способ управления ветроэнергетической установкой и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ управления ветроэнергетической установкой, включающий аэродинамическое ограничение мощности, развиваемой ветроколесом, за счет изменения положения его лопастей относительно ветра и остановку ветроколеса путем понижения мощности на ветроколесе до ее номинального значения, отличающийся тем, что понижение мощности на ветроколесе осуществляют регулированием разницы вращающих моментов, возникающих на валу ветроколеса и на выходном валу путем создания постоянного момента на выходном валу и регулирования момента на валу ветроколеса саморегулирующими устройствами, например, упругими элементами.

2. Ветроэнергетическая установка, содержащая ветроколесо, ступицу, выполненную в виде цилиндрического стакана с прорезями, в которых установлены втулки со стержнями, с наружной стороны которых закреплены поворотные лопасти, отличающаяся тем, что на внутренних концах стержней установлены шестерни, находящиеся в зацеплении с шестерней, закрепленной на втулке, свободно установленной на валу ветроколеса и имеющей с противоположного конца шестерню с пазами, в которые входит вилка, жестко связанная с валом ветроколеса, и упругие элементы, расположенные между вилкой и стенкой паза, причем шестерня с пазами находится в зацеплении с шестерней, установленной на выходном валу, с противоположной стороны которого закреплено устройство отбора мощности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветроэнергетических установках для предотвращения разрушения ветроэнергетических установок при штормовых ветрах.

Известны способ управления ветроэнергетической установкой и ветроэнергетическая установка. Способ управления заключается в аэродинамическом ограничении мощности, развиваемой ветроколесом, за счет изменения положения его лопастей относительно ветра и остановки ветроколеса в течение предварительного временного интервала, за который понижают мощность на ветроколесе не менее чем на 40-60% от ее номинального значения, после чего одновременно с выводом генератора из сети на аэродинамическое ограничение мощности ветроколеса дополнительно накладывают механическое торможение всей системы вращающихся элементов установки, при этом величину момента торможения задают постоянной и соответствующей величине номинального момента в трансмиссии установки, после чего, сохраняя момент торможения, скачкообразно уменьшают момент инерции вращающихся и подвергаемых торможению элементов установки путем разъединения системы вращающихся элементов установки на несколько частей, по меньшей мере на две. Ветроэнергетическая установка содержит многоступенчатый мультипликатор. Тормозной момент прикладывают к промежуточному валу многоступенчатого мультипликатора или выходному валу мультипликатора, например прикладывают его к валу генератора. Дополнительный тормозной момент может быть создан за счет перевода генератора в режим электромагнитного тормоза, который включают при отсутствии регулирования угла положения лопастей. На уровнях мощности ветроэнергетического колеса менее 40% от номинальной торможение вращающихся элементов установки и остановку ветроэнергетического колеса осуществляют непосредственно без аэродинамического ограничения мощности /Патент РФ №2075638, кл. F03D 7/04, 20.03.1997/.

Недостатком данного способа и конструкции является запаздывание ограничения мощности, вследствие чего может произойти разрушение ветроэнергетической установки при резких порывах ветра.

Наиболее близким по технической сущности и назначению является ветроэнергетическая установка, реализующая способ управления ветроэнергетической установкой. Установка включает в себя ступицу ветроколеса с поворотными лопастями, насаженными на полый приводной вал с подпружиненной штангой, установленной в полости вала и кинематически связанной с лопастями, устанавливающимися с обеспечением их разворота при изменении ветровой нагрузки, согласно изобретению шарниры разворота лопастей смещены к передним кромкам и представляют собой закрепленные в спицах ступицы втулки, в которых свободно установлены оси лопастей, оснащенные пружинами для выборки зазоров и посадочными площадками крепления кривошипов, связанных с рабочей пружиной через коронку и штангу, выполненную в виде ходового винта. Способ управления заключается в аэродинамическом ограничении мощности, развиваемой ветроколесом, за счет изменения положения его лопастей относительно ветра, и остановке ветроколеса понижением мощности на ветроколесе до ее номинального значения путем уменьшения площади лобового сопротивления /Патент РФ №2148186, кл. F03D 7/00, 27.04.2000/.

Недостаток состоит в отсутствии саморегулирующих элементов и поддержании постоянной мощности на выходном валу.

Задачей изобретения является повышение надежности и безопасности ветроэнергетической установки, устойчивости от разрушения элементов ветроэнергетической установки при штормовом ветре и исключение аварийных режимов работы ветроколеса.

Для реализации поставленной задачи предложены способ управления ветроэнергетической установкой и ветроэнергетическая установка.

