UA59556A - Геліоустановка - Google Patents

Abstract

Геліоустановка містить основу, раму, взаємодіючу з основою, геліоколектор з периферійним огородженням, пошарово установленим по висоті склом, опорним роликом, ексцентричним кулачком, взаємодіючим з опорним роликом, патрубками підведення і відведення теплоносія, шарнірно зв'язаний нижньою частиною з рамою з можливістю змінювати відносно неї кут нахилу, привід для обертання рами відносно основи і опорні колеса. Рама виконана у вигляді круга, з периферійно закріпленим на торці нескінченним ланцюгом, а привід - електричним з вихідною зірочкою, взаємодіючою з ланцюгом. Електропривід має пряму, з великим передаточним відношенням, передачу для обертання геліоколектора за сонцем і додаткову зворотну, для обертання геліоколектора у вихідне положення, обвідну передачу, передаточне відношення якої у багато раз менше передаточного відношення прямої передачі. На поворотній рамі додатково установлені вертикальний вал і вісь з однаковими, взаємодіючими між собою, шестернями. Рама установлена на основі, додатково оснащеній замкнутою нерухомою напрямною.

Description

Опис винаходу

Запропонований винахід відноситься до області використання нетрадиційних відновлюваних видів енергії і 2 зокрема до засобів використання сонячної енергії як у виробничих, так і побутових умовах при створенні систем сонячного теплопостачання об'єктів переважно великих потужностей.

Відома, найбільш близька за суттю, геліоустановка, що використовується в побутовій сушарці (див. авторське свідоцтво СРСР, Мо 1762855, 1992 р.). Геліоустановка містить основу, раму взаємодіючу з основою через упорний підшипник, установлений на основі перший пружинний часовий механізм добового обертання 70 рами і слідкування за сонцем у горизонтальній площині, геліоколектор, виконаний у вигляді плоского геліонагрівача повітря з периферійним огородженням, пошарово установленим по висоті склом, паралельно прикріпленим до огородження опорним роликом, ексцентричним кулачком на валу, взаємодіючим з опорним роликом і який обертається від другого пружинного часового механізму слідкування геліоколектора за сонцем у вертикальній площині, патрубки підведення і відведення теплоносія. Геліоколектор шарнірно зв'язаний нижньою 79 частиною з рамою з можливістю змінювання відносно неї свого нахилу. Основа за допомогою самоустановних опорних коліс установлюється на опорну поверхню і може по ній переміщатися.

Однак, недоліком гелісустановки з відомим геліоколектором є: - складність конструкції, що спричинена наявністю часових пружинних механізмів; - мала потужність сприймання енергії сонячної радіації із-за неможливості технічної реалізації за даною схемою геліоколекторів великих габаритів; - незручності в експлуатації із-за відсутності механізму настроювання і покажчика положення площини геліоколектора перпендикулярно до променів сонячної радіації; - зниження ефективності сприймання енергії сонячної радіації через неможливість слідкування геліоколектором за сонцем у вертикальній площині з врахуванням піврічного сонцестояння; - неможливість повертати геліоколектор у вихідне положення після нічної, або з інших причин, зупинки « системи слідкування за сонцем, що спричинює певні незручності при настроюванні геліоколектора шляхом повертання на опорних колесах всієї установки; - обмежена область використання.

Неможливість створення геліоколекторів виробничого призначення великої потужності з часовими ее, пружинними механізмами автоматичної орієнтації їх за сонцем, знижує ефективність сприймання ними падаючої У енергії променів сонячної радіації, а також ефективність всієї системи сонячного теплопостачання, що обмежує область їх використання у народному господарстві. о

