ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2244157
ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
Имя изобретателя: Гурницкий В.Н. (RU); Адоньев В.В. (RU); Иволга В.А. (RU); Коноплев Е.В.
Имя патентообладателя: Ставропольский государственный аграрный университет
Адрес для переписки: 355017, г.Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12, СГАУ, патентный отдел
Дата начала действия патента: 2003.02.17
Изобретение относится к ветроэлектростанциям (ВЭС) и может быть использовано
для производства электроэнергии, работая параллельно с сетью или в автономном режиме.
Технический результат заключается в упрощении и удешевлении, а также в повышении
надежности конструкции ВЭС. ВЭС состоит из электрогенератора асинхронного типа,
передачи и ветродвигателя, включающего лопасти, установленные на бесконечных гибких
элементах, переброшенных через цилиндры, имеющие оси вращения, связанные с основанием.
Лопасть имеет форму двухскатной крыши, включающей стропила в виде анкерных мачт.
Межосевые расстояния цилиндров равны 2,5...5,5 их габаритным радиусам. Габаритный диаметр
цилиндров больше шага мачты и соизмерим с ее высотой. Натяжка гибких элементов
осуществляется с помощью передвижных опор, постамент которых заключен между опорами и
основанием, сами же постаменты жестко соединены балкой. Число лопастей ВЭС оптимально
равно четырем.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к ветряным электрическим станциям (ВЭС) и может быть
использовано для производства электроэнергии в экономически обоснованных случаях.
Известна ВЭС, содержащая установленные на основании несущие опоры, размещенный
на них купол и расположенное по оси симметрии последнего лопастное ветроколесо,
несущие опоры установлены на основание с возможностью вращения вокруг оси симметрии
купола, купол имеет центральное отверстие, а ветроколесо размещено в последнем и
жестко закреплено на куполе (А.с. №1469205, Kл. F 03 D 3/00).
Известна ВЭС, включающая ветродвигатель, содержащий вертикальный вал и связанные с
ним лопасти, которые выполнены в виде тонкостенных панелей с внутренними полостями, в
одной из стенок панелей сделаны поперечные разрезы (А.с. №1562518, Kл. F 03 D 3/00).
Известна также ВЭС, включающая ветроколесо с горизонтальной осью вращения,
содержащее полые скрученные по длине лопасти с воздуховыпускными отверстиями на
концах, при этом каждая лопасть снабжена воздухозаборными поверхностями,
расположенными на подветренной стороне на расстоянии 1/3...1/2 радиуса ветроколеса от оси
вращения (А.с. №1760153, Кл. F 03 D 1/02).
Общий недостаток этих конструкций состоит в том, что кромка лопасти, находящаяся на
оси вращения, имеет нулевую скорость и только периферийная часть противоположной
кромки лопасти имеет максимальную скорость, не превышающую скорость ветра. Данное
обстоятельство существенно снижает коэффициент использования ветрового потока ВЭС.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является ВЭС, содержащая рамки, шарнирно
закрепленные на них пары лопастей, соединенную с рамками наклонную бесконечную ленту,
охватывающую верхний, и нижний шкивы, связанные с каркасом, соединенные с ним
параллельные верхняя и нижняя направляющие, контактирующие с беговыми роликами,
причем лопасти каждой пары при помощи торсиона связаны между собой, беговые ролики
закреплены по одному на лопастях, а направляющие при помощи дуг соединены между собой,
диаметр которых больше расстояния между направляющими, при этом верхняя направляющая
имеет переменную ширину, увеличивающуюся от нижнего ролика к верхнему (А.с. №1423777, Кл. F 03
D 5/02).
Ее недостаток - сложность и дороговизна конструкции, а также низкая надежность.
Технический результат изобретения сводится к упрощению и удешевлению, а также
повышению надежности конструкции ВЭС.
Технический результат достигается тем, что лопасть ВЭС имеет форму двухскатной крыши,
включающей стропила в виде укосин и анкерных мачт, нижняя часть и вершина которых
снабжены кольцами, через последние пропущены стяжки и гнет, заключенные в фиксирующих
трубках, стяжки заменяют валики соосных звеньев не менее 2-х гибких элементов,
межосевые расстояния цилиндров равны 2,5...5,5 их габаритным радиусам, лопасти
оборудованы парусами, а габаритный диаметр цилиндров больше шага мачты и соизмерим с
ее высотой.
На фиг.1 показано устройство ВЭС, общий вид
На фиг.2 представлена конструкция лопасти
ВЭС состоит (фиг.1) из электрогенератора 1, передачи 2 и ветродвигателя, включающего
лопасти 3 (а, б, в, г), установленные на бесконечных гибких элементах 4, охватывающих
цилиндры 5, имеющие оси вращения 6, связанные с основанием 7. Лопасть 3 имеет форму
двухскатной крыши, включающей стропила в виде укосин 18 (фиг.2) и анкерных мачт 8 (фиг.1),
нижние части 19 (фиг.2) и вершина каждой из которых снабжены кольцами 20 (фиг.2); через
последние пропущены стяжки 21 и гнет 22 (фиг.2), заключенные в фиксирующих трубках 23 (фиг.2);
стяжки 21 заменяют валики соосных звеньев 24 (фиг.2) не менее двух гибких элементов 4 (фиг.2),
4 (фиг.1). Межосевые расстояния 9 цилиндров 5 (фиг.1) равны 2,5...5,5 их габаритным радиусам,
лопасти 3 (фиг.1) оборудованы парусами 25 (фиг.2), а угол между скатами обозначен 26 (фиг.2).
