Ветроэнергетическая установка с тепловым двигателем

 

Изобретение относится к области использования энергии ветра в целях выработки электроэнергии. Ветроэнергетическая установка с тепловым двигателем, содержащая ветродвигатель, тепловой двигатель, снабженный компрессором наддува и соединенный через муфту сцепления и редуктор с электрогенератором, и систему управления, дополнительно снабжена воздушной турбиной и компрессором, соединенным с ветродвигателем, причем дополнительный компрессор соединен трубопроводами через последовательно установленные ресивер и управляемые клапаны с воздушной турбиной и с тепловым двигателем, при этом на валах, соединяющих воздушную турбину с редуктором и теплового двигателя с его компрессором, установлены муфты сцепления, а выход компрессора теплового двигателя снабжен управляемым клапаном. 1 ил.

Изобретение относится к области использования энергии ветра в целях выработки электроэнергии.

Наиболее близким решением, предназначенным для решения такой задачи, обнаруженным по источникам научно-технической и патентной информации, является ветроэнергетическая установка (ВЭУ) с тепловым двигателем, (Шефтер Я.И., Рождественский И.В. Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках. - Издательство Минсельхоза СССР, 1957, с. 122), содержащая ветродвигатель (ВД), тепловой двигатель (ТД), снабженный компрессором наддува и соединенный через муфту сцепления и редуктор с электрогенератором (ЭГ), и систему управления, принятая в качестве прототипа.

Недостатком такого технического решения является наличие длинного трансмиссионного вала для передачи мощности с ветроколеса на электрогенератор, что приводит к значительному усложнению конструкции; наличие переменного отворачивающего момента на головку ВЭУ со стороны вертикального вала, парирование которого также усложняет конструкцию; сложность и экономическая нецелесообразность использования установки для работы с сетью из-за большой зависимости скорости вращения генератора от внешних случайных факторов - скорости ветра и потребляемой мощности; при электрическом объединении (с. 121 той же книги) - наличие двух генераторов и электрической или иной системы синхронизации их работы, что значительно усложняет и удорожает установку. Кроме того, компрессор наддува отбирает часть мощности теплового двигателя, что не позволяет увеличивать тепловой КПД ТД выше 0,35 - 0,4.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и получение на этой основе экономичной установки обеспечивающей высокий КПД теплового двигателя (ТД), получение электроэнергии высокого качества и возможность работы установки на промышленную электросеть.

Указанная задача достигается тем, ветроэнергетическая установка с тепловым двигателем, содержащая ветродвигатель, тепловой двигатель, снабженный компрессором наддува и соединенный через муфту сцепления и редуктор с электрогенератором, и систему управления, дополнительно снабжена воздушной турбиной и компрессором, соединенным с ветродвигателем, причем дополнительный компрессор соединен трубопроводами через последовательно установленные ресивер и управляемые клапаны с воздушной турбиной и с тепловым двигателем, при этом на валах, соединяющих воздушную турбину с редуктором и теплового двигателя с его компрессором, установлены муфты сцепления, а выход компрессора теплового двигателя снабжен управляемым клапаном.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с прототипом выявляет в нем отличительные признаки, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенной установки критерию изобретения "Новое".

Анализ технических решений, известных из источников патентной и научно-технической информации позволяет сделать следующий вывод. В технике известно использование сжатого с помощью ВД воздуха для совершения работы (Шефтер Я.И., Рождественский И.В. Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках. - Издательство Минсельхоза СССР, 1957, с. 130...131, а также патент США N 4498017). Однако в первом случае использование сжатого компрессором ВД воздуха идет или непосредственно на привод пневматического двигателя, или на зарядку буферного пневмоаккумулятора для последующего восполнения недостающей энергии в периоды провалов скорости ветра. Во втором случае сжатый воздух используется только в качестве аккумулятора энергии от ветродвигателя из-за непостоянства скорости ветра. В предлагаемом же случае сжатый компрессором ВД воздух используется для наддува ТД (например, газотурбинного), что позволяет не затрачивать энергию сжигаемого в двигателе топлива на работу собственного компрессора и этим самым повысить тепловой КПД двигателя с 0,35 - 0,4 до 0,7 - 0,85.

Таким образом, можно утверждать, что между совокупностью признаков, в том числе и отличительными, и выполняемой ими функцией и достигаемой целью наблюдается неочевидная причинно-следственная связь. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что устройство предложенной ВЭУ не следует явным образом из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию охраноспособности "Изобретательский уровень".

Изобретение может быть использовано в энергетике, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенной конструкции критерию "Промышленная применимость".

На чертеже представлена схематичная компоновка ветроэнергетической установки с тепловым двигателем, содержащей ветроэнергетическую установку 1, состоящую из ветродвигателя 2 с дополнительным компрессором 3 и башни 4, трубопровод 5, ресивер 6, клапаны 7, 8 и 9, тепловой (например, газотурбинный) двигатель 10, с компрессором 11 и муфтой 12, воздушную турбину 13. Выходные валы ТД 10 и ВТ 13 соединены через муфты 14 и 15 с редуктором 16, который в свою очередь своим выходным валом соединен с электрогенератором 17.

Установка работает следующим образом. Основной режим работы: сжатый компрессором 3 воздух подается по трубопроводу 5 и через открытый клапан 8 поступает в ТД 10, который сжигая подаваемое в него топливо (на схеме система питания топливом не показана) через замкнутую муфту 15 вращает через редуктор 16 электрогенератор 17, который вырабатывает электроэнергию, поступающую к потребителю. При этом клапаны 7 и 9 закрыты, муфты 12 и 14 разомкнуты, а ресивер обеспечивает сглаживание мощности компрессора, обусловленное неравномерностью скорости ветра. При наличии ветра и сравнительно малом потреблении электроэнергии ТД 10 не работает, клапаны 8 и 9 закрыты, 7 - открыт, муфта 14 замкнута, муфта 15 разомкнута. Сжатый компрессором 3 воздух поступает в ВТ 13, которая через муфту 14 и редуктор 16 вращает генератор 17. При отсутствии ветра клапаны 7 и 8 закрыты, клапан 9 открыт, муфты 12 и 15 замкнуты, муфта 14 разомкнута. Тепловой двигатель работает получая сжатый воздух от своего компрессора наддува 11 и через муфту 15 и редуктор 16 вращает генератор 17.

Формула изобретения

Ветроэнергетическая установка с тепловым двигателем, содержащая ветродвигатель, тепловой двигатель, снабженный компрессором наддува и соединенный через муфту сцепления и редуктор с электрогенератором, и систему управления, отличающаяся тем, что ветроэнергетическая установка снабжена дополнительно воздушной турбиной и компрессором, соединенным с ветродвигателем, причем дополнительный компрессор соединен трубопроводами через последовательно установленные ресивер и управляемые клапаны с воздушной турбиной и с тепловым двигателем, при этом на валах, соединяющих воздушную турбину с редуктором и тепловой двигатель с его компрессором, установлены муфты сцепления, а выход компрессора теплового двигателя снабжен управляемым клапаном.

РИСУНКИ

Рисунок 1