ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2247862
КОМБИНИРОВАННАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
Имя изобретателя: Улановский Я.Б. (RU); Лавров В.С. (RU); Габченко В.Ф. (RU); Селезнев И.С. (RU); Санков В.О.
Имя патентообладателя: ООО "СТРОЙИНЖИНИРИНГ СМ"
Адрес для переписки: 141980, Московская обл., г.Дубна, ул. Тверская, 9, кв.637, В.С. Лаврову
Дата начала действия патента: 2003.06.26
Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно, к установкам,
вырабатывающим электроэнергию для получения горячей воды с целью ее промышленного
использования. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного
действия (КПД) за счет утилизации выхлопных (горячих) газов двигателей и тепла
рассеяния, а также в расширении областей промышленного использования установки.
Комбинированная ветроэнергетическая установка, содержащая энерговоспроизводящий
блок в виде лопастного ветродвигателя, связанного с ним нагнетателя воздушного потока
и энергообеспечивающий и трансформирующий блок в виде воздушной турбины и
подключенного к ней генератора, состыкованного с газотурбинным двигателем, согласно
изобретению, снабжена блоком утилизации тепла и технологическим блоком, например,
опреснения морской воды и очистки ее, выполненным в виде термодистиллятора и обратно-осмотического
устройства, соединенных с блоком утилизации тепла, лопасти ветродвигателя выполнены
расчлененными на секции с возможностью поворота их относительно друг друга и с
возможностью поворота относительно их продольной оси, энерговоспроизводящий и
трансформирующий блок выполнен с дополнительным, автономным двигателем внутреннего
сгорания и соединенным с ним электрогенератором, который связан с генератором
газотурбинного двигателя в единый энергоблок, при этом в системе управления имеется
устройство, которое совместно с ЭВМ обеспечивает получение электрических параметров,
аналогичных электросетевым, причем энерговоспроизводящий блок выполнен с устройством
деления воздушного потока, связанного гибкой пневмотрассой с нагнетателем воздушного
потока, причем нагнетатель выполнен программируемым, например, пневматическим и
многоступенчатым, ступень низкого давления которого соединена с воздушной турбиной и
с каждым элементом технологического блока, а ступень высокого давления - с устройством
испарения воды термодистиллятора и обратно-осмотическим устройством, которые
соединены с блоком утилизации тепла, при этом точка подключения пневмотрассы и
электропитания выполнена единой, к которой подключены торсионные валы, связанные с
лопастным двигателем и турбиной.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области использования энергии ветра в целях выработки
электроэнергии, а также горячей и экологически чистой воды для использования в
практических целях.
Известна ветроэнергетическая установка с тепловым двигателем, снабженная
компрессором наддува, воздушной турбиной и компрессором, соединенным с
ветродвигателем (см. патент Р.Ф. №2112153, 6 F 03 D 9/00, 9/02, 1995 г.).
Недостатками известного технического решения являются:
- низкий КПД теплового двигателя;
- сложность использования установки с электросетью из-за зависимости скорости
вращения генератора от скорости ветра;
- сложность и малая эффективность установки.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ветроэнергетическая
установка с тепловым двигателем (Полезная модель №15759, 7 F 03 D 09/00, 2000 г.), установка
содержит ветродвигатель, теплодвигатель, подсоединенные к электрогенератору,
дополнительно содержит регуляторы оборотов в интервале допустимых значений, к
недостаткам данного технического решения следует отнести:
- конструктивную сложность агрегата;
- низкий КПД газовой турбины из-за значительной величины теплового выброса после
сжигания топлива, а также низкую экономичность;
- сложность управления агрегатом при изменении скорости ветра, особенно порывистого
характера.
Целью предлагаемого изобретения является многоцелевое использование
комбинированной ветроэнергетической установки, а также значительное повышение КПД за
счет утилизации выхлопных (горячих) газов двигателей и тепла рассеяния.