Шаг мачты 8 обозначен цифрой 11, а ее высота - цифрой 12. Блок 13, совместно с анемометром 14,
управляет автоматической работой всей ВЭС. Натяжка гибких элементов 4 осуществляется с
помощью передвижных опор 15, постамент 16 которых заключен между опорами 15 и основанием 7;
сами же постаменты 16 жестко соединены балкой 17 (фиг.1). Как показывают исследования, с
целью бесперебойной подачи ветровой энергии на лопасти 3 (фиг.1) ВЭС межосевое
расстояние 9 цилиндров 5 равно 3 габаритным радиусам цилиндров 5 при четырехлопастной
ВЭС и 5 этим же радиусам при ее трехлопастной структуре. Иное число лопастей невозможно
или нецелесообразно.
ВЭС работает следующим образом.
При недостаточной силе ветра или его направлении, резко отличном от господствующего,
лопасть 3 (фиг.1) не перемещается в пространстве - вращательно и поступательно. При
скорости ветра больше некоторой минимальной от анемометра 14 (фиг.1) поступает сигнал на
блок управления 13, который запускает в работу электрогенератор 1 от электросети,
находящийся в начальный момент времени в двигательном режиме, так как эта
электрическая машина является асинхронным короткозамкнутым электродвигателем,
переходящим затем при синхронной скорости в рекуперативный режим. При дальнейшем
увеличении скорости ветра его поток, падающий на лопасть 3а (фиг.1), не приводит к
увеличению скорости движения гибких элементов 4, но дает увеличение силы, а
следовательно, и мощности, отдаваемой через передачу 2 генератору 1. Оси вращения 6
устанавливаются параллельно между собой путем регулирования межосевых расстояний 9
цилиндров 5 с помощью опор 15, перемещаемых на постаментах 16, опирающихся на основания 7,
жестко соединенных балкой 17. Ширма 10 предотвращает попадание на лопасти 3 б, в, г
ветрового потока (фиг.1). Когда сила ветра достаточна, ветродвигатель переходит на
подсинхронную скорость, а генератор 1 автоматически отключается от сети. Шаг 11 и высота
12 анкерной мачты 8 должны отвечать следующим условиям эффективной работы. Первое: шаг 11
мачты 8 не должен быть более габаритного диаметра цилиндра 5; шаг 11 на прямолинейном
участке гибкого элемента 4 (фиг.1) более такового для криволинейного участка. Второе:
высоту 12 мачты 8 следует выбирать соизмеримой с диаметром цилиндра 5, но большей
последнего для того, чтобы на единицу затрат материалов получить большее количество
выработанной мощности. Третье: чтобы уменьшить искривление линейных участков гибких
элементов 4 при сильном ветре, расстояния между осями цилиндров 5 нужно минимизировать,
а число лопастей 3 оптимально принять равным четырем. Укосины 18 (фиг.2) превращают всю
конструкцию, содержащую нижние части мачт 19, кольца 20, стяжки 21, гнеты 22 и трубки 23 (фиг.2)
в жесткую ферму, закрепленную в соосных звеньях 24 гибких элементов 4, несущих на этой
ферме парус 25; при этом угол 26 (фиг.2) между скатами “Крыши” за один полный оборот,
например, лопасти 3а (фиг.1) будет иметь два максимума и два минимума. Если парус 25 (фиг.2)
будет изготовлен из эластичного материала, например синтетической ткани, то за счет
его надувания ветром коэффициент использования ветровой энергии будет возрастать, в
том числе и за счет снижения срыва ветрового потока с лопасти 3 (фиг.1) и уменьшения
коэффициента его отражения, что существенно упрощает и удешевляет систему
регулирования. Таким образом, расстояние между осями цилиндров 5 находится в диапазоне
2,5...5,5 габаритных радиусов цилиндров 5, причем оптимум находится вблизи значения 3.
Мощность генератора 1 (фиг.1) такова, что при данной площади паруса 25 (фиг.2) и
максимальной годовой скорости ветра в данной местности генератор 1 не перегружается по
теплу. В критических случаях (один раз в пять...шесть лет) генератор 1 отключается
тепловой защитой от сети, ветродвигатель механически тормозится, а лопасть 3а (фиг.1)
демонтируется путем откручивания четырех гаек, соединяющих стяжки 21 с гибкими
элементами 4 (фиг.2).
Предлагаемое изобретение по сравнению с другими известными техническими решениями
имеет следующие преимущества:
- повышение надежности
- снижение стоимости
- упрощение конструкции
- экологическая частота окружающей среды.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ветроэлектростанция, включающая электрогенератор с передачей и
ветродвигатель, содержащий лопасти, закрепленные на бесконечных гибких элементах,
охватывающих цилиндры на осях вращения, связанные с основанием, отличающаяся тем,
что лопасть имеет форму двухскатной крыши, включающей стропила в виде укосин и
анкерных мачт, нижние части и вершина которых снабжены кольцами, через последние
пропущены стяжки и гнет, заключенные в фиксирующих трубках, стяжки заменяют валики
соосных звеньев не менее двух гибких элементов, межосевые расстояния цилиндров
равны 2,5...5,5 их габаритным радиусам, лопасти оборудованы парусами, а габаритный
диаметр цилиндров больше шага мачты и соизмерим с ее высотой.
Версия для печати
Дата публикации 11.01.2007гг
вверх
|