Отже, відома геліоустановка має низьку ефективність і обмежену область використання. Тому, з метою Ге») підвищення ефективності сприймання потоку падаючої сонячної радіації і розширення області використання, пропонується удосконалення геліоустановки, суттєві ознаки якого полягають в тому, що вибрана кругла о поворотна рама з периферійно закріпленим ланцюгом, взаємодіючим із зірочкою прямого електропривода з таким передаточним відношенням, при якому рама робить один оберт за добу, безперервно слідкуючи за сонцем, але щоб не повертати її у вихідне положення (на ранок до сходу сонця) на протязі періоду ночі, у « електроприводі передбачену обвідну передачу, яка має у багато раз менше передаточне відношення ніж у З 70 прямої передачі, забезпечуючи при прямому обертанні електродвигуна обертання рами в протилежну сторону. с Переключення з прямої на обвідну передачу з конструкції привода передбачена перекидна муфта з'єднання

Із» валів.

Поворотна рама установлена на опорні колеса, які при її обертанні перекочуються по замкнутій нерухомій напрямній основі фундаменту, до якої нерухомо закріплена вісь рами з шестернею, взаємодіючою із однаковою за діаметром шестернею, установленого на рамі вертикального вала, що забезпечує при повертанні рами на і-й один оберт вертикальному валу також здійснювати один оберт. (се) Зверху на рамі на шарнірах установлений нижньою частиною великих розмірів і маси геліоколектор з можливістю нахилятися, завдяки шарнірам, під певним кутом до сонця, і нахилений паралельно геліоколектору і-й вал, з'єднаний через два шарніри, з можливістю обертатися при пересіканні осей, з вертикальним валом рами, а с 20 також кронштейн, жорстко закріплений нижньою частиною на рамі, який служить опорою нахиленого вала і геліоколектора. Верхня частина нахиленого вала шарнірно з'єднана із верхньою частиною опорного кронштейна, с який, крім цього, ще має обмежувач можливого повертання верхньої частини геліоколектора у протилежну, здійснюючому нахилу, сторону, чим запобігається можлива аварія від його перекидання. В середній частині нахиленого вала установлений, з можливістю пересування вздовж осі вала, спеціально спрофільований кулачок 25 з покажчиком величини кута піврічного сонцестояння і шкалою з одиницями поділок в градусах кута нахилу. в. В результаті взаємодії кулачка з опорним роликом, установленим на протилежній від сонця стороні (екрана) геліоколектора, забезпечується його необхідний нахил до сонця на протязі всього світлового дня. Ручним повертанням регулювального гвинта кулачок пересувається вздовж вала, забезпечуючи, в залежності від піврічного сонцестояння, кут нахилу геліонагрівача, що відповідає максимальній величині енергії від падаючого 60 на нього потоку сонячної радіації.

Для забезпечення установки геліоколектора на оптимальний кут нахилу в будь-якому положенні слідкування, за сонцем на ньому установлений покажчик тіні від попадання сонячних променів на його поверхню у вигляді круглого стержня. При цьому оптимальний кут нахилу вважатиметься досягнутим у тому випадку, коли за допомогою настроювання, положення геліоколектора, шляхом повертання рами і зміщенням вздовж і навколо 65 вісі кулачка, на поверхні екрана від стержня утвориться тінь у вигляді круга.

Забезпечення слідкування за сонцем геліоколектора при оптимальному куті нахилу його у будь-який період піврічного і добового сонцестояння підвищить ефективність експлуатації запропонованої геліоустановки і розширить область її використання.

Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованій геліоустановці, яка включає раму з основою, геліоколектор, з периферійним огородженням, пошарово установленим по висоті склом, опорним роликом, гідролініями для підведення і відведення теплоносія, зв'язаний з рамою, власне рама виконана поворотною у вигляді круга, з периферійно закріпленим ланцюгом взаємодіючим із зірочкою, з'єднаною з електродвигуном що має пряму, для слідкування геліоколектора за сонцем, передачу з передаточним відношенням і додаткову 7/0 обвідну, для повертання геліоколектора у вихідне положення, передачу, передаточне відношення якої, принаймні, у багато раз менше передаточного відношення прямої передачі, причому поворотна рама має вертикальний вал з шестернею, вісь з шестернею, взаємодіючою із шестернею вала, утворюючими передачу з передаточним відношенням рівним одиниці, і установлена на основі із замкнутою нерухомою напрямною, по якій переміщуються опорні колеса, зв'язані через свої вісі і кронштейни із нижньою поверхнею рами, на верхній /5 поверхні якої установлені геліоколектор з покажчиком попадання сонячних променів на його поверхню, нахилений і розміщений паралельно геліоколектору вал і кронштейн, при цьому нижня частина геліоколектора з рамою зв'язана шарнірно, з можливістю обертатись навколо горизонтальної вісі, нижня частина кронштейна - жорстко, а нижня частина нахиленого вала через два шарніри - з вертикальним валом рами, а верхня частина нахиленого вала шарнірно з'єднана з верхньою частиною опорного кронштейна, що має обмежувач обертання го верхньої частини геліоколектора у протилежний, від екрана бік, а середня частина нахиленого вала укомплектована спеціально профільованим кулачком, з регулювальним гвинтом, покажчиком величини піврічного сонцестояння і шкалою проградуйованою в градусах кута нахилу, з можливістю переміщуватись вздовж вісі вала, який своєю периферійною поверхнею взаємодіє з опорним, установленим на геліоколекторі роликом.

Таке технічне рішення дає геліоколектору безперервно і автоматично слідкувати за сонцем, забезпечуючи оптимальний його кут нахилу у будь-який період піврічного і добового сонцестояння, швидко і точно настроювати « геліоколектор на оптимальний кут нахилу в будь-якому положенні сонцестояння, швидко і точно повертати геліоколектор у будь-яке його положення, здійснювати привід системи слідкування за сонцем від одного електродвигуна, що підвищить ефективність роботи запропонованої геліоустановки і розширить її область Ге зо використання.

На представленому кресленні показано принципіальну схему запропонованої геліоустановки, де на фіг.1. о зображений вид геліоустановки спереду і на фіг.2 - вид зверху. ю

Запропонована геліоустановка складається з поворотної, у вигляді круга, рами 1, в точці периферійною частини якої жорстко закріплений замкнутий ланцюг 2, взаємодіючий із зірочкою 3. Зірочка З установлена на ме) з5 Вертикальному валу 4 конічного редуктора 5 разом з веденою конічною шестернею б, що знаходиться в ю постійному зачепленні з ведучою конічною шестернею 7, закріпленою на вхідному валу 8 конічного редуктора 5.

Вал 8 через другу муфту блокування 9 з'єднується з вихідним валом 10 триступінчатого редуктора 11, вихідний вал 12 якого через першу муфту блокування 13 - з вихідним валом 14 черв'ячного редуктора 15, вхідний вал 16 якого через еластичну муфту 17 з'єднаний з електродвигуном 18. Електродвигун 18, муфта 17, вал 16, « черв'ячний редуктор 15, вал 14, перша муфта блокування 13, вал 12, триступінчастий редуктор 11, вал 10, друга ще с муфта блокування 9, вал 8, конічний редуктор 5 і ланцюгова передача утворюють пряму передачу електропривода із загальним передаточним відношенням яке забезпечує поворотній рамі 1 здійснити за добу ;» один оберт, повертаючись за ходом сонця.

Для зручностей, економії часу і швидкого повернення у вихідне положення поворотної рами, не здійснюючи її повного обертання на протязі нічного періоду, наприклад, для забезпечення безперебійної роботи с геліоустановки або ж при вимушених поверненнях з будь-якого її положення, передбачена обвідна передача.

