close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 08103

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8103
(13) C1
(19)
(46) 2006.06.30
(12)
7
(51) F 03D 1/00, 7/04
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
(21) Номер заявки: a 20030932
(22) 2003.10.10
(43) 2005.06.30
(71) Заявитель: Сычик Василий Андреевич (BY)
(72) Авторы: Сычик Василий Андреевич;
Сычик Людмила Николаевна; Шамкалович Владимир Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Сычик Василий
Андреевич (BY)
(56) RU 2118701 C1, 1998.
RU 2065991 C1, 1996.
RU 2062352 C1, 1996.
SU 1692306 A3, 1991.
UA 53899 A, 2003.
DE 19643362 A1, 1998.
DE 2587763 A1, 1987.
BY 8103 C1 2006.06.30
(57)
Ветроэлектрическая установка, содержащая корпус, выполненный в виде вертикальной вытяжной башни, центральный вал, два ветроколеса, жестко установленных на центральном валу, электрогенератор, устройство разворота вытяжной башни, отличающаяся
тем, что вытяжная башня содержит воздухозаборник и выходной конфузор, выполненный
в форме тела вращения с образующей в виде экспоненты и с расширением книзу, на выходном конфузоре которой размещено первое ветроколесо, второе ветроколесо размещено
в зоне максимального напора воздушного потока, воздухозаборник выполнен в виде
Фиг. 1
BY 8103 C1 2006.06.30
полуцилиндра вытяжной башни в ее основании с проушинами, образующими с горизонтальной осью вытяжной башни угол 45°, в проемах которых размещены выдвижные воздухоулавливатели в виде плоских листов, при этом на вытяжной башне смонтирована
станина, содержащая блок управления, выполненный с возможностью управления разворотом башни и выдвижением воздухоулавливателей, ступенчатый редуктор, главным валом
которого является центральный вал, связанный зубчатой передачей с валом электрогенератора.
Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для использования в качестве источника возобновляемой энергии ветра.
Известна ветроэлектрическая установка, описанная в патенте России [1]. Она содержит ветроколесо с криволинейными лопастями, расположенными на валу, неподвижный
экран, выполняющий одновременно роль корпуса установки и щитов, служащих крышей
и стойками, использующих роль раструбов.
Ветроэнергетическая установка такого типа обладает, однако, невысокой надежностью работы и низким КПД.
В [2] рассмотрена ветроэлектрическая установка, которая содержит цилиндрический
корпус со входным конфузором, расположенные в нем ветроколеса, закрепленные на параллельных валах, связанных с генератором. Установка снабжена дополнительными ветроколесами с лопатками, закрепленными на дополнительных валах, причем валы
кинематически связаны между собой и расположены в плоскости, перпендикулярной оси
корпуса.
Эта ветроэнергетическая установка обладает сложной конструкцией, невысокой надежностью в работе и низким КПД.
Прототипом предлагаемого изобретения является ветроэлектрическая установка, описанная в [3]. Она содержит корпус в виде вертикальной вытяжной башни с выходным отверстием, в нижней части которой размещен воздуховод. На его выходе закреплен
направляющий аппарат, на валу которого снаружи воздуховода свободно закреплено ветроколесо. На валу электрогенератора установлено ветроколесо с возможностью аэродинамического взаимодействия со свободнозакрепленным ветроколесом. Ветроэнергетическая
установка также содержит устройство разворота вытяжной башни.
Недостатками ветроэлектрической установки-прототипа являются:
а) в нижней части полости вертикальной вытяжной башни с выходным отверстием
размещен воздуховод, что не обеспечивает перепад давления и повышение скорости ветряного потока в зоне размещения ветроколеса электрогенератора, а также существенно
снижает результирующий механический момент на валу ветроэлектрической установки и
ее КПД;
б) ветроколесо, свободно закрепленное на валу направляющего аппарата, связано с
ветроколесом электрогенератора не непосредственно или через редуктор, а путем аэродинамического взаимодействия, в результате чего КПД и коэффициент использования энергии ветра являются невысокими;
в) из-за отсутствия редуктора при малых ветронагрузках значительно снижается рабочая
частота генерируемой ЭДС, причем величина ЭДС нестабильна и зависит от напора ветра.
Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента использования энергии ветра и коэффициента полезного действия.
