Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Вітроенергетична турбіна з вертикальною віссю обертання, що містить порожнинний конічний ротор, направлений вершиною вгору, лопаті, що мають у площині, перпендикулярній осі обертання ротора, евольвентну форму та закріплені на осі ротора, привід, зв'язаний з ротором, яка відрізняється тим, що порожнинний конічний ротор виконаний у вигляді зрізаного конуса та розміщений у центрі чотирьохопорного жорсткого каркаса, що має форму піраміди, до верхньої частини опори якої за допомогою хрестовини приєднані вісь ротора з каркасом, піраміда встановлена на нижніх, виконаних у формі трикутника, опорах каркаса, а лопаті виконані у вигляді зрізаного у розгортці по гострих кутах прямокутного трикутника, який вигнутий по евольвенті та по горизонталі додатково закріплений на диску, що виконує роль маховика ротора та його несучої плити, яка розміщена у кільці, встановленому на диску, кільце з диском розміщені на столі нижніх опор каркаса, під якими міститься зубчато-пасовий привід, який з'єднує вісь ротора з генератором, що знаходиться на установній площадці генератора.

2. Вітроенергетична турбіна за п. 1, яка відрізняється тим, що лопать складається із вертикальної та горизонтальної чотиришарових панелей та кутика.

3. Вітроенергетична турбіна за п. 1 або п. 2, яка відрізняється тим, що внутрішня поверхня лопаті виконана шорсткуватою.

4. Вітроенергетична турбіна за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що панелі лопаті виконані з полімерних матеріалів.

5. Вітроенергетична турбіна за будь-яким з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що по периметру між нижніми опорами каркаса нижче рівня генератора додатково встановлені сонячні панелі, які зорієнтовані на положення сонця впродовж світлої частини доби.

6. Вітроенергетична турбіна за будь-яким з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що на хрестовині додатково встановлений імпульсний маячок, що визначає положення турбіни відносно інших об'єктів впродовж темної частини доби.

7. Вітроенергетична турбіна за будь-яким з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що на хрестовині додатково міститься громовідвід.

8. Вітроенергетична турбіна з вертикальною віссю обертання, що містить порожнинний конічний ротор, направлений вершиною вгору та розміщений на штанзі, лопаті, що мають у площині, перпендикулярній осі обертання ротора, евольвентну форму та закріплені на осі ротора, привід, зв'язаний з ротором, яка відрізняється тим, що порожнинний конічний ротор виконаний у вигляді зрізаного конуса та розміщений на штанзі у центрі жорсткого каркаса, що має форму піраміди, до верхньої частини опори якої за допомогою хрестовини приєднана вісь ротора з каркасом, опори каркаса в нижній частині з'єднані між собою балками, лопаті виконані у вигляді зрізаного у розгортці по гострих кутах прямокутного трикутника, який вигнутий по евольвенті та по горизонталі додатково закріплений на диску, що виконує роль маховика ротора та його несучої плити, встановленому на штанзі з п'ятою, а між балкою і диском на стійках платформи міститься панель, під якою на площадці генератора встановлений зубчато-пасовий привід, який з'єднує вісь ротора з генератором, що закріплений на штанзі кронштейном.

9. Вітроенергетична турбіна за п. 8, яка відрізняється тим, що лопать складається із вертикальної та горизонтальної чотиришарових панелей та кутика.

10. Вітроенергетична турбіна за п. 8 або п. 9, яка відрізняється тим, що внутрішня поверхня лопаті виконана шорсткуватою.

11. Вітроенергетична турбіна за будь-яким з пп. 8-10, яка відрізняється тим, що панелі лопаті виконані з полімерних матеріалів.

12. Вітроенергетична турбіна за будь-яким з пп. 8-11, яка відрізняється тим, що на хрестовині додатково встановлений імпульсний маячок, що визначає положення турбіни відносно інших об'єктів впродовж темної частини доби.

13. Вітроенергетична турбіна за будь-яким з пп. 8-12, яка відрізняється тим, що на хрестовині додатково міститься громовідвід.