Способ управления ветроэнергетической установкой, включающий аэродинамическое ограничение мощности, развиваемой ветроколесом, за счет изменения положения его лопастей относительно ветра и остановку ветроколеса путем понижения мощности на ветроколесе до ее номинального значения, отличающийся тем, что понижение мощности на ветроколесе осуществляют регулированием разницы вращающих моментов, возникающих на валу ветроколеса и на выходном валу, путем создания постоянного момента на выходном валу и регулирования момента на валу ветроколеса саморегулирующими устройствами, например упругими элементами.

Ветроэнергетическая установка, содержащая ветроколесо, ступицу, выполненную в виде цилиндрического стакана с прорезями, в которых установлены втулки со стержнями, с наружной стороны которых закреплены поворотные лопасти, отличающаяся тем, что на внутренних концах стержней установлены шестерни, находящиеся в зацеплении с шестерней, закрепленной на втулке, свободно установленной на валу ветроколеса и имеющей с противоположного конца шестерню с пазами, в которые входит вилка, жестко связанная с валом ветроколеса, и упругие элементы, расположенные между вилкой и стенкой паза, причем шестерня с пазами находится в зацеплении с шестерней, установленной на выходном валу, с противоположной стороны которого закреплено устройство отбора мощности.

На чертеже представлен эскиз ветроэнергетической установки.

Ветроэнергетическая установка содержит ветроколесо с поворотными лопастями 1 и валом 2, на котором закреплена ступица 3, жестко связанная с валом 2 и выполненная в виде цилиндрического стакана с прорезями, в которых установлены втулки 4 со стержнями 5, с наружной стороны которых закреплены поворотные лопасти 1, а на внутренних концах стержней установлены шестерни 6, находящиеся в зацеплении с шестерней 7.

На валу 2 свободно установлена втулка 8, неподвижно связанная с шестерней 7. На противоположном конце втулки закреплена шестерня с пазами 9, в пазы входит вилка 10, жестко связанная с валом 2, и упругие элементы 11. Шестерня с пазами 9 входит в зацепление с шестерней 12, установленной на выходном валу 13, с противоположной стороны которого закреплено устройство отбора мощности 14.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.

Первоначально лопасти 1 установлены в положение, которое обеспечивает максимальный момент на ступице 3 ветроколеса, при скорости ветрового потока, обеспечивающей его страгивание. После страгивания начинается раскрутка ветроколеса. Момент, развиваемый при этом, передается через ступицу 3, вал 2, вилку 10, упругие элементы 11, шестерню с пазами 9 и шестерню 12 на вал отбора мощности 13 и далее на устройство отбора мощности 14. В качестве устройств отбора мощности могут применяться электрогенераторы, гидро- и пневмонасосы с устройством регулирования момента нагрузки, которое поддерживает момент на валу обора мощности 13 не более предельного, который определяется заранее. При увеличении скорости ветрового потока происходит увеличение оборотов и момента ступицы 3 ветроколеса и, соответственно, вала отбора мощности 13, при этом, пока момент на ступице 3 не превышает момент на валу отбора мощности 13, предельная величина которого задается устройством отбора мощности 14, регулировки положения лопастей 1 относительно ветрового потока не происходит. При дальнейшем увеличении скорости ветра момент на ступице 3 увеличивается и превышает предельную величину на валу отбора мощности 13. При этом ступица ветроколеса 3 начинает обгонять вал отбора мощности 13 и через вилку 10 сжимает упругие элементы 11. При этом через зубчатые передачи происходит поворот втулки 8 относительно вала 2 и через зубчатую передачу, осуществляемую шестернями 7 и 6, происходит разворот лопасти 1 на угол, при котором уравниваются моменты на ступице 3 ветроколеса и на валу отбора мощности 13. Таким образом, происходит ограничение аэродинамической мощности ветроколеса.

Для остановки вращения ступицы 3 к валу отбора мощности 13 прикладывают при помощи устройства отбора мощности 14 момент, заведомо больший, чем момент на ступице 3.

При уменьшении скорости ветрового потока момент на ступице 3 ветроколеса падает и становится меньше момента на валу отбора мощности 13, при этом упругий элемент 11 через вилку 10 поворачивает шестерню с пазами 9 относительно вала 2 и через шестерни 7 и 6 поворачивает лопасти 1 в направлении, при котором увеличивается аэродинамическая мощность ветроколеса.

Таким образом, достигается поставленная задача - повышение надежности работы установки, исключение аварийных режимов работы и увеличение ее производительности.

По полученным экспериментальным данным предложенная конструкция по сравнению с известными аналогами позволяет повысить количество вырабатываемой электроэнергии на 8%.