Поставленная задача достигается тем, что в ветроэлектрической установке, содержащей корпус, выполненный в виде вертикальной вытяжной башни, центральный вал, два
ветроколеса, жестко установленных на центральном валу, электрогенератор, устройство
разворота вытяжной башни, вытяжная башня содержит воздухозаборник и выходной конфузор, выполненный в форме тела вращения с образующей в виде экспоненты и с расши2
BY 8103 C1 2006.06.30
рением книзу, на выходном конфузоре которой размещено первое ветроколесо, второе
ветроколесо размещено в зоне максимального напора воздушного потока, воздухозаборник
выполнен в виде полуцилиндра вытяжной башни в ее основании с проушинами, образующими с горизонтальной осью вытяжной башни угол 45°, в проемах которых размещены выдвижные воздухоулавливатели в виде плоских листов, при этом на вытяжной башне
смонтирована станина, содержащая блок управления, выполненный с возможностью
управления разворотом башни и выдвижением воздухоулавливателей, ступенчатый редуктор, главным валом которого является центральный вал, связанный зубчатой передачей с валом электрогенератора.
Сущность изобретения поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображен главный вид электростанции в разрезе, а на фиг. 2 - разрез основания по линии воздухозаборника.
Ветроэлектрическая установка содержит корпус, выполненный в виде вертикальной
вытяжной башни 1 с воздухозаборником 2, станину 3, установленную на вытяжной башне 1.
На станине 3 размещен центральный вал 4 установки, установленный горизонтально на
подшипниках 5 станины 3, на котором со стороны выходного конфузора 6 вытяжной башни 1
установлено первое многолопастное ветроколесо 7, а с обратной стороны - второе ветроколесо 8. На станине 3 также размещены ступенчатый редуктор 9, насаженный на центральный вал 4, электрогенератор 10, связанный со ступенчатым редуктором 8 зубчатой
передачей, и блок управления 11. Вытяжная башня 1 основанием установлена на устройстве разворота башни 12.
Вытяжная башня 1 выполнена из стали, содержит воздухозаборник 2 с выходным конфузором 6, причем башня выполнена в форме тела вращения с образующей в виде экспоненты с расширением книзу. Такая форма внутреннего воздухопровода башни, как
показали результаты расчета и эксперимента, имеет минимальное сопротивление движущемуся воздуху и максимальную его скорость на выходном конфузоре 6, то есть в зоне
размещения первого ветроколеса 7. Вытяжная башня 1 основанием установлена на устройстве разворота башни 12 и с помощью блока управления 11 ориентируется воздухозаборником 2 по направлению ветра. Воздухозаборник 2 представляет, как показано на
фиг. 2, полуцилиндр вытяжной башни 1 в ее основании с проушинами 13, смещенными
под углом 45 ° к горизонтальной оси вытяжной башни 1, в проемах которых размещены
выдвижные воздухоулавливатели 14 в виде плоских стальных прямоугольных листов с
закруглениями на конце, движение которых в проемах проушин 13 осуществляется электроприводом (на фиг. не показано), регулируемым блоком управления 11. На верхней части башни 1, в ее горловине, установлена станина 3 с противовесом, повышение прочности
крепления которой к башне 1 осуществляется металлическими стержнями. Станина 3 ветроэлектрической установки выполнена из стали и является несущей конструкцией, на которой установлены центральный вал 4 в горизонтальном положении, ступенчатый
редуктор 9, электрогенератор 10 и блок управления 11. На станине 3 размещены подшипники 5 центрального вала 4.
На конце центрального вала 4 со стороны воздействия воздушного потока, выходящего
из выходного конфузора 6, жестко установлено первое ветроколесо 7, выполненное многолопастным или геликоидным, на обратном конце центрального вала 4 жестко установлено второе ветроколесо 8, также выполненное геликоидным или многолопастным.
Электрогенератор 10 - это трехфазный генератор с неподвижным статором и вращающимся ротором, мощность которого определяется размерами ветроколес, минимальной скоростью ветра, высотой вытяжной башни 1, то есть воздушным напором и
находится в пределах 100 кВт - 1 МВт. Его вал посредством зубчатой передачи связан со
ступенчатым редуктором 9, коэффициент передачи которого может ступенями изменяться
в широком интервале, например от 4 до 100 и более. Главным валом ступенчатого редуктора 9 является центральный вал 4, на концах которого закреплены ветроколеса 7 и 8.
Блок управления 11 контролирует скорость вращения ветроколес 7, 8 и скорость ветра. При изменении скорости ветра, например уменьшении до минимального уровня, блок
3
BY 8103 C1 2006.06.30
управления 11 обеспечивает с помощью электропривода максимальное выдвижение воздухоулавливателей 14 и повышение подачи воздушного потока в воздухозаборник 2. При
вариации скорости вращения ветроколес 7, 8 блок управления 11 изменяет коэффициент
передачи ступенчатого редуктора 9, поддерживая оптимальной скорость вращения ω генератора и его ЭДС:
(1)
Е = ψωsinωt,
где ψ - магнитопотокосцепление генератора.
