ветроэнергетическая установка

Формула изобретения

Ветроэнергетическая установка, включающая башню, на которой установлен поворотный узел, ветроколесо, содержащее лопасти, электрогенератор, узел накопления пневматической нагрузки с датчиком давления для регулирования подачи пневматической нагрузки на лопасти ветроколеса, узел подачи пневматической нагрузки на лопасти ветроколеса, выполненный в виде трубок с соплами, тангенциально расположенными по отношению к лопастям, отличающийся тем, что поворотный узел выполнен в виде поворотной платформы, на которой расположены флюгер-стабилизатор и вертикальные стойки, в которых установлен полый вал ветроколеса, сверху стоек установлена площадка, на которой расположены редуктор и электрогенератор, токосъемник расположен под поворотным узлом, узел накопления выполнен в виде компрессора, соединенного с ресивером-накопителем, которые установлены в основании башни и соединены трубопроводом с полым валом ветроколеса через систему шаровых клапанов, соединенных между собой трубкой, проходящей через стойку поворотной платформы, внутреннее пространство лопастей заполнено вспенивающимся материалом, а трубки узла подачи пневматической нагрузки на лопасти ветрового колеса встроены в полый вал ветроколеса, в центре которого установлен рассекатель воздуха конической формы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано при создании ветроэнергетических установок, обеспечивающих выработку электроэнергии в условиях сниженной ветровой нагрузки.

Технической задачей, решаемой заявленным изобретением, является создание конструкции, позволяющей аккумулировать энергию избыточной ветровой нагрузки в виде электроэнергии, направляемой потребителям, а также используемой для поддержания рабочего режима установки в отсутствие ветровой нагрузки.

Известна ветроэнергетическая установка с пневматической передачей мощности, содержащая опорную башню с поворотным узлом для ориентации ветроколеса на горизонтальной оси по направлению ветра. Полая горизонтальная ось вращается с помощью центрального подшипника на поворотном узле. Ветроколесо, выполненное из жестких, полужестких или гибких воздухопроницаемых материалов, содержит диффузорный усилитель в виде кольцевого обода, охватывающего лопасти, имеющие сообщающиеся продольные полости, соединенные с приемным соплом воздушной турбины. На внешнем периметре кольцевого обода расположены управляемые воздушные клапаны, через которые внутренние полости обода соединяются с атмосферой. Электрогенератор расположен в поворотном узле. (См. патент РФ №2136958, F03D 1/00, опубликован в 1999 г.)

Устройство по изобретению не предусматривает работу конструкции в режиме снижения ветронагрузки.

Известна ветроэнергетическая установка, позволяющая в работать в режиме пониженной ветровой нагрузки и осуществлять запуск после остановки с помощью дополнительного узла аккумулирования пневматической энергии. Для этого на опорную башню с поворотным узлом установлен трех-четырехлопастный полый пропеллер, на концах которого тангенциально расположены сопла, в центре пропеллера установлен регулируемый диффузор с предохранительной сеткой и управляемые клапаны на входе и выходе, причем входным клапаном диффузор связан с атмосферным воздухом, а выходным - с емкостью для сжатого воздуха. Сжатие воздуха создается внутри полости пропеллера под действием центробежной силы, причем часть сжатого воздуха направляется в сопла, создавая дополнительную силу для вращения, а часть воздуха нагнетают через встроенные в лопасти трубки в емкость сжатого воздуха для использования его при запуске установки, при этом сжатый воздух направляют в те же тангенциально расположенные сопла.

Кроме того, емкость снабжена датчиком давления, при этом диффузор и датчик давления помещены в конический обтекатель, который вместе с пропеллером образуют вращающуюся часть ветроэнергостанции, связанную с валом электрогенератора.

Электрогенератор с токосъемником заключены в конический обтекатель, имеющий возможность поворота вокруг вертикальной оси опоры. (См. патент РФ №2179655, F03D 1/00, опубликован в 2002 г.)

Устройство обеспечивает возможность работы только при незначительном снижении ветровой нагрузки и позволяет осуществлять запуск ветроустановки. Однако количество аккумулированной пневматической энергии в данной конструкции невелико и не позволяет обеспечить стационарный режим в условиях существенного снижения нагрузки или ее значительных колебаний.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание ветроустановки, обеспечивающей стационарный рабочий режим в условиях снижения ветронагрузки ниже критического значения, а также при ее отсутствии в течение достаточно длительного периода времени.

Технический результат достигается тем, что в ветроэнергетической установке, включающей башню, поворотный узел, ветроколесо, содержащее лопасти, электрогенератор, узел накопления пневматической нагрузки с датчиком давления для регулирования подачи пневматической нагрузки на лопасти ветроколеса, узел подачи пневматической нагрузки на лопасти ветроколеса, выполненный в виде трубок с соплами, тангенциально расположенными по отношению к лопастям, согласно изобретению поворотный узел выполнен в виде поворотной платформы, на которой расположены флюгер-стабилизатор и вертикальные стойки, в которых установлен полый вал ветроколеса, сверху стоек установлена площадка, на которой расположены редуктор и электрогенератор, токосъемник расположен под платформой, узел накопления выполнен в виде компрессора, соединенного с ресивером и накопителем, которые установлены в основании башни и соединены трубопроводом с полым валом ветроколеса через систему шаровых клапанов, соединенных между собой трубкой, проходящей через стойку поворотной платформы, внутренне пространство лопастей заполнено вспенивающимся материалом, а трубки узла подачи пневматической нагрузки на лопасти ветрового колеса встроены в полый вал ветроколеса, в центре которого установлен рассекатель воздуха конической формы.

