ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2157920
ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
Имя изобретателя: Гурницкий В.Н.; Марьяшов Ю.А.
Имя патентообладателя: СТАВРОПОЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
Адрес для переписки: 355017, г.Ставрополь, пер. Зоотехнический 12, сельскохозяйственная академия, патентный отдел
Дата начала действия патента: 1997.05.28
Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветряным электрическим
станциям (ВЭС). Технический результат заключается в повышении надежности и
технологичности конструкции, достигается за счет того, что в ветроэлектростанции,
содержащей ориентированные по направлениям господствующих ветров конфузоры и
турбогенератор, включающий электрический генератор и турбину с лопатками, согласно
изобретению поперечное сечение конфузора по всей осевой длине имеет форму квадрата,
при этом конфузоры выполнены в виде отдельных секций, толщина стенок которых
изменяется пропорционально нагрузке, каждая секция содержит наружные элементы
жесткости, образующие равнобедренные прямоугольные треугольники, а сопла конфузоров в
виде прямоугольников расположены слева и справа от турбины с вертикальной осью
вращения, насаженной на вал генератора выше последнего, представляющего собой
асинхронный электродвигатель в рекуперативном режиме, причем лопатки турбины
изготовлены в форме прямоугольных тарелок с отверстиями, находящимися на дне
последних в шахматном порядке.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к ветряным электрическим станциям (ВЭС) и предназначено
для производства электроэнергии в экономически обоснованных случаях.
Известна ВЭС, содержащая цилиндрический корпус с входным конфузором и выходным
диффузором, в средней части которого находятся лопастные ветроколеса, валы которых
расположены в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, с образованием многоугольника
и кинематически связаны между собой (См. А.С. N 1815413. Кл. F 03 D 3/04).
Недостатком данной конструкции является сложность канализации механической энергии,
а также невозможность оптимальной ориентации на направления господствующих ветров.
Известна также ВЭС, имеющая на поворотной опоре корпус с входным конфузором,
горловиной и выходным диффузором, размещенный в корпусе вал, закрепленную на нем в зоне
горловины турбину и направляющий аппарат, размещенный в горловине (См. А.с. N 1809158, Кл.F 03 D
1/04).
Основным недостатком устройства является большая поворотная масса, что затрудняет
получение больших мощностей.
Известна конструкция ветродвигателя, содержащего корпус с входным конфузором и
выходным диффузором, размещенные в корпусе обтекатель, связанный с конфузором при
помощи направляющих лопаток, лопастное ветроколесо, расположенное за обтекателем, и
конус, установленный в диффузоре и связанный с ним при помощи радиальных перемычек,
причем поверхность диффузора выполнена гофрированной в окружном направлении с
образованием внутренних и наружных клинообразных лотков, а конус связан с диффузором в
зоне наружных клинообразных лотков (См. А. с. N 1592572, Кл. F 03 D 1/04). Данная конструкция при
всех имеющихся достоинствах совмещает недостатки рассмотренных ВЭС.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению и принятой авторами за прототип является
ВЭС, содержащая барабанное ветроколесо с лопастями, закрепленными на горизонтальном
валу, и два диаметрально установленных относительно него конфузора, выходные
отверстия которых расположены одно выше, а другое ниже вала (См. А.с.N 1268792, Кл. F 03 D 3/04).
Недостаток прототипа - невозможность оптимального ориентирования конфузоров на
местности, так как направления господствующих ветров редко лежат на одной линии, а
также невысокое использование материалов с конструкции конфузоров.
Цель изобретения - повышение надежности и технологичности конструкции, обладающей
высокими удельными энергетическими показателями.
Поставленная цель достигается тем, что ветроэлектростанция содержит ориентированные
по направлениям господствующих ветров конфузоры и турбогенератор, включающий
электрический генератор и турбину с лопатками, причем поперечное сечение конфузора по
всей осевой длине имеет форму квадрата, кроме того, конфузоры выполнены в виде
отдельных секций, толщина стенок которых изменяется пропорционально нагрузке, каждая
секция содержит наружные элементы жесткости, образующие равнобедренные прямоугольные
треугольники, а сопла конфузоров в виде прямоугольников расположены слева и справа от
турбины с вертикальной осью вращения, насаженной на вал генератора выше последнего,
представляющего собой асинхронный электродвигатель в рекуперативном режиме, причем
лопатки турбины изготовлены в форме прямоугольных тарелок с отверстиями, находящимися
на дне в шахматном порядке.