Текст

1. Вітроенергетична турбіна з вертикальною віссю обертання, що містить порожнинний конічний ротор, направлений вершиною вгору, лопаті, що мають у площині, перпендикулярній осі обертання ротора, евольвентну форму та закріплені на осі ротора, привід, зв'язаний з ротором, яка відрізняється тим, що порожнинний конічний ротор виконаний у вигляді зрізаного конуса та розміщений у центрі чотирьохопорного жорсткого каркаса, що має форму піраміди, до верхньої частини опори якої за допомогою хрестовини приєднані вісь ротора з каркасом, піраміда встановлена на нижніх, виконаних у формі трикутника, опорах каркаса, а лопаті виконані у вигляді зрізаного у розгортці по гострих кутах прямокутного трикутника, який вигнутий по евольвенті та по горизонталі додатково закріплений на диску, що виконує роль маховика ротора та його несучої плити, яка розміщена у кільці, встановленому на диску, кільце з диском розміщені на столі нижніх опор каркаса, під якими міститься зубчато-пасовий привід, який з'єднує вісь ротора з генератором, що знаходиться на установній площадці генератора. 2. Вітроенергетична турбіна за п.1, яка відрізняється тим, що лопать складається із вертикальної 2 (19) 1 3 95586 4 та горизонтальної чотиришарових панелей та кутика. 10. Вітроенергетична турбіна за п.8 або п.9, яка відрізняється тим, що внутрішня поверхня лопаті виконана шорсткуватою. 11. Вітроенергетична турбіна за будь-яким з пп.810, яка відрізняється тим, що панелі лопаті виконані з полімерних матеріалів. 12. Вітроенергетична турбіна за будь-яким з пп.811, яка відрізняється тим, що на хрестовині додатково встановлений імпульсний маячок, що визначає положення турбіни відносно інших об'єктів впродовж темної частини доби. 13. Вітроенергетична турбіна за будь-яким з пп.812, яка відрізняється тим, що на хрестовині додатково міститься громовідвід. Запропонований винахід належить до вітроенергетичної турбіни з вертикальною віссю обертання ротора і може бути використаний у галузі відновлюваної енергетики, яка спеціалізується на використанні екологічно чистої кінетичної енергії вітру для перетворення її в електричну енергію як автономне джерело енергії у місцях, де воно відсутнє: туристичних таборах, кемпінгах, малих кафе та готелях, котеджах, тепличних фермерських господарствах, на висотних будинках тощо. В усьому світі існує проблема створення високоефективних вітроенергетичних установок, які могли б використовувати вітер змінного напрямку та різного діапазону швидкостей: від слабкого до сильного та штормового. На успішне вирішення деяких із вказаних проблем і спрямовані дослідження та розробки в галузі вітроенергетики. На сьогодні відсутні вітрові двигуни або вітрові турбіни, які повністю вирішували б ці існуючі проблеми. Незважаючи на своє зовнішнє розходження, турбіни з вертикальною та горизонтальною осями обертання представляють собою схожі системи. Пропонуються різноманітні конструкції, в основі яких є здатність вловлювати вітри від слабкого до помірного, наприклад у патентах США №2406268 (МПК F03D3/06; F03D3/00, 1946), №4035658 (МПК2 F03D9/00, 1977) та №4850792 (МПК F03D7/06; F03D7/00; F03D7/06, 1989). В іншому пристрої, патент США, №4834610 (Bond, МПК4 F03D7/06, 1989), здійснюється використання вітру зі змінною швидкістю за допомогою сучасних регуляторів швидкості. Багато пристроїв сконструйовано так, що при вітрі, який досягає певного рівня, вони складаються і/або переходять у флюгерний режим роботи. Хоча при використанні цих технічних прийомів передбачається збереження конструктивної цілісності вітряного двигуна, проте здатність пристрою виробляти енергію знижується. У других пристроях, як наприклад, у патенті США №5391926 (МПК F03D3/04; F03D3/06; F03D3/00; F03D3/04, 1995), для отримання енергії зроблена спроба використання сильного вітру, що надходить з будь-якого напрямку, проте вітри від слабкого до помірного не здатні створювати обертальний момент, достатній для безперервного надійного вироблення енергії, а руйнівні характеристики сильних вітрів створюють умови, за яких стає економічно не вигідним виготовлення вітрової турбіни, яка може виробляти механічну енергію тільки під час періодів сильного вітру. Відомі вітроенергетичні турбіни, у яких ведучий вал ротора розташований вертикально, а лопаті - довгі, зазвичай дугоподібні, прикріплені до верхньої і нижньої частин башти та описані у роботах Гадайчук В.