механічний датчик тиску та шарнірні зв'язки з відцентровим регулятором. Відсутня мішалка у вигляді паралелограмного механізму з її шарнірними зв'язками. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленнями, що наведені на Фіг. 1 загальний вигляд пристрою; на Фіг. 2 - вигляд А за Фіг. 1: на Фіг. 3 - принципова схема пристрою. Вітроустановка для виробництва теплоти (див. Фіг. 1) складається з ротора 1 з маточиною 2, яка жорстко закріплена на головному валу 3 і є його конструктивною частиною. З цим же валом жорстко з'єднаний циркуляційний насос 4 (Фіг. 3). що разом із герметичним ребристим корпусом 5 електроіндукційного нагрівача з робочою рідиною, наприклад, мінеральною оливою, розташовані у ємності 6 з теплоносієм, наприклад, звичайною водою. У ємності 6 з теплоносієм встановлений теплообмінник 7, вхід якого гідравлічно з'єднаний з виходом циркуляційного насоса 4, а вихід - з споживачем 8 отриманої теплоти (див. Фіг. 1 і 3), наприклад, радіатором водяного опалення. У порожнині маточини 2 у направляючих встановлені з можливістю зворотно-поступального руху відцентрові тягарці 9, що за допомогою тяг 10 шарнірно з'єднані з верхнім кінцем підпружиненої штанги 11, яка проходить у порожнині головного вала 3 і одночасно є його продовженням. Другий кінець підпружиненої штанги 11 через пружну муфту з'єднаний з валом циркуляційного насоса 4. Крім того, головний вал 3 жорстко з'єднаний з першим диском 12, що виконаний з можливістю обертання і на якому за колом в порядку чергування полюсів жорстко закріплені постійні магніти 13. Другий диск 14 виконаний з можливістю виконання зворотно-поступального руху повздовж підпружиненої штанги 11. Від обертання його утримує напрямна 15, що жорстко з'єднана з ребристим корпусом 5. Між першим та другим дисками розташована пружина 16 стискання. Сам ребристий корпус 5 з дисками 12 та 14 заповнений робочою рідиною. Проміжок а між постійними магнітами 13 та другим диском 14 регулюється упором 17, що розташований на маточині 2. На маточині 2 також жорстко закріплений пусковий ротор Савоніуса 18. Працює вітроустановка для виробництва теплоти наступним чином. При достатній швидкості вітру (2,5-3 м/с) на пусковому роторі 18 (Фіг. 1) з'являється обертовий момент, під дією якого ротор 1 починає набирати оберти до розрахункової (номінальної) кутової швидкості ротора. При цьому обертаються маточина 2, головний вал 3, перший диск 12, постійні магніти 13 та вал циркуляційного насосу 4 (Фіг. 3). Обертаючись перший диск 12, завдяки постійним магнітам 13 наводить вихрові струми в другому диску 14, що не обертається. При цьому в другому диску 14 виділяється теплота, яка нагріває робочу рідину у ребристому корпусі 5. Ця теплота через ребра корпусу 5 передається теплоносію, що заповнює ємність з теплоносієм 6. Ця теплота через теплообмінник 7 переноситься під дією циркуляційного насосу 4 до споживача теплоти 8. При збільшенні кутової швидкості ротора 1 збільшується і кутова швидкість маточини 2 з відцентровим регулятором. Відцентрові тягарці 9 починають рухатись до периферії, захоплюючи з собою тяги 10 і, як наслідок, підпружинену штангу 11. Штанга 11 підіймається, зменшуючи при цьому проміжок а та стискаючи пружину 16. При цьому збільшується потокозчеплення, а значить і навантаження на головному валу 3 і, як наслідок, інтенсивність тепловиділення у електроіндукційному нагрівачі. Завдяки цьому кутова швидкість обертання ротора 1 зменшується. Величина проміжку а, а значить і навантаження на головному валу 3 регулюються упором 17, таким чином, щоб уникнути механічного контакту між постійними магнітами 13 та поверхнею другого диска 14 з одного боку та забезпечити максимальне тепловиділення з іншого боку. При зменшенні кутової швидкості ротора 1 пружина 16, розпрямляючись, збільшує проміжок а і тим самим зменшує навантаження на головний вал 3 та ротор 1, що унеможливлює його зупинку. Таким чином, крім виробництва теплоти здійснюється регулювання обертів ротора вітроустановки та її потужності тому, що при збільшенні обертів ротора автоматично 2 UA 109496 C2 5 збільшується навантаження на нього завдяки зменшенню проміжку між дисками. Наявність регулювання кутової швидкості та потужності ротора призводить до підвищення надійності системи в цілому, а зменшення до мінімуму кількості шарнірних з'єднань також сприяє підвищенню надійності. Виконання електроіндукційного нагрівача у вигляді окремого ребристого бака дозволяє доволі просту його заміну або ремонт. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 1. Вітроустановка для виробництва теплоти, що містить ротор з маточиною, яка жорстко закріплена на головному валу і в якій розташований відцентровий регулятор з тягарцями, що за допомогою тяг шарнірно з'єднані з підпружиненою штангою, що виконана з можливістю зворотно-поступального руху в порожнині головного вала, який, у свою чергу, жорстко з'єднаний з маточиною, теплогенератор, пристрій для відбору теплоти та жорстко закріплений на маточині пусковий ротор, яка відрізняється тим, що теплогенератор виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, що, в свою чергу, складається з закріпленого у ребристому корпусі з можливістю обертання першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами, який жорстко з'єднаний з головним валом, та другого диска, що закріплений у корпусі без можливості обертання та з можливістю виконання зворотно-поступального руху, при цьому ребристий корпус з дисками заповнений робочою рідиною і розташований у ємності з теплоносієм, а проміжок між дисками виконаний змінним. 2. Вітроустановка для виробництва теплоти за п. 1, яка відрізняється тим, що постійні магніти на першому диску розміщені за колом в порядку чергування полюсів. 3. Вітроустановка для виробництва теплоти за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що у ємності з теплоносієм розташований теплообмінник, вхід якого гідравлічно з'єднаний із виходом циркуляційного насоса, що жорстко з'єднаний з валом, а вихід - з входом пристрою для відбору теплоти. 4. Вітроустановка для виробництва теплоти за п. 1 або 2, або 3, яка відрізняється тим, що між першим та другим дисками встановлена пружина стискання. 5. Вітроустановка для виробництва теплоти за п. 1 або 2, або 3, або 4, яка відрізняється тим, що змінний проміжок між дисками забезпечений ходом відцентрових тягарців і обмежений розташованим на маточині регульованим упором, а зворотно-поступальний рух другого диска відносно першого забезпечений напрямною, що проходить скрізь отвір у другому диску та жорстко з'єднана з ребристим корпусом. 3 UA 109496 C2 4 UA 109496 C2 5 UA 109496 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 6