Дроссельное устройство энергетической установки

Изобретение относится к области энергетики и касается конструкции устройств обеспечения безопасности эксплуатации установок, преобразующих энергию ветра в электрическую энергию. Дроссельное устройство энергетической установки содержит входной диффузор, выполненный в виде аэродинамической направляющей флюгер-балки, имеющей корневую и консольную части и установленную в корневой части на оси с возможностью кругового поворота на ней и под некоторым углом α по отношению направления набегающего потока. Флюгер-балка выполнена сужающейся от корневой части к консольной, причем к вогнутой консольной части флюгер-балки присоединена приемная камера с одним и более ветроколесами, соединенными с генераторами электрической энергии. Дроссельное устройство выполнено в виде окон на верхней и боковых поверхностях суживающейся части флюгер-балки, снабженных подвижными заслонками, взаимодействующими с упругими чувствительными элементами в виде полых трубок, свободный конец которых герметично закрыт и контактирует с заслонкой, а другой конец газодинамически связан с полостью проточного канала флюгер-балки. Изобретение обеспечивает повышение уровня надежности, а также эффективности применения ветроэнергетической установки в целом. 4 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к конструкции устройств обеспечения безопасности эксплуатации энергетических установок, преобразующих энергию ветровых потоков в электрическую энергию.

Известна конструкция энергетической установки, содержащей открытый диффузор, выполненный в виде центрального профилированного тела с закрепленными на нем радиальными неподвижными лопатками, снаружи которого расположена маховичная обечайка с проточными генераторами электрической энергии (см. патент РФ №2205291, МКИ 7 F03D 1/00 от 27.05.2003 г., авторы - Милосердов В.П., Лобанов С.М., Руднев П.В. - Энергетическая установка).

Недостатком этой конструкции является зависимость вырабатываемой электрической энергии установки от площади входного диффузора и мощности набегающего ветрового потока, что ведет к необходимости увеличения габаритов и массы конструкции установки.

Также известна энергетическая установка, принятая за прототип, содержащая входной диффузор, выполненный в виде аэродинамической направляющей флюгер-балки, имеющей вогнутую и выгнутые части и установленной корневой частью на оси с возможностью кругового поворота на ней и под некоторым углом α по отношению к набегающему потоку, при этом флюгер-балка выполнена сужающейся от корневой части к консольной части. К вогнутой консольной части присоединена боковым тангенциальным входным окном приемная камера с симметричными выходными каналами, а внутри нее между выходными каналами размещены одно и более ветроколеса с генераторами электрической энергии (см. патент РФ №2269763, МПК F03D 1/04 от 10.02.2006 г., авторы - Милосердов В.П., Милосердов И.В. - Энергетическая установка).

Однако при эксплуатации конструкции такой ветроустановки при порывистых и неустойчивых во времени ветровых потоков с натекающей стороны флюгер-балки повышается нагрузка на конструкцию из-за градиента давления и перепада силовых нагрузок на стенки флюгер-балки, что ведет к снижению уровня безопасности эксплуатации и конструкционной прочности установок подобного типа.

Технический результат предложенного изобретения заключается в повышении надежности работоспособности дроссельного устройства ветроэнергоустановок.

Сущность изобретения заключается в том, что в дроссельном устройстве энергетической установки, содержащем входной диффузор, выполненный в виде аэродинамической направляющей флюгер-балки, имеющей корневую и консольную части и установленную в корневой части на оси с возможностью кругового поворота на ней и под некоторым углом α по отношению направления набегающего потока. При этом флюгер-балка выполнена сужающейся от корневой части к консольной, причем к вогнутой консольной части флюгер-балки присоединена приемная камера с одним и более ветроколесами с генераторами электрической энергии. Дроссельное устройство выполнено в виде окон на верхней и боковых поверхностях суживающейся части флюгер-балки, снабженных подвижными заслонками, взаимодействующими с упругими чувствительными элементами в виде полых трубок, свободный конец которых герметично закрыт и контактирует с заслонкой, а другой конец газодинамически связан с полостью проточного канала флюгер-балки.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется графически, где на фиг.1 показан общий вид установки, на фиг.2 - вид установки по А-А фиг.1, на фиг.3 - вид по Б фиг.1, на фиг.4 - вид В подвижной заслонки фиг.1, 2, 3.

Предлагаемое техническое решение состоит из аэродинамической направляющей флюгер-балки 1, выполненной в виде сужающегося от корневой 2 к консольной 3 частям короба 4. Короб 4 имеет сужающийся проточный канал 5, ограниченный боковыми 6 и наветренной сужающейся хвостовой 7 поверхностями.

Флюгер-балка 1 закреплена корневой частью 2 на вертикальной оси 8 наземной станции обслуживания 9 с возможностью кругового поворота.

Посредством привода 10 короб 4 аэродинамической флюгер-балки 1 для повышения эффективности забора набегающего потока имеет возможность управляемого ориентирования по углу α относительно ветрового потока. Фиксация положения флюгер-балки 1 осуществляется по вертикальной оси 8 тормозным устройством 11 (например, тормозными колодками) и по горизонтальной оси 8а посредством тормозного устройства 11а.

На консольной части 3 короба 4 установлена приемная камера 12, снабженная боковым тангенциальным входным окном 13 диффузора 14. Наветренная сужающаяся 7 вместе с боковыми 6 поверхностями способствует формированию напорного потока в направлении входного окна 13 диффузора 14 приемной камеры 12.