В., Косенко В.П.Динаміка вітроенергетичних установок під дією вітрових та інерційних навантажень. Опір матеріалів і теорія споруд. 2008, №82, с.31-38, патенті WO/2008/047238. МПК F03D3/00 (2006.01)] та патенті RU №2322610, МПК F03D3/00 (2006.01), 2008 Завдяки вертикальному розташуванню провідного вала ротора такі турбіни «захоплюють» вітер, який дме в будь-якому напрямку і для цього їм не потрібно змінювати положення ротора при зміні напрямку вітрових потоків. На працездатність таких вітрових турбін впливають динамічні навантаження, викликані аеродинамічною взаємодією вітрових потоків і рухомих елементів конструкції та відцентрові сили простого обертання ротора. Багато які конструкції виготовляються легкими, недостатньо закріпленими та із матеріалів, які не задовольняють вимоги цих матеріалів. Ряд таких пристроїв має велику кількість рухомих деталей, таких як ротори, статори, флюгери, екрани і т. п.Ці деталі не тільки погіршують цілісність пристрою, але вимагають безперервного технічного обслуговування, ремонту та/або заміни. Для такого пристрою, яке може виробляти тільки декілька кіловат енергії, витрати починають перевищувати вигоду. Відома і вітрова турбіна, патент RU 2279567 (МПК7 F03D3/06, Заявка: 2004106624/06, 26.09.2001), яка використовує великі стовпи повітря для перетворювання енергії потоку повітря в механічну енергію завдяки використанню довгої вертикальної осі. Ця енергія може бути передана далі від турбіни для використання її безпосередньої дії на водяний насос або для приведення у рух електричного генератора або пристрою, що використовує енергію. Турбіна має деяку кількість роторів і статорів, які під час роботи взаємодіють з вітровими потоками змінних напрямків. Кращий варіант винаходу має нерухомі статори, які призначені для більш ефективного направлення потоків у роторний клітковий вузол, що має роторні лопаті. Статорні лопаті виконані прямолінійними та нахиленими на оптимальний кут так, що вони чинять мінімальний вплив на втрату кінетичної енергії вітру. Вдосконаленням вітрової турбіни є застосування легких сучасних конструкційних матеріалів, таких як легкі композиційні багатошарові матеріали, кращими з яких є стільникові багатошарові панелі, які, зазвичай, мають стільникове 5 осердя, виготовлене із арамідного волокна з різноманітними неметалевими облицювальними шарами, наприклад, епоксидними, скловолоконними, фенольними та кевларовими. як альтернатива в конструкції стільникового осердя можуть бути використані легкі метали, наприклад, алюміній. Облицювальні шари можуть бути ламінованими. Однак на працездатність таких вітрових турбін впливають також такі основні фактори, якими є динамічні навантаження, викликані аеродинамічною взаємодією вітрових потоків і рухомих елементів конструкції, відцентрові сили простого обертання ротора та коріолісові сили інерції взаємодії обертального і поворотного руху його елементів. До того ж форма лопатей така, що вітровий потік чинить додатковий опір на ті лопаті, які повертаються у вихідне положення для захоплення вітрового потоку. При цьому гальмується обертовий рух турбіни та спричиняється зменшення використання повного вітрового потоку через «протяг», який утворюється при проходженні потоку зверху, потоки гасяться і створюється зворотний потік при змінному напрямку вітру. Дана вітрова турбіна працює на підшипниках і розрахована на високі оберти, тому вона створює шуми. При виході з ладу верхнього флюгера вирівнювання і задавання напрямку вітрового потоку к.