Вона складається з ланцюгової передачі із ведучою зіркою 19, посаженою на валу 14, ланцюгом 20 і веденою ік зіркою 21 посаженою на валу 8. При цьому вмикання обвідної передачі і введення в зачеплення зірочок 19, 21 с відповідно з валами 14, 8 здійснюється через блокувальні муфти 13, 9 зблоковані пластинкою 22. Пластинка 22 з'єднана з муфтами 13, 9 і з важелем 23 їх одночасного включення і виключення. Передаточне відношення о обвідної передачі у багато раз менше від передаточного відношення прямої передачі, чим забезпечується у

Ф стільки ж разів швидше повернення поворотної рами у вихідне положення.

Рама 1, з можливістю обертання, установлена на вісі 24 з шестернею 25, і жорстко закріпленій на основі 26. На рамі 1 установлений вал 27 з шестернею 28, однакового із шестернею 25 діаметра, що забезпечує їх ов передаточне відношення рівним одиниці. До нижньої поверхні рами 1 прикріплені кронштейни 29, на осях 30 яких установлені опорні колеса 31, що перекочуються по замкнутій нерухомій напрямній 32. Зверху на рамі 1 на

Р шарнірах З3З закріплені нижньою частиною, з можливістю повертання навколо горизонтальної вісі, геліоколектор 34, за допомогою двох шарнірів 33 до вертикального вала 27 нижньою частиною, нахилений паралельно геліоколектору, вал 36 і опорний кронштейн 37. во Геліоколектор 34 складається з корпуса 38 з теплоізоляцією, поверхні геліоприймача 39,трубопровода 40 теплоносія і, по ярусно розміщених по висоті корпуса 38, шарів скла 41. Підведення теплоносія до геліоколектора і його відведення здійснюється відповідно через підвідну 42 і відвідну 43 гідролінії. В середній частині геліоколектора до його корпуса 38 прикріплений опорний ролик 44, а в нижній частині геліоколектора на корпусі 38 установлений кронштейн 45 покажчика 46 тіні від попадання сонячних променів на б5 поверхню скла.

Верхня частина нахиленого вала 36 шарніром 47 з'єднана з верхньою частиною опорного кронштейна 37, на якому установлений обмежувач гранично допустимого нахилу верхньої частини геліоколектора 37 в бік екрана.

Середня частина нахиленого вала 36 укомплектована спеціально спрофільованим, з можливістю пересування вздовж вала, кулачком 48 і, жорстко закріпленим на валу, кронштейном 49 з регулювальним гвинтом 50 з Вукояткою 51 і покажчиком 52 кута піврічного сонцестояння з шкалою 53 градуйованою в градусах кута нахилу.

Кулачок 48 своєю периферійною поверхнею взаємодіє з опорним роликом 44 геліоколектора 34.

Розглянемо процеси нагрівання теплоносія у геліоколекторі, настроювання геліоустановки на пряме попадання потоку променів сонячної радіації на екран геліоколектора за сонцем, при якому забезпечується максимальне поглинання енергії сонячного випромінювання, і повернення геліоколектора у вихідне положення. 70 Процес нагрівання теплоносія відбувається за рахунок сонячної енергії, яка попадає на геліоколектор 34, поглинається поверхнею геліонагрівача 39 і далі передається воді, яка циркулює по великій кількості змійовиків трубопроводу 40 геліоколектора. Подача холодної води у геліоколектор здійснюється під тиском працюючого насоса через підвідну гідролінію 42, а відведення нагрітої води із геліоколектора 34 до споживача - через відвідну гідролінію 43.

Для забезпечення максимального поглинання енергії сонячного випромінювання необхідно щоб на протязі всього світлового дня екран геліоколектора знаходився під прямим попаданням на нього променів сонячної радіації. Це можливо у випадку початкового (зранку) настроювання геліоустановки на пряме попадання сонячних променів на екран геліоколектора і подальшого автоматичного ведення геліоколектора за сонцем до кінця дня.

Настроювання геліоустановки на пряме попадання потоку сонячних променів на екран геліоколектора 2о Виконують таким чином. В залежності від пори року, рукояткою 51, орієнтуючись за шкалою 53, переміщують спеціально спрофільований кулачок 48 вздовж нахиленого вала 36 до положення, яке відповідає піврічному сонцестоянню на даний час. В такому положенні кулачок фіксують. Після цього установлюють і фіксують над екраном геліоколектора 34 покажчик 46 тіні від падіння сонячних променів на нього і важелем 23 через планку блокування 22 вмикають муфти 9, 13 і обвідну передачу електропривода поворотної рами 1. Далі включають ов електродвигун 18 і уважно стежать за покажчиком 46. По мірі виходу геліоколектора 34 на положення, при якому на його екрані появиться тінь від круглого покажчика 46 у вигляді круга, електродвигун 18 негайно зупиняють, « важелем 23 вимикають спочатку обвідну, а потім вимикають пряму передачу і електродвигун 18.

Електродвигун 18 через еластичну муфту 17, черв'ячний редуктор 15, першу муфту блокування 13, триступінчастий редуктор 11, другу муфту блокування 9, конічний редуктор 5 і ведучу зірочку З обертатиме Ге зо поворотну раму 1 з частотою один оберт за добу. При цьому, разом з рамою 1 буде повертатися за сонцем нижня частина геліоколектора 34, а його верхня частина, крім цього, взаємодіючи через опорний ролик 44 із о спеціально спрофільованим кулачком 48, буде ще й нахилятися до сонця, забезпечуючи тим самим безперервне му пряме попадання на екран геліоколектора 34 променів від сонця, яке в першій половині дня піднімається, а в другій половині дня, коли сонце опускається, кулачок 48 через опорний ролик 44 буде піднімати екран ме) геліоколектора 34. Таким чином, на протязі всього світлового дня для будь-якого періоду року геліоустановка ю забезпечує слідкування екраном геліоколектора 34 за ходом сонця і тим самим сприяє максимальному поглинанню ним енергії променів сонячної радіації.

Після закінчення світлового дня геліоустановку необхідно зупинити і вже наступного дня, в залежності від початку робочого часу, повернути раму 1 у вихідне положення. Для цього рукоятку 51, орієнтуючись за шкалою « 53, переміщують спеціально спрофільований кулачок 48 вздовж нахиленого вала 36 до того положення, яке з с відповідає піврічному сонцестоянню на даний час і фіксують кулачок. Установлюють і фіксують над екраном геліоколектора 34 покажчик 46 і важелем 23 вимикають обвідну передачу електропривода поворотної рами 1. ;» Вмикають електродвигун 18 і по мірі виходу геліоколектора 34 на положення, при якому на його екрані появиться тінь від круглого покажчика 46 у вигляді круга, електродвигун 18 зупиняють і важелем 23 спочатку вимикають обвідну, а потім вимикають пряму передачу і електродвигун 18, забезпечуючи цим пуск геліоустановки на с початку чергового світлового дня.

Простота конструкції запропонованої геліоустановки, тихохідність рухомих деталей, дає можливість залучити ік в конструкцію бувші уже в експлуатації, але ще працездатні вузли і механізми (зірочки, ланцюги, муфти, тощо), с що дещо зменшить вартість і сприятиме швидшому впровадженню її у виробництво.

Використання запропонованої геліоустановки, у порівнянні з уже відомими дасть можливість: о а) геліоколектору безперервно і автоматично слідкувати за сонцем, забезпечити оптимальний кут нахилу

Ф його екрана і пряме попадання на нього сонячних променів, а отже і максимальне поглинання ним енергії сонячного випромінювання, у будь-який період піврічного чи добового сонцестояння; 1) завдяки обвідній передачі швидко і точно настроювати геліоколектор на оптимальний кут нахилу його екрана в будь-який період піврічного чи добового сонцестояння, що економить час, і створює певні зручності в роботі;