Сущность заявленного устройства заключается в том, что заявленная совокупность конструктивных элементов обеспечивает накопление в виде пневматической энергии основной части избыточной ветровой нагрузки, что позволяет обеспечить бесперебойное снабжение потребителей электроэнергии как в режиме сниженной ветронагрузки, так и при отсутствии нагрузки в течение периода времени, обусловленного главным образом емкостью аккумулирующего узла.

Другим положительным фактором заявленной конструкции является надежность и повышенная безопасность работы электрических узлов и коммуникаций, связанная с взаимным расположением генератора и токосъемника, который установлен неподвижно под платформой. Кроме того, существенное повышение надежности при одновременном увеличении количества аккумулированной энергии обеспечивается новым конструктивным выполнением аккумулирующего узла и его размещением в основании башни.

Устройство представлено на фиг.1-3.

Установка включает башню 1 с поворотной платформой 2, ветроколесо с лопастями 3, электрогенератор 4, узел накопления пневматической нагрузки, выполненный в виде компрессора 5 с ресивером-накопителем 6, на котором установлен датчик давления 7 с электромагнитным клапаном давления 8, узел подачи пневматической нагрузки на лопасти 3 ветроколеса, содержащий трубопровод 9, шаровые клапаны 10 и 11, соединенные между собой подводящей трубкой 12, входящей через шаровой клапан 11 в конец полого вала 13 ветроколеса. На другом конце полого вала 13 ветроколеса установлен раздаточный механизм в виде треугольного фланца 14 с центральным отверстием 15, которым фланец 14 надет на вал 13, фланец 14 содержит сквозные отверстия 16, расположенные под углом 120 градусов между собой и под углом 90 градусов по отношению к центральному отверстию 15. Сквозные отверстия 16 соединены с трубками 17 лопастей 3, на концах трубок 17 установлены сопла 18. На поворотной платформе 2 установлены вертикальные стойки 19, 20 с размещенными внутри подшипниками 21, 22, через которые проходит вал 13. На стойках 19, 20 установлена площадка 23, на которой расположены флюгер-стабилизатор 24 (для поворота платформы перпендикулярно ветровой нагрузке), электрогенератор 4, редуктор-мультипликатор 25 (для преобразования малых оборотов ветроколеса в большие обороты электрогенератора). Под платформой 2 на башне 1 установлен кольцевой токосъемник 26 (ток с электрогенератора 4 поступает по электрическим цепям - на фиг. 1-3 не показаны - на токосъемник 26 и с него в сеть потребителя). Внутреннее пространство лопастей 3 заполнено вспенивающимся материалом. В центре ветроколеса установлен конический рассекатель воздуха 27, экранирующий раздаточный механизм.

Устройство работает следующим образом.

При стационарном расходе электроэнергии на потребителя ветровая нагрузка с ветроколеса поступает на редуктор-мультипликатор 25, который вращает электрогенератор 4 с увеличенными оборотами, создавая рабочий режим электрогенератора. Ток, выработанный электрогенератором 4, через электрическую цепь (не показана) поступает на токосъемник 26 и с него в сеть потребителя.

При пониженном расходе электроэнергии или его отсутствии, а также при избыточной ветронагрузке электронный узел управления (не показан) включает режим работы компрессора 5.

В случае избыточной ветронагрузки компрессор 5 подключают к токосъемнику 26, и избыток электроэнергии расходуют на работу компрессора 5, нагнетающего сжатый воздух из атмосферы в ресивер-накопитель 6.

При пониженной ветронагрузке или в ее отсутствие электронный узел управления включает режим расхода избыточного давления из ресивера-накопителя 6. Для этого открывается электромагнитный клапан 8, и сжатый воздух под давлением, регулируемым датчиком давления 7, поступает в трубопровод 9 и через систему клапанов 10, 11 и соединительную трубку 12 поступает в полый вал 13 ветроколеса и затем через отверстие 16 раздаточного узла (фланец 14) - в трубки 17 лопастей 3 ветроколеса и далее в реактивные сопла 18, создавая реактивную тягу, тем самым вращая ветроколесо (при отсутствии ветровой нагрузки) или докручивая его (при пониженной ветровой нагрузке) до рабочего режима.

Существенным преимуществом данного изобретения является также то, что установка заявленной конструкции может эффективно работать в сочетании с имеющимися в эксплуатации ветроустановками без аккумулирования воздуха, обеспечивая существенное превышение суммарной эффективности в условиях нестабильной динамики ветрового потока. В этом случае заявленная установка должна работать преимущественно в режиме аккумулирования воздуха с преимущественным расходом накопленной энергии на работу обычных установок.

Таким образом, предложенная конструкция ветроэнергетической установки позволяет получить следующий положительный эффект:

1. Обеспечить потребителя бесперебойным снабжением электроэнергией в условиях пониженной ветровой нагрузки, а также при ее отсутствии в течение достаточно длительного времени.

2. Обеспечить повышение надежности электрокоммуникаций за счет заявленного размещения токосъемников.

3. Обеспечить повышение эффективности работы действующих установок, не снабженных узлом накопления пневматической энергии, за счет объединения их с заявленной установкой общими воздуховодами.