к.д. вітрової турбіни має втрати в потужності. При використанні її на землі, губиться к.к.д. конструкції, обмежується застосування через те, що вона розрахована для роботи на висотних будівлях і має малопотужні генератори. Відомий також вітродвигун з вертикальною віссю обертання, патент UA №61447, МПК7 F03D3/00, F03D3/06, 2003, бюл. №11, який складається з закріпленого на штанзі з можливістю обертання порожнинного ротора з робочими елементами, виконаними у вигляді лопатей, що мають у площині, перпендикулярній осі обертання ротора, евольвентну форму, ротор має непарну кількість робочих елементів, виконаних у вигляді лопатей, які в площині, паралельній осі обертання ротора, мають форму ротора Савоніуса, що переходить у конічний гвинтовий ротор, який у нижній частині переходить у циліндричну евольвентну форму. Ця конструкція не відповідає нормам безпеки через те, що вісь закріплена на тросових розтяжках, отже не має надійного рамного каркаса; відсутнє захищення обертальних елементів вітродвигуна; геометрія лопатей піддається руйнівним інерційним навантаженням при зворотному русі обтічної частини лопаті по відношенню до зустрічного потоку робочого напрямку вітру, зменшуючи тим самим к.к.д. вітродвигуна. Виконання ротора вітродвигуна суцільним, з комбінованими елементами у вигляді лопаті складної форми створює нерівномірне закручування вихору та додатковий опір у кожній з ділянок лопатей ротора, а отже, низьку ефективність перетворення енергії вітрового потоку на механічну. Тросові розтяжки не забезпечують постійної жорсткості та статичності несучих конструкцій, їх періодично потрібно підтягувати, а невірне натягування або перетягування може призвести до викривлення осі обертання 95586 6 ротора та утруднити його хід в залежності від змін напрямку вітрових потоків, що, в свою чергу, призводить до деформації та руйнування окремих конструктивних елементів (підшипників, штанги, лопатей, осі). Окрім того, присутня складність в обслуговуванні та ремонті вітродвигуна, наприклад, при виході з ладу підшипників виникає необхідність повного розбирання ротора. Відома також вітроенергетична установка, що містить вітродвигун з вертикальною віссю обертання, патент UA на корисну модель №32145, МПК (2006), F03D1/00, F03D3/00, 2008, бюл. №9, який складений з закріпленого га підшипниках порожнистого ротора з непарною кількістю робочих елементів, виконаних у вигляді лопатей, які мають у площині, перпендикулярній осі обертання, закручену на 120° вздовж ротора евольвентну форму з вихровою пасткою на кінці, а ротор вітродвигуна встановлений на магнітних підшипниках, які закріплені в стаціонарній опорі, і з'єднаний з блоком перетворення енергії. Захоплююча вітер евольвента на кінці лопаті створює додаткові навантаження на лопаті, що при сильному та штормовому вітрі може спричинити руйнування та відрив самої робочої частини лопаті. Існує схильність до руйнування установки при сильних вітрах. Через великі габарити конструкції та високу парусність існує проблема з її встановлення на дахах будівель, а через технологічно складне виготовлення і балансування лопатей та велику вартість конструкції вона стає економічно не вигідною. Найбільш близьким за сукупністю ознак і технічним результатом до винаходу, що заявляється, є вітродвигун з вертикальною віссю обертання за патентом UA №13993 А, МПК (2006), F03D1/00, F03D3/00, F03D3/06 (2007.01), 1997, бюл. №2. Вітродвигун має порожнинний конічний ротор з робочими елементами, направлений вершиною уверх від установочної поверхні та закріплений на штанзі, має привод, зв'язаний з ротором. Робочі елементи ротора закріплені до його осі та виконані у вигляді лопатей, які мають евольвентну форму у площині, перпендикулярній осі обертання ротора. Наявність конічного ротора з кутом при вершині та висотою, яка залежить від необхідної потужності, установлення його на штанзі та закріплення розтяжками до установочної поверхні вимагає необхідності високого підняття ротора над установочною поверхнею і стаціонарного розміщення його на певній ділянці цієї поверхні. Клинопасова передача не забезпечує повної передачі обертального моменту до генератора, можливі проковзування при запуску генератора. Постійної жорсткості та статичності конструкції не забезпечують тросові розтяжки. Періодично потрібно підтягувати клинопасову передачу та тросові розтяжки, а їх невірне натягування або перетягування може призвести до викривлення осі обертання ротора, лопатей та штанги, що призводить до деформації та руйнування окремих конструктивних елементів (підшипників, штанги, лопатей, осі). Це вимагає додаткових витрат як при обслуговуванні, так і при ремонті вітродвигуна. 7 В основу винаходу поставлена задача створити вітроенергетичну турбіну (варіанти) з вертикальною віссю обертання ротора ефективну, легку, універсальну, модульну з легко замінними конструкційними елементами, яка може працювати без додаткових пристроїв при швидкостях вітру різного діапазону та змінних направленостей через вдосконалення форми лопатей, які могли б значно підвищити коефіцієнт використання вітряного потоку та конструктивного виконання і розташування елементів запропонованої конструкції. Для вирішення поставленої задачі у вітроенергетичну турбіну з вертикальною віссю обертання, що містить порожнинний конічний ротор, направлений вершиною вгору, лопаті, що мають у площині, перпендикулярній осі обертання ротора, евольвентну форму та закріплені на осі ротора і привід, зв'язаний з ротором, відповідно до винаходу, порожнинний конічний ротор виконаний у вигляді зрізаного конуса та розміщений у центрі чотирьохопорного жорсткого каркаса, що має форму піраміди, до верхньої частини опори якої за допомогою хрестовини приєднана вісь ротора, піраміда встановлена на нижніх, виконаних у формі трикутника, опорах каркаса, а лопаті виконані у вигляді зрізаного у розгортці по гострих кутах прямокутного трикутника, який вигнутий по евольвенті та по горизонталі додатково закріплений на диску, що виконує роль маховика ротора та його несучої плити, яка розміщена у кільці, встановленому на диску, кільце з диском розміщені на столі нижніх опор каркаса, під якими міститься зубчато-пасовий привід, який з'єднує вісь ротора з генератором, що знаходиться на установній площадці генератора. Лопать складається із вертикальної та горизонтальної чотиришарових панелей та кутика, її внутрішня поверхня виконана шорсткуватою. Панелі лопаті виконані з полімерних матеріалів. По периметру між нижніми опорами каркаса нижче рівня генератора додатково встановлені сонячні панелі, які зорієнтовані на положення сонця впродовж світлої частини доби. На хрестовині додатково встановлені імпульсний маячок, що визначає положення турбіни відносно інших об'єктів впродовж темної частини доби та громовідвід. За іншим варіантом для вирішення поставленої задачі у вітроенергетичну турбіну з вертикальною віссю обертання, що містить порожнинний конічний ротор направлений вершиною вгору та розміщений на штанзі, лопаті, що мають у площині, перпендикулярній осі обертання ротора, евольвентну форму та закріплені на осі ротора, і привід, зв'язаний з ротором, відповідно до винаходу що порожнинний конічний ротор виконаний у вигляді зрізаного конуса та розміщений на штанзі у центрі жорсткого каркаса, що має форму піраміди, до верхньої частини опори якої за допомогою хрестовини приєднана вісь ротора, опори каркаса в нижній частині з'єднані між собою балками, лопаті виконані у вигляді зрізаного у розгортці по гострих кутах прямокутного трикутника, який вигнутий по евольвенті та по горизонталі