Поставленная цель достигается в комбинированной ветроэнергетической установке,
содержащей энерговоспроизводящий блок в виде лопастного ветродвигателя, связанного с
ним нагнетателя воздушного потока и энергообеспечивающий и трансформирующий блок в
виде воздушной турбины и подключенного к ней генератора, состыкованного с
газотурбинным двигателем, установка снабжена блоком утилизации тепла и
технологическим блоком, например, опреснения морской воды и очистки ее, выполненным в
виде термодистиллятора и обратно-осмотического устройства, соединенных с блоком
утилизации тепла, лопасти ветродвигателя выполнены расчлененными на секции с
возможностью поворота их относительно друг друга и с возможностью поворота
относительно их продольной оси, энерговоспроизводящий и трансформирующий блок
выполнен с дополнительным, автономным двигателем внутреннего сгорания и соединенным с
ним электрогенератором, который связан с генератором газотурбинного двигателя в
единый энергоблок, при этом в системе управления имеется устройство, которое совместно
с ЭВМ обеспечивает получение электрических параметров, аналогичных электросетевым,
причем энерговоспроизводящий блок выполнен с устройством деления воздушного потока,
связанного гибкой пневмотрассой с нагнетателем воздушного потока, причем нагнетатель
выполнен программируемым, например, пневматическим и многоступенчатым, ступень
низкого давления которого соединена с воздушной турбиной и с каждым элементом
технологического блока, а ступень высокого давления - с устройством испарения воды
термодистиллятора и обратно-осмотическим устройством, которые соединены с блоком
утилизации тепла, при этом точка подключения пневмотрассы и электропитания выполнена
единой, к которой подключены торсионные валы, связанные с лопастным двигателем и
турбиной, установка снабжена дополнительным двигателем внутреннего сгорания,
установленным соосно ветродвигателю, газотурбинный двигатель и двигатель внутреннего
сгорания выполнены с различной мощностью, двигатель внутреннего сгорания выполнен с
устройством охлаждения, а блок утилизации тепла выполнен в виде газодинамического
теплообменника с выходом выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и
газотурбинного двигателя.
|
Предложенное техническое решение поясняется чертежом, где изображена схема
комбинированной ветроэнергетической установки, содержащей ветроэнергетическую
установку 1, ветроколесо выполнено конусным и лопастным с членением на отдельные
поворотные лопасти с устройством самоориентации ветроустановки “на ветер” за счет
демпфера рыскания, активным элементом которого является кривошипно-шатунный механизм,
связанный с пружинным приводом, осуществляющий поворот лопастей (изменение угла их
перевоначальной установки), при этом снижается (повышается) крутящий момент и частота
вращения (на схеме не показано) с редуктором 2, связанным с нагнетателем воздушного
потока (компрессором) 3, оснащенным коллектором высокого давления 4 и блоком низкого
давления 5, компрессор 3 питает воздушную силовую турбину 6, состыкованную с основным
электрогенератором 7 и газотурбинным двигателем 8, дополнительный двигатель
внутреннего сгорания 9 связан с дополнительным электрогенератором 10, основной
электрогенератор 7 и дополнительный 10 подключены к энергоблоку 11, который управляется
блоком 12 с устройством, оснащенным ЭВМ, обеспечивающим получение электрических
параметров, аналогичных электросетевым, от энергоблока 11 электроэнергия по линии 13
направляется в сеть; электрогенератор 7, газотурбинный двигатель 8, дополнительный
двигатель 9, дополнительный электрогенератор 10 соединены с блоком утилизации тепла 14,
оснащенным газодинамическим 15 и трубчатым 16 теплообменниками, а также
электроподогревателем (на схеме не показан), блок утилизации тепла 14 подключен к
термодистиллятору 17, подключен также к дополнительному элетрогенератору 10,
термодистиллятор имеет сборник чистой воды 18, блок утилизации имеет линию подачи
горячей воды потребителю 16А, сборник чистой воды термодистиллятора 18 соединен с
обратно-осмотическим устройством, состоящим из заборного блока загрязненной воды 19,
блока очистки I-й ступени 20 и блока обратного осмоса 21, и совместно связаны с
коммуникацией подачи чистой воды потребителю 22; элементы обратно-осмотического
устройства и термодистиллятора 17, 19, 20, 21 для надежного функционирования связаны с
редуктором 2 и муфтой между турбиной 6 и основным генератором 7 торсионными валами 23, они
(элементы) подключены также к пневмотрассе низкого и высокого давления, а также к
электросистеме в одной точке как для технологических целей - приводы насосов, арматуры,
элементов управления, так и для управления.
|
Комбинированная ветроэнергетическая установка работает следующим образом:
компрессор 3, имеющий две ступени давления (низкую и высокую), нагнетает воздух в
коллектор 4 и блок низкого давления 5, от компрессора 3 воздух направляется в воздушную
силовую турбину 6 и вращает основной электрогенератор ОЭГ 7, связанный с газотурбинным
двигателем ГТД 8 через муфту скольжения, он включается при слабом ветре и малом числе
оборотов турбины 6, дополнительный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 9 связан с
компрессором 3 и дополнительным электрогенератором ДЭГ 10, он включается при остановке
турбины 6 и ГТД 8, электроэнергия от ОЭГ 7 и ДЭГ 10 направляется в энергоблок 11, который
управляется блоком 12 и при напряжении, аналогичном сетевому, направляется потребителю
по линии 13, выхлопные газы и тепло рассеяния, а также электроэнергия подаются от ОЭГ,
ГТД, ДЭГ, ДВС - поз. 7, 8, 9 и 10 в блок утилизации тепла 14, в котором размещены
газодинамический 15 и трубчатый 16 теплообменники и теплообогреватель, блок утилизации
14 связан с 10 подачей горячей воды потребителю (при температуре 95°С) 16А, а также с
термодистиллятором 17, к которому подведена также электроэнергия от ДЭГ 10 и энергоблока
11, термодистиллятор оснащен сборником очищенной воды 18, кроме того, он соединен с
коммуникацией подачи чистой воды потребителю 22, к которой подключен и блок очистки
обратно-осмотическим способом 21, перед которым находятся блок забора загрязненной
воды 19 и блок очистки I-й ступени 20. Термодистиллятор 17 и блоки 19, 20 и 21 с целью надежного
управления и функционирования подключены торсионными валами 23 к термодистиллятору 17 и
блокам 19, 20 и 21.
Достижение решения предлагаемого изобретения проверено испытаниями
экспериментальных 11 моделей, входящих в него устройств: блока утилизатора с входящими
в него элементами, блока стабилизации напряжения электрического тока, а также, блоками-элементами
очистки воды и т.д.; оптимизированы конструкции аппаратов; испытания подтвердили
высокую надежность и полезность принятых решений.
Данное предлагаемое изобретение соответствует критерию изобретательский уровень.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Комбинированная ветроэнергетическая установка, содержащая энерговоспроизводящий
блок в виде лопастного ветродвигателя, связанного с ним нагнетателя воздушного потока
и энергообеспечивающий и трансформирующий блок в виде воздушной турбины и
подключенного к ней генератора, состыкованного с газотурбинным двигателем,
отличающаяся тем, что она снабжена блоком утилизации тепла и технологическим блоком,
например, опреснения морской воды и очистки ее, выполненным в виде термодистилятора и
обратно-осматического устройства, соединенных с блоком утилизации тепла, лопасти
ветродвигателя выполнены расчлененными на секции с возможностью поворота их
относительно друг друга и с возможностью поворота относительно их продольной оси,
энерговоспроизводящий и трансформирующий блок выполнен с дополнительным, автономным
двигателем внутреннего сгорания и соединенным с ним электрогенератором, который
связан с генератором газотурбинного двигателя в единый энергоблок, при этом в системе
управления имеется устройство, которое совместно с ЭВМ обеспечивает получение
электрических параметров аналогичных электросетевым, причем энерговоспроизводящий
блок выполнен с устройством деления воздушного потока, связанного гибкой
пневмотрассой с нагнетателем воздушного потока, причем нагнетатель выполнен
программируемым, например, пневматическим и многоступенчатым, ступень низкого
давления которого соединена с воздушной турбиной и с каждым элементом
технологического блока, а ступень высокого давления - с устройством испарения воды
термодистилятора и обратно-осматическим устройством, которые соединены с блоком
утилизации тепла, при этом точка подключения пневмотрассы и электропитания выполнена
единой, к которой подключены торсионные валы, связанные с лопастным ветродвигателем и
турбиной.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный двигатель внутреннего
сгорания установлен соосно ветродвигателю.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что газотурбинный двигатель и дополнительный
двигатель внутреннего сгорания выполнены с различной мощностью.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что двигатель внутреннего сгорания выполнен с
устройством охлаждения, а блок утилизации тепла выполнен в виде газодинамического
теплообменника с выходом выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и
газотурбинного двигателя.
Версия для печати
Дата публикации 30.01.2007гг
вверх
|