|
|
Фиг. 1 показан вид сбоку
|
|
|
|
Фиг. 2 - вид сверху данной ВЭС (навес условно не показан)
|
На фиг. 3 изображена конструкция конфузора
|
|
|
|
Фиг. 4 представлен общий вид турбины
|
Фиг. 5 - вид отдельной лопасти
|
ВЭС состоит, как минимум, из двух ориентированных на направления господствующих ветров
конфузоров 1, 2 (фиг. 2), составленных из отдельных секций 3, установленных с помощью опор 4
на фундаменте 5, представляющем собой сварную конструкцию из стальных профилей в виде
трапеции, крайние точки которой соединены с забитыми в землю сваями 6. Дополнительно
конфузоры 1, 2 крепятся к фундаменту 5 растяжками 7. По всей осевой длине конфузоры имеют
форму квадрата и содержат наружные треугольные элементы жесткости 8 (фиг. 3),
образованные выступающими частями уголков 9, обрамляющих каждую секцию, с приваренными
к ним перекладинами 10. Форсунки 11 (фиг. 2) конфузоров 1, 2 направлены на турбину 12 с
вертикальной осью вращения, имеющей лопатки 13 в виде глубоких прямоугольных тарелок с
отверстиями в дне 14 (фиг. 5). Лопатки 13 крепятся одним краем к барабану 15 (фиг. 4), другим
своим краем они приварены к стальным ободам 16. Турбина 12 насажена на вал
электрогенератора 17 (фиг. 1), представляющего собой асинхронный двигатель, работающий в
рекуперативном режиме. Электрогенератор 17 имеет фланцевое крепление и установлен на
основании 18, выполненном в виде строения, внутри которого расположен блок управления 19.
Сверху турбина 12 и электрогенератор 17 накрыты навесом 20, укрепленным на опорных
столбах 21.
ВЭС работает следующим образом. Ускорившись в конфузоре 1, состоящем из отдельных
секций 3, поток воздуха через форсунку 11 попадает на лопатки 13 турбины 12, вызывая
вращение последней. Часть воздуха проникает в отверстия лопаток 13; при этом
уменьшается разрежение перед предыдущей лопаткой; для последующей лопатки
уменьшается сопротивление вхождения ее в направленный поток воздуха; кроме того, это
способствует меньшему отражению потока воздуха от лопатки; проходя сквозь отверстия 14,
поток воздуха дополнительно уменьшает свою кинетическую энергию за счет сил трения;
все это повышает коэффициент использования энергии ветрового потока. При достижении
электрогенератором 17 угловой скорости выше синхронной блок управления 19 подключает
его к электросети; при этом ведомый сетью электрогенератор отдает в нее электроэнергию
стандартного качества. Небольшие изменения направления ветра относительно
господствующего мало сказываются на работе ВЭС вследствие достаточно большого угла
схождения стенок конфузора 1. При смене господствующего направления ветра работает
конфузор и в экономически целесообразных случаях возможна установка дополнительных
конфузоров. Навес 20, стоящий на опорных столбах 21, защищает рабочую зону от воздействия
осадков. Выполнение основания 18 в виде помещения позволило разместить в нем блок
управления 19. Предложенная конструкция турбины позволяет уменьшить массу лопаток 13, не
снижая эффективность работы, т.к. обода 16 имеют малое аэродинамическое сопротивление, а
полый барабан 15 - низкий момент инерции. Устойчивость конфузоров 1, 2 обеспечивается
сочетанием опор 4 и растяжек 7, закрепленными на фундаменте 5, который, в свою очередь,
крепится с помощью свай 6. Наружные элементы жесткости 8, образованные выступающими
частями уголков 9 и перекладинами 10, придают конфузорам 1, 2 необходимую жесткость в
поперечном направлении.
Предлагаемое изобретение имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:
предлагаемой конструкции ВЭС не опасно оледенение; установка конфузоров на
направления господствующих ветров обеспечивает максимальное использование энергии
воздушных масс в данной местности, применение блока автоматического управления и
малые габариты вращающихся частей, а также отсутствие механических передач заметно
снижают эксплуатационные издержки данной ВЭС, а высокая технологичность и применение
в качестве генератора асинхронного электродвигателя позволяют изготовить ее в
условиях ремонтных мастерских. Данную ВЭС можно устанавливать на крышах зданий и
производственных корпусов, таким образом можно не только экономить электроэнергию, но
и отапливать здания в зимний период, компенсируя их охлаждение ветром.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, состоит в том,
что при высоких удельных энергетических показателях ВЭС снижается ее стоимость и
уменьшаются габариты вращающихся частей.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ветроэлектростанция, содержащая ориентированные по направлениям
господствующих ветров конфузоры и турбогенератор, включающий электрический
генератор и турбину с лопатками, отличающаяся тем, что поперечное сечение конфузора
по всей осевой длине имеет форму квадрата, при этом конфузоры выполнены в виде
отдельных секций, толщина стенок которых изменяется пропорционально нагрузке,
каждая секция содержит наружные элементы жесткости, образующие равнобедренные
прямоугольные треугольники, а сопла конфузоров в виде прямоугольников расположены
слева и справа от турбины с вертикальной осью вращения, насаженной на вал генератора
выше последнего, представляющего собой асинхронный электродвигатель в
рекуперативном режиме, причем лопатки турбины изготовлены в форме прямоугольных
тарелок с отверстиями, находящимися на дне последних в шахматном порядке.
Версия для печати
Дата публикации 11.01.2007гг
вверх
|