додатково закріплений на диску, що виконує роль маховика ротора та його несучої плити, встановленому на штанзі з п'ятою, а між балкою і диском на стійках платфор 95586 8 ми міститься панель, під якою на площадці генератора встановлений зубчато-пасовий привід, який з'єднує вісь ротора з генератором, що закріплений на штанзі кронштейном. Лопать складається із вертикальної та горизонтальної чотиришарових панелей та кутика. Внутрішня поверхня лопаті виконана шорсткуватою. Панелі лопаті виконані з полімерних матеріалів. На хрестовині додатково встановлений імпульсний маячок, що визначає положення турбіни відносно інших об'єктів впродовж темної частини доби. На хрестовині додатково міститься громовідвід. Виконання порожнинного конічного ротора у вигляді зрізаного конуса та розміщення його у центрі чотирьохопорного жорсткого каркаса у формі піраміди, встановлення її на нижніх опорах каркаса та з'єднання з каркасом осі ротора з диском, що виконує роль маховика ротора та його несучої плити для закріплення лопатей, дозволяє забезпечити стабільність і плавність ходу робочої частини ротора вітроенергетичної турбіни, підвищує її працездатність за рахунок забезпечення жорсткою металевою конструкцією, яка збільшує надійність і безаварійний термін роботи, виключає вібрації при обертанні ротора, збільшує к.к.д. Виконання чотирьох лопатей ротора у вигляді зрізаного у розгортці по гострих кутах прямокутного трикутника, який вигнутий по евольвенті та по горизонталі додатково закріплений на диску, що виконує роль маховика ротора та його несучої плити, дозволяє забезпечити ефективний забір повітряного потоку. Кожна з лопатей конічного ротора має форму, зрізаного конуса, вигнутого по евольвенті за такою формулою: d  , m де d - діаметр кола, m - число частин, на які поділене коло. Геометрія евольвенти лопаті створена у формі зрізаного конуса циліндричної форми, що, в свою чергу, дозволяє турбіні без ударів і шумів переборювати зустрічні повітряні потоки, створюючи смерчове закручування по осі ротора для розрідження і зняття механічної напруги на вісь турбіни, що є важливим для вітроенергетичної турбіни даного типу (впливає на довговічність роботи). Цей ефект не спостерігається у світових аналогах пристроїв даного типу. При обертанні ротор створює спіральновихровий потік, який створює розрідження по спіралі навколо осі, що послаблює навантаження на основну робочу частину вітродвигуна, а закрита основа вітроенергетичної турбіни, що збирає вітер, збільшує плече, крутний момент ротора та, відповідно, його к.к.д. Лопаті виготовлені із міцних і еластичних полімерних матеріалів, що при обертанні ротора надає можливість обтікання повітряним потоком, що ковзає по ньому. Внутрішня поверхня лопаті свідомо виконана шорсткуватою для більш сильного захвату зустрічного потоку вітру, що збільшує к.к.д. вітроенергетичної турбіни. Вісь вітроенергетичної турбіни закріплена на чотиригранній трубчастій рамі, яка зібрана у формі 9 піраміди, що надає конструкції особливу міцність та надійність. У конструкції вітроенергетичної турбіни додатково передбачена можливість встановлення сонячних панелей, зорієнтованих на положення сонця впродовж світлої частини доби, імпульсного маячка, що визначає положення турбіни відносно інших об'єктів впродовж темної частини доби, громовідводу для захисту висотних будівель від ураження блискавкою та встановлення інших освітлювальних і рекламних пристроїв. Суть винаходу пояснюється кресленням, де на Фіг.1 - наведено загальний вигляд чотирьохопорної каркасної конструкції вітроенергетичної турбіни; на Фіг.1а, Фіг.1б та Фіг.1в - позиції поетапного збирання чотирьохопорної каркасної конструкції вітроенергетичної турбіни; на Фіг.2 - загальний вигляд чотирьохопорної конструкції вітроенергетичної турбіни; на Фіг.2а - теж саме, вигляд зверху, де A, B, C, D стосуються верхніх опор каркаса; на Фіг.3 - схема роботи ротора вітроенергетичної турбіни при взаємодії з повітряним потоком, де V- напрямок обертання ротора, W - зона захоплення вітрового потоку, F - зона обтікання вітрового потоку; на Фіг.4 - загальний вигляд чотирьохопорної вітроенергетичної турбіни; на Фіг.5 - загальний вигляд варіанта вітроенергетичної турбіни; на Фіг.5а - теж саме, вигляд зверху. Вітроенергетична турбіна складається із порожнинного конічного ротора, виконаного у вигляді зрізаного конуса та розміщеного у центрі чотирьохопорного жорсткого каркаса, який має форму піраміди, до верхньої частини 2 опори, якої за допомогою хрестовини 1 приєднана вісь 6 ротора. Піраміда встановлена на нижніх, виконаних у формі трикутника, опорах 9 каркаса. Лопаті 3 виконані у вигляді зрізаного по гострих кутах прямокутного трикутника у розгортці, який вигнутий по евольвенті та по горизонталі додатково закріплений на диску 4, що виконує роль маховика ротора та його несучої плити, яка розміщена у кільці 5, встановленому на диску 4. Кільце 5 з диском 4 розміщені на столі 7 нижніх опор 9 каркаса, під якими міститься зубчато-пасовий привід 11, який з'єднує вісь 6 ротора з генератором 8, що знаходиться на настановній площадці 10 генератора 8. Лопать 3 складається із вертикальної та горизонтальної чотиришарових панелей та кутика, а внутрішня поверхня лопаті 3 виконана шорсткуватою. Панелі лопаті 3 виконані з полімерних матеріалів. По периметру між нижніми опорами 9 каркаса нижче рівня турбіни додатково встановлені сонячні панелі, які зорієнтовані на положення сонця впродовж світлої частини доби. На хрестовині 1 додатково встановлені імпульсний маячок, що визначає положення турбіни відносно інших об'єктів впродовж темної частини доби та громовідвід. (На кресленні не показані). За іншим варіантом вітроенергетична турбіна з вертикальною віссю обертання складається із порожнинного конічного ротора, виконаного у вигляді 95586 10 зрізаного конуса та розміщеного на штанзі 7 у центрі жорсткого каркасу, що має форму піраміди, до верхньої частини опори 3 якої за допомогою хрестовини 1 приєднана вісь 2 ротора. Опори 3 каркаса в нижній частині з'єднані між собою балками 10. Лопаті 4 виконані у вигляді зрізаного у розгортці по гострих кутах прямокутного трикутника, який вигнутий по евольвенті та по горизонталі додатково закріплений на диску 11. Диск 11 встановлений на штанзі 7 з п'ятою 8. Між балкою 10 і диском 11 на стійках платформи 5 міститься верхня панель 12, під якою на площадці генератора 9 встановлений зубчато-пасовий привід (на кресленні не показаний), який з'єднує вісь 2 ротора з генератором 9, який закріплений на штанзі 7 кронштейном 6. Лопать 4 складається із вертикальної та горизонтальної чотиришарових панелей та кутика. Внутрішня поверхня лопаті 4 виконана шорсткуватою. Панелі лопаті 4 виконані з полімерних матеріалів, таких як: склотканина Parabeam, склопластик, скло матеріал рублений, скломатеріал фірми «SPHERETEX», смоли поліефірні ненасичені за ГОСТ 27952. На хрестовині 1 додатково встановлені імпульсний маячок, що визначає положення турбіни відносно інших об'єктів впродовж темної частини доби та громовідвід. (На кресленні не показані). У конструкції вітроенергетичної турбіни та її варіанті додатково передбачена можливість встановлення сонячних панелей, зорієнтованих на положення сонця впродовж світлої частини доби, імпульсного маячка, що визначає положення турбіни відносно інших об'єктів впродовж темної частини доби, громовідводу для захисту висотних будівель від ураження блискавкою та встановлення інших освітлювальних і рекламних пристроїв. Схема роботи ротора вітроенергетичної турбіни при взаємодії з повітряним потоком однакова у обох варіантах пристрою і наглядно ілюструється Фіг.3, де V - напрямок обертання ротора, W - зона захоплення вітрового потоку, F - зона обтікання вітрового потоку. У