Между боковым тангенциальным входным окном 13 диффузора 14 и симметричными выходными каналами 15 и 15а приемной камеры 12 на пилонах 16 установлены один и более ветроколес 17 с одним и более генераторами 18 электрической энергии. Ветроколеса 17 с лопастями 19 снабжены управляемыми муфтами сцепления 20.

Работа генераторов 18 и других энергосистем контролируется и осуществляется посредством систем коммуникаций 21 системы управления наземной станции обслуживания 9.

В сужающейся части проточного канала 5 короба 4 по поверхностям 6 и 7 выполнены соответственно окна 22 и 23, снабженные подвижными дроссельными заслонками 24. Заслонки 24 закреплены на поверхностях 6 и 7 посредством осей 25 и взаимодействуют поверхностью 24а с упругими чувствительными элементами-приводами 26, выполненными в виде трубчатых пружин.

Трубчатые пружины представляют собой полые металлические трубки 27 некруглого сечения (обычно эллиптического или овального). Свободный подвижный конец 28 трубки 27 закрыт наглухо (герметически) и контактирует с подвижной заслонкой 24 поверхностью 24а. Неподвижный конец 29 трубки 27 полой полостью 30 газодинамически связан с полостью 31 проточного канала 5 короба 4.

Устройство работает следующим образом.

По команде с наземной станции обслуживания 9 через линии коммуникаций 21 системы управления флюгер-балка 1 снимается тормозным устройством 11 со стопорного состояния. Под действием ветрового потока флюгер-балка 1 ориентируется по нему на вертикальной оси 8. Посредством муфт сцепления 20 производится сцепление ветроколеса 17 с генераторами 18, а приводом 10 короб 4 аэродинамической направляющей флюгер-балки 1 устанавливается относительно ветрового потока под оптимальный угол α и стопорится в этом положении тормозным устройством 11а. Сужающейся к хвостовой 7 части короб 4 флюгер-балки 1 способствует формированию напорного ветрового потока в направлении бокового тангенциального входного окна 13 диффузора 14 приемной камеры 12.

При тангенциальном подводе потока в приемную камеру 12 вихревая закрутка под действием центробежных массовых сил способствует формированию пристеночного потока повышенной плотности и повышению эффективности использования пристеночных участков лопастей 19 ветроколес 17. Генераторы 18, взаимодействующие с вращающимися ветроколесами, вырабатывают электрическую энергию, которая через линии коммуникаций 21 и станцию обслуживания 9 передается потребителям. Из приемной камеры 12 поток выходит через симметричные выходные каналы 15 и 15а.

Эксплуатация энергетической установки в условиях резких изменений ветровых напоров (порывы, ураганы и т.д.) вызывает генерирование значительных перепадов нагрузок в сужающемся проточном канале 5 короба 4 аэродинамической флюгер-балки 1, приводит к нарушению прочностных характеристик конструкции короба 4 и установки в целом.

При резких изменениях ветрового напора внутри проточного канала 5 короба 4 флюгер-балки 1 и превышении усилия предварительного поджатия подвижной дроссельной заслонки 24 свободным подвижным концом 28 упругого чувствительного элемента-привода 27, под действием давления Р внутри проточного канала 5 свободный конец элемента-привода 27 стремится выпрямиться, получает перемещение λ и скользит по поверхности 24а дроссельной заслонки 24. Дроссельная заслонка 24 под действием давления Р в канале 5 поворачивается на оси 25 на угол β, открывая окно 22, 23 короба 4 флюгер-балки 1. Производится сброс давления Р из сужающего проточного канала 5 короба 4.

При выполнении регламентных работ на установке с наземной станции обслуживания 9 через линии коммутаций 21 производится обеспечение внешних потребителей электроэнергии, остановка ветроколес 17 муфтами 20, стопорение флюгер-балки 1 на осях 8 и 8а соответственно тормозными устройствами 11 и 11а. При необходимости свободный подвижный конец 28 упругого чувствительного элемента- привода 26 имеет предварительное поджатие спуска консольной части 3 флюгер-балки 1 на наземную поверхность по команде на привод 11а, производится перемещение консольной части 3 в вертикальной плоскости по углу α на горизонтальной оси 8а.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет по сравнению с известными решениями повысить уровень надежности работоспособности дроссельного устройства и эффективность применения энергетической установки в целом, снизить удельную стоимость вырабатываемой ею электрической энергии, а также улучшить экологическую обстановку.

Представленное к защите патентом дроссельное устройство энергетической установки может быть изготовлено на предприятиях, выпускающих подобную продукцию на базе известных технологий производства.

Дроссельное устройство энергетической установки, содержащей входной диффузор, выполненный в виде аэродинамической направляющей флюгер-балки, имеющей корневую и консольную части и установленную в корневой части на оси с возможностью кругового поворота на ней и под некоторым углом α по отношению направления набегающего потока, при этом флюгер-балка выполнена сужающейся от корневой части к консольной, причем к вогнутой консольной части флюгер-балки присоединена приемная камера с одним и более ветроколесами, соединенными с генераторами электрической энергии, отличающееся тем, что оно выполнено в виде окон на верхней и боковых поверхностях суживающейся части флюгер-балки, снабженных подвижными заслонками, взаимодействующими с упругими чувствительными элементами в виде полых трубок, свободный конец которых герметично закрыт и контактирует с заслонкой, а другой конец газодинамически связан с полостью проточного канала флюгер-балки.