Р 2) швидко і точно установлювати геліоколектор у будь-яке положення, на протязі піврічних сонцестоянь, використовуючи механізми ручного настроювання, що забезпечує досягнення оптимального кута нахилу екрана;

З) здійснювати привод системи автоматичного слідкування за сонцем від одного електродвигуна, за бо допомогою зубчастої передачі вісі і вертикального вала поворотної рами з передаточним відношенням рівним одиниці, і в результаті, вилучення додаткового електродвигуна, що був необхідний для привода кулачкового вала; 4) завдяки покажчику тіні падаючих сонячних променів швидко і точно виявляти оптимальне положення екрана і своєчасно включати в дію електропривод, що значно економить час при настроюванні геліоустановки і 65 забезпечує певні зручності при її експлуатації; 5) обмежувати нахил геліоколектора в протилежний його робочому нахилу бік, установкою обмежувача, чим запобігти можливим аваріям і нещасним випадкам, пов'язаним із матеріальними збитками і травмуванням працівників геліоустановки; 6) спростити конструкцію за рахунок вилучення, необхідних для створення великого передаточного

Відношення, механічних вузлів електроприводу, а замість них використати ланцюгову передачу зірочка - ланцюг поворотної рами, що зменшить матеріалоємність і вартість геліоустановки; 7) спростити конструкцію привода за рахунок використання одного важеля блокування муфт, для вмикання і вимикання обвідної передачі, що також зменшить матеріалоємність і вартість геліоустановки; 8) розширити область використання геліоустановки, що в загальному дасть народному господарству певний 70 економічний ефект.

Claims (1)

1. Формула винаходу Геліоустановка, що містить основу, раму, взаємодіючу з основою, геліоколектор з периферійним огородженням, пошарово установленим по висоті склом, опорним роликом, ексцентричним кулачком, взаємодіючим з опорним роликом, патрубками підведення і відведення теплоносія, шарнірно зв'язаний нижньою частиною з рамою з можливістю змінювати відносно неї кут нахилу, привід для обертання рами відносно основи і опорні колеса, який відрізняється тим, що рама виконана у вигляді круга, з периферійно закріпленим на торці нескінченним ланцюгом, а привід - електричним з вихідною зірочкою, взаємодіючою з ланцюгом, при цьому електропривід має пряму, з великим передаточним відношенням, передачу для обертання геліоколектора за сонцем і додаткову зворотну, для обертання геліоколектора у вихідне положення, обвідну передачу, передаточне відношення якої у багато раз менше передаточного відношення прямої передачі, причому на поворотній рамі додатково установлені вертикальний вал і вісь з однаковими, взаємодіючими між собою, о» шестернями, а рама установлена на основі з додатково оснащеною замкнутою нерухомою напрямною, по якій переміщуються опорні колеса, зв'язані через осі і кронштейни із нижньою поверхнею рами, на верхній поверхні « якої установлені геліоколектор, з додатковим покажчиком своєї тіні від попадання сонячних променів на його поверхню, нахиленим і розміщеним паралельно геліоколектору валом і вертикальним опорним кронштейном, при цьому нижня частина геліоколектора зв'язана з рамою через вісь кронштейна - жорстко, а нахиленого вала «со зо через два шарніри - з вертикальним валом, верхня частина якого шарнірно з'єднана із верхньою частиною опорного кронштейна з обмежувачем гранично допустимого нахилу верхньої частини геліоколектора в бік М екрана, а на середній частині нахиленого вала розміщений ексцентричний кулачок з можливістю пересування ю вздовж вала і жорстко закріплений кронштейн з регульованим гвинтом і рукояткою, покажчиком кута піврічного сонцестояння і шкалою градуйованою в градусах, причому одні кінці регульованого гвинта і шкали на кулачку б» зафіксовані, протилежний кінець регульованого гвинта зв'язаний з опорним кронштейном різьбовим з'єднанням, ю а шкали - вільний.

   -

   . и? 1 се) 1 1 4) 60 б5