вітроенергетичній турбіні з вертикальною віссю обертання порожнинний конічний ротор у вигляді зрізаного конуса обертається та захоплює вітер при будь-якому його напряму. При обертанні ротор утворює спірально-вихровий потік, який виходить вгору та створює розрідження по спіралі навколо осі 6 (у варіанті - вісь 2). Це досягається завдяки геометричній формі ротора та його лопатей 3 (у варіанті - лопаті 4), що послаблює навантаження на основну робочу частину вітроенергетичної турбіни, а закрита основа вітроенергетичної турбіни, що виконує роль маховика ротора та його несучої плити (лопаті 3, диск 4 та кільце 5; у варіанті - лопаті 4 та диск 11), що збирає вітер, збільшує плече, крутний момент ротора та, відповідно, збільшує його к.к.д. Від ротора, який обертається, обертання передається через зубчато-пасовий привід 11, який з'єднує вісь 6 ротора з генератором 8, що знаходиться на установній площадці 10 генератора 8. У варіанті - від ротора, який обертається, обертання передається до генератора 9 через встановлений на площадці 11 зубчато-пасовий привід (на кресленні не показаний), який з'єднує вісь 2 ротора з генератором 9. Вітроенергетична турбіна працює в діапазоні робочих швидкостей вітру від 2м/с до 50м/с (при зупинці ротора), температурі експлуатації - від мінус 25°С до плюс 60°С, відносній вологості повітря 98% при температурі 25°С, при інтенсивності дощу 5мм/хв., при опадах снігу, при тумані, при випадінні роси, при інеї, при обледенінні, її к.к.д. складає 94-95,5%. Переваги та унікальність вітроенергетичної турбіни полягають у тому, що: - чотирьохопорна пірамідальна конструкція надає надійності та міцності даному механізму; - легке збирання, монтаж, що не вимагає спеціальних навичок і складних підіймальних механізмів (простота конструкції та надійність); - можливість установлення на різних площинах: на дахах, технічних будівлях, на землі, на щоглах, стінах тощо; - повна безшумність роботи ротора (у порівнянні з горизонтальноосьовими та вертикальноосьовими турбінами подібного типу); - додатково при штормових вітрах і буревіях застосовуються тросові розтягнення для страхування від механічних пошкоджень 95586 12 - вітроенергетичної турбіни в екстремальних погодних умовах (захист від пошкоджень); - вітроенергетична турбіна відповідає всім існуючим нормам і вимогам як електро-, так і механічної безпеки вузлів і механізмів, що обертаються; - геометрія евольвенти лопаті створена у формі зрізаного конуса циліндричної форми, що дозволяє турбіні без ударів і шумів переборювати зустрічні повітряні потоки, створюючи смерчове закручування по осі ротора для розрідження і зняття механічної напруги на вісь турбіни, що є важливим для вітроенергетичної турбіни даного типу (впливає на довговічність роботи). - При певних вимогах до монтажу та встановлення вітроенергетичної турбіни можливе виготовлення піраміди як чотири-, так і тригранного типу, що не суперечить даному пристрою щодо норм безпеки та надійності; - в умовах пустелі та морських умовах передбачений захист від попадання піску та води в основні механічні та електричні частини вітроенергетичної турбіни (захист у вигляді кожуха). 13 95586 14 15 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 95586 Підписне 16 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Wind-driven power turbine (variants)

Автори англійською

Kudriashev Vladyslav Yevhenovych, Tkachenko Viacheslav Mykolaiovych

Назва патенту російською

Ветроэнергетическая турбина (варианты)

Автори російською

Кудряшев Владислав Евгениевич, Ткаченко Вячеслав Николаевич

МПК / Мітки

МПК: F03D 3/06, F03D 11/04

Мітки: турбіна, варіанти, вітроенергетична

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/8-95586-vitroenergetichna-turbina-varianti.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Вітроенергетична турбіна (варіанти)</a>

Подібні патенти