Блок управления 11 также управляет устройством разворота башни 12 и обеспечивает
разворот воздухозаборника 2 и ветроколес 7 и 8 по направлению ветра.
Перепад давления в вытяжной башне 1 по ее высоте определяется из зависимости:
 − Mgh 
P = P0 exp
(2)
,
 KT 
где Р0 - давление газа у основания вытяжной башни; М - киломоль воздуха; h - высота
башни, м; К - постоянная Больцмана; Т - температура в К; g - ускорение свободного падения.
Скорость движения воздушного потока в выходном конфузоре 6 вытяжной башни 1
зависит от перепада давления и определяется из зависимости
(3)
ν = 1,73 PV ~ P1/ 2 ,
где Р - давление воздуха; V - его удельный объем.
С учетом (3) скорость воздушного потока при изменении давления в вытяжной башне
на порядок приводит к повышению скорости воздушного потока более чем в три раза.
Первое ветроколесо 7 выполнено многолопастным или геликоидным, и при его вращении
от воздушного потока из выходного конфузора 6 в вытяжной башне 1 оно преобразует поступательный воздушный поток во вращательный. Второе ветроколесо 8 устанавливается
в зоне максимального напора воздушного потока от действия воздушного потока от первого ветроколеса 7 и потока ветра на уровне станины 3. Расстояние между ветроколесами 7
и 8 по оси центрального вала в зоне максимального напора воздушного потока составляет
6...18 метров.
Вытяжная башня 1 установлена на устройстве разворота башни 12, которое смонтировано на железобетонном фундаменте.
Ветроэлектрическая установка работает следующим образом.
Воздухозаборник 2 и ветроколеса 7, 8 с помощью устройства разворота башни 12 устанавливаются по направлению ветра. Воздухоулавливатели 14 выдвинуты на оптимальное расстояние, определяемое блоком управления 11. Засасываемый воздухозаборником 2
воздушный поток, вследствие экспоненциального сужения по вертикали сечения вытяжной башни 1 и перепада давлений воздуха у основания вытяжной башни 1 и у выходного
конфузора 6, резко ускоряется и воздействует на первое ветроколесо 7, приводя во вращение центральный вал 4 и второе ветроколесо 8, на которое воздействует воздушный поток
от первого ветроколеса 7 и действия ветровой нагрузки, причем на второе ветроколесо 8
действует максимальный воздушный напор этих двух потоков. Второе ветроколесо 8 усиливает вращение центрального вала 4, то есть обеспечивает повышение механического
момента центрального вала 4, а следовательно и мощности электрогенератора 10 вследствие резкого повышения скорости всасываемого воздушного потока в вытяжной башне 1,
то есть воздушного напора на колеса 7 и 8. Блок управления 11 обеспечивает поддержание
номинальной частоты генерируемого напряжения в пределах f = 50 ± 5 Гц путем регулирования коэффициента передачи ступенчатого редуктора 9 и уровня смещения воздухоулавливателей 14 воздухозаборника 2, и устанавливает воздухозаборник 2 и ветроколеса 7, 8
по направлению действия ветра. Важным преимуществом предложенной ветроэлектрической
установки является снижение предельно минимальной скорости ветра до уровня 2 м/сек и
ниже. Электроэнергия снимается в нагрузку с электрощита электрогенератора 10.
4
BY 8103 C1 2006.06.30
Создан лабораторный макет ветроэлектрической установки по представленной на
фиг. 1 конфигурации, который, как показали результаты расчета и лабораторных испытаний, эффективно использует энергию ветра. Ветроэлектростанция, в которой высота вытяжной башни составляет 100 м, диаметр ее основания равен 30 м, рабочая длина лопасти
первого ветроколеса типа геликоидного равна 3,5 м, длина дуги геликоиды 3 м, второе
ветроколесо восьмилопастное с длиной лопасти 5 м при скорости ветра ν = 1 м/с позволяет вырабатывать электроэнергию мощностью 250 кВт. Коэффициент использования энергии ветра и КПД ветроэлектрической установки более чем в 1,5 раза превышают
указанные параметры ветроэлектростанций-аналогов.
Промышленное освоение предлагаемого ветроэлектрического устройства возможно на
предприятиях электроэнергетики и машиностроения.
Источники информации:
1. Патент России SU 1820025Al, МПК F 03D 3/04 // БИ № 21, 1993.
2. Патент России SU 1815413A1, МПК F 03D 3/04 // БИ № 18, 1993.
3. Патент России RU 2118701С 1, МПК F 03D 1/04 // БИ № 25, 1998.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
135 Кб
Теги
08103, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа