Ветроэнергетическая установка с гидроприводом

Изобретение относится к области энергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам, передача энергии от ветротурбины к электрогенератору в которых происходит посредством гидропривода. Ветроэнергетическая установка с гидроприводом включает ветротурбину, установленный на ее валу гидронасос и гидромотор, соединенный с валом электрогенератора. Гидромотор снабжен ограничителем расхода. Между гидронасосом и гидромотором расположен гидроцилиндр с гидравлической и пневматической полостями, разделенными поршнем. Поршень соединен с запорным краном на напорном трубопроводе гидроцилиндра и оснащен грузом и/или пневматическая полость гидроцилиндра связана с пневматической системой. Гидропривод снабжен гидропневматическим демпфером. Изобретение позволяет повысить надежность работы ветроэнергетической установки и улучшить качество вырабатываемой электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам, передача энергии от ветротурбины к электрогенератору в которых происходит посредством гидропривода.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая ветротурбину и непосредственно связанный с ее валом электрогенератор (см. патент RU 42331791, кл. МПК F03D 1/04, опубл. 20.08.2008). Основным недостатком известного устройства является необходимость использования многополюсных генераторов для получения электроэнергии с промышленной частотой ~50 Гц, т.к. диапазон частоты вращения вала ветротурбины находится в пределах 80-150 об/мин. Подобные электромеханизмы обладают большой массой и габаритами, а также имеют сложную коммутационную аппаратуру, значительно увеличивающую стоимость энерговетроустановки в целом. Кроме того, указанная масса электрогенератора должна быть сосредоточена в верхней части мачты ветроустановки (высота мачты 10-15 м и более), что потребует ее повышенной статической устойчивости и может привести к появлению виброколебаний ветроустановки в низкочастотном диапазоне с возможным появлением резонансных явлений, вызванных вращением лопастей рабочего колеса.

Известна ветроэнергетическая установка с гидроприводом, являющаяся наиболее близким аналогом к заявленному изобретению и включающая ветротурбину, установленный на ее валу гидронасос и гидромотор, соединенный с валом электрогенератора (см. патент RU 42862, кл. МПК F03D 9/00, опубл. 20.12.2004). Гидравлический метод передачи энергии вращения ветротурбины имеет меньшие массы и габариты по сравнению с указанным выше методом непосредственной передачи, к тому же он позволяет производить установку гидромотора и генератора в наземных условиях, что упрощает замену и ремонт отдельных агрегатов. Частота вырабатываемого тока в известном устройстве регулируется с помощью электрической схемы, управляющей муфтой сцепления. Однако использование электрической схемы управления недостаточно надежно и ведет к неоправданному усложнению коммутаций установки.

Задачей заявленного изобретения является устранение указанных недостатков и создание ветроэнергетической установки с гидравлическим приводом обратной связи, обеспечивающим постоянную частоту вращения вне зависимости от ветровой нагрузки, воздействующей на рабочее колесо ветротурбины, и не требующим поворота ее лопастей. Технический результат заключается в повышении надежности работы ветроэнергетической установки и повышении ресурса ее работы. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка с гидроприводом включает ветротурбину, установленный на ее валу гидронасос и гидромотор, соединенный с валом электрогенератора, причем гидромотор снабжен ограничителем расхода, а между гидронасосом и гидромотором расположен гидроцилиндр с гидравлической и пневматической полостями, разделенными поршнем, который соединен с запорным краном на напорном трубопроводе гидроцилиндра. При этом поршень гидроцилиндра может быть оснащен грузом и/или пневматическая полость гидроцилиндра связана с пневматической системой. Гидропривод предпочтительно снабжен гидропневматическим демпфером.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой установки с гидроприводом, в котором поршень гидроцилиндра оснащен грузом;

на фиг.2 - установка, в которой пневматическая полость гидроцилиндра связана с пневматической системой.

Гидропривод предлагаемой ветроэнергетической установки состоит из гидронасоса 1, вал которого соединен с валом рабочего колеса ветротурбины, запорного поворотного крана 2, гидроцилиндра 4 с полостями А - гидравлической и Б - пневматической, гидропневматического демпфера 5, пневморедукторов 6, газовых баллонов 7, ограничителя расхода 8, гидромотора 9, маслоблока 10, находящегося под избыточным давлением от газового трубопровода 11 и сливного трубопровода 12. Нагружение гидроцилиндра 4 может быть осуществлено посредством установки груза 13 массой 5-10 т (фиг.1) или путем соединения пневматической полости Б с общей пневматической системой (фиг.2).

Предлагаемое устройство работает следующим образом. На номинальном режиме ветровой нагрузки производительность рабочей жидкости, обеспечиваемой гидронасосом 1, соответствует потребляемому расходу гидромотора 9. При этом гидростатическое давление в полости А гидроцилиндра 4 уравновешено давлением газа, поступающего в полость Б из трубопровода 11. Поршень гидроцилиндра 4 в это время находится в уравновешенном состоянии, без движения.

В случае увеличения ветровой нагрузки ограничитель расхода 8 ограничивает поступление рабочей жидкости к гидромотору 9 и ее избыток поступает в полость А гидроцилиндра 4. Поршень и шток гидроцилиндра 4 при этом перемещаются вверх до крайнего положения, перекрывая проходное сечение запорного крана 2. Гидронасос 1 и вал ветротурбины в этих условиях останавливаются. При этом другая пневматическая полость Б, соединенная с газовым баллоном 7, накапливает энергию сжатия газа, создавая своим давлением усилие, равное усилию давления рабочей жидкости. Объем газа в системе в несколько раз превышает рабочий объем жидкости гидроцилиндра. Несколько таких объемов (газовых баллонов) могут обеспечить противодействующее давление - превышающее давление рабочей жидкости на 8…10%. В дальнейшем питание гидромотора 9 рабочей жидкостью осуществляется только за счет объема рабочей жидкости в полости А, находящейся под давлением газа в полости Б.

В случае снижения ветровой нагрузки или скорости ветра аккумулирующий поршень и шток гидроцилиндра 4 вновь перемещаются в нижнее положение под воздействием давления газа, а объем рабочей жидкости беспрепятственно поступает к гидромотору 9. Шток гидроцилиндра, перемещаясь, открывает кран 2 и растормаживает вал рабочего колеса ветротурбины. Рабочая жидкость из гидромотора 9 - в расходный бак и из него по всасывающему трубопроводу 12 поступает вновь к гидронасосу 1, замыкая цикл.

Запорный кран 2 снабжен механизмом быстрого отключения и включения при помощи пружины, установленной по оси рычага крана (на чертежах показано условно). При быстром закрытии крана 2 возможны значительные перегрузки на детали рабочего колеса и гидронасоса, от инерционных сил вращающихся масс, в основном рабочего колеса ветротурбины. Для исключения этого явления предусмотрен гидропневматический демпфер 5, полости которого соединены: нижняя - с напорным трубопроводом 3, верхняя - с газовым трубопроводом 11. Объем верхней полости демпфера 5 позволяет плавно задержать вращение вала ветротурбины, исключая повышенные инерционные нагрузки.

Необходимо отметить, что при незначительном торможении потока ограничителем расхода 8 (до остановки гидронасоса 1) давление рабочей жидкости будет повышаться, создавая одновременно повышенный вращающий момент на валу гидронасоса 1 и снижая частоту вращения вала рабочего колеса ветротурбины, что является благоприятным фактором.

На пониженных ветровых нагрузках, ниже номинальной, поршень гидроцилиндра 4 всегда находится в крайнем нижнем положении и рабочая жидкость от гидронасоса 1 непосредственно поступает к гидромотору 9 генератора через ограничитель расхода 8, который в это время находится в состоянии максимального расхода, беспрепятственно пропуская через себя всю рабочую жидкость.

Естественно, что, как и во всех подобных случаях, необходимо применение частотного преобразователя, который должен поддерживать заданную частоту тока. Таким образом, действие гидросистемы можно назвать циклическим, обеспечивающим постоянный расход при постоянном давлении рабочей жидкости на всех режимах ветровой нагрузки, кроме нагрузки ниже номинальной. Циклическое действие гидросистемы существенно увеличивает надежность и ресурс работы всей установки. Важным достоинством предлагаемой установки является то, что она позволяет использовать серийно выпускаемые комплектующие изделия (гидроцилиндр, демпфер, маслобак и т.д.), что значительно снижает стоимость изготовления изделия. Предлагаемая установка позволяет достичь 2-3% точности поддержания частоты вращения асинхронного генератора, выполненного в обычном серийном изготовлении.

1. Ветроэнергетическая установка с гидроприводом, содержащая ветротурбину, установленный на ее валу гидронасос и гидромотор, соединенный с валом электрогенератора, отличающаяся тем, что гидромотор снабжен ограничителем расхода, а между гидронасосом и гидромотором расположен гидроцилиндр с гидравлической и пневматической полостями, разделенными поршнем, который соединен с запорным краном на напорном трубопроводе гидроцилиндра, при этом поршень гидроцилиндра оснащен грузом, и/или пневматическая полость гидроцилиндра связана с пневматической системой.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что гидропривод снабжен гидропневматическим демпфером.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики, в частности к ветроэлектрогенераторам преимущественно сегментного типа. Ротор сегментного ветроэлектрогенератора содержит зубцы, пазы, обод, спицы и ступицу.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения помещений. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики, конкретно - к автономным ветроэнергетическим станциям, содержащим несколько ветроэнергетических установок с генераторами переменного тока.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а конкретно к устройствам для преобразования энергии ветра в тепловую энергию. .

Изобретение относится к области судостроения, более конкретно - к плавучим средствам выработки электроэнергии. .

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования и использования энергии ветра. .

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для производства электроэнергии. .

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. .

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для выработки электроэнергии. Аэроэлектростанция для использования энергии ветра содержит горизонтальный воздуховод, вертикальный воздуховод и электрогенераторы, которые кинематически соединены с рамами, последовательно установленными в плоскостях поперечного сечения воздуховодов с возможностью возвратно-поступательного движения, ограниченного упругими упорами. Рамы снабжены планами аэродинамического профиля, причем в первой от входа воздуховода раме планы установлены с возможностью ограниченного упорами синхронного поворота относительно продольных осей воздуховода на продольных осях, расположенных в плоскости рамы, во второй раме планы относительно рамы неподвижны. Изобретение позволяет обеспечить любую требуемую мощность электростанции. 2 ил.

Изобретение относится к области альтернативной энергетики с использованием возобновляемых источников энергии. Ветроэнергетическая установка содержит ротор, промежуточный редуктор, гидравлическую систему, гидравлический насос, гидравлический мотор, регулятор оборотов гидравлического мотора и генератор электрического тока. Ротор разбит на независимые ступени по диаметру, установленные на коаксиальных валах. Установка снабжена промежуточным валом, обеспечивающим передачу крутящего момента валу гидронасосов, датчиком секундного расхода жидкости и гидравлическим переходником. Коаксиальные валы сообщены посредством промежуточного редуктора и муфт свободного хода с промежуточным валом. Общая мощность установки разбита на отдельные энергоблоки. Крутящий момент от каждой ступени передается через телескопические валы, муфты свободного хода, промежуточный редуктор на вал гидронасосов. Гидромоторы вращают ротор генератора с постоянными оборотами независимо от скорости ветра, т.к. имеют регуляторы постоянных оборотов. Муфты обеспечивают независимость работы ступеней друг от друга. Поэтому каждая ступень ротора вращается с разной угловой скоростью. Суммирование крутящих моментов ступеней осуществляется промежуточным редуктором. Использование установки обеспечит повышение коэффициента использования энергии ветра за счет разбивки ротора на ступени при том же диаметре ротора. 13 ил.

Изобретение относится к ветро(гидро)энергетике и может быть использовано в качестве источника электроэнергии. Энергоустановка состоит из одного или нескольких энергоагрегатов, содержащих корпус с диффузором, ветроколесо или рабочее колесо с лопастями, электрогенератор, передачу от ветроколеса к электрогенератору, включающую две пары конических шестерен, первый и второй валы. Каждый энергоагрегат содержит ведущую коническую шестерню, закрепленную на выходном конце первого вала, две ведомые конические шестерни, каждая из которых соединена со своей муфтой обгона, ведомые звенья которых закреплены на втором валу, соединенном через мультипликатор и эластичную муфту с электрогенератором. Мультипликатор может быть выполнен в виде планетарного ряда, водило которого соединено со вторым валом, солнечная шестерня соединена с электрогенератором через эластичную муфту. Установка может быть снабжена ручным и автоматическим регулятором скорости вращения электрогенератора, механическая часть которого выполнена в виде планетарного ряда, солнечная шестерня которого соединена с выходным валом мультипликатора, эпицикл соединен с колесом червячной передачи, червяк которой соединен с исполнительным электродвигателем, а водило планетарного ряда через ряд кинематических звеньев соединено с коническим зубчатым колесом, сидящим подвижно на валу рабочего колеса и находящимся в зацеплении с шестеренками, сидящими на осях и соединенными с лопастями. Установка надежна к перегрузкам при штормовых условиях погоды. 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к ветроэлектрогенераторам преимущественно сегментного типа. Ротор содержит зубцы, пазы, обод, спицы и ступицу. Зубцы выполнены в виде многожильного троса, навитого вокруг обода в виде спирали, и образованы участками троса, находящимися за ободом по потоку. Пазы образованы промежутками между витками спирали при совместной навивке вместе с тросом немагнитного каната. Концы троса закреплены в проеме профиля обода. Изобретение направлено на уменьшение массы и габаритов ротора ветроэлектрогенератора при минимизации его стоимости за счет упрощения технологии изготовления и относительной дешевизны заготовок - сравнительно коротких отрезков троса, которые широко применяются в подъемно-транспортной технике. 3 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения механической или электрической энергии. Ветроустановка содержит неподвижный несущий корпус, вертикальную ось, соединенную с ротором в верхней части, электрогенератором и побудителем тяги в основании корпуса, выполненным в виде кольцевой камеры ввода горячего воздуха от дополнительно введенного и расположенного в потоке теплообменника «вода-воздух». Над камерой на оси установлено ветроколесо, а по образующей корпуса выполнены окна, в которых размещены лопасти тангенциально к его окружности. В потоке дополнительно установлено устройство для аэрации жидкости, вход которого подключен к выходу теплообменника, а его выход с влажным горячим воздухом соединен с кольцевой камерой побудителя тяги. На вертикальной оси между ротором и ветроколесом установлена обгонная муфта, ротор установлен в конусной части несущего корпуса, а на его оголовке расположен разряжитель воздуха. Ветроустановка может быть использована для выработки электрической энергии из тепловых сбросов воды в пруды-охладители АЭС, ТЭЦ и др. путем преобразования их в вихревые потоки для функционирования ветроустановки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к области авиации. Высотная платформа включает связку из летательных аппаратов, которые соединены между собой посредством гибкого кабель-троса, обеспечивающего передачу усилий и содержащего каналы передачи электроэнергии и информационного управляющего сигнала от одного аппарата к другому. На одном из летательных аппаратов установлен ветрогенератор. Способ размещения высотной платформы характеризуется тем, что летательные аппараты располагают в устойчивых ветровых потоках, движущихся с различной относительно земли скоростью и(или) в различном направлении, а удержание данной связки в заданной точке или передвижение ее относительно земли в заданном направлении обеспечивают с помощью аэродинамических органов управления и силовых установок, используя разность энергий ветровых потоков при сохранении постоянной высоты полета, и(или) за счет энергии, полученной от ветрогенератора на одном из летательных аппаратов и передаваемой через кабель-трос на силовые установки других летательных аппаратов. Полезную нагрузку размещают на летательных аппаратах или на соединяющем их кабель-тросе. Группа изобретений направлена на продолжительное барражирование высотной платформы. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в ветроэнергетической установке. Технический результат изобретения заключается в получении более эффективного охлаждения кольцевого генератора. Кольцевой генератор ветровой энергетической установки включает в себя статор, периферическое кольцо статора для размещения обмоток статора, вращающуюся часть, установленную с возможностью вращения относительно статора, и соединенную с кольцом статора крышку статора. Крышка обеспечивает создание камеры нагнетания с повышенным или пониженным давлением, служащей для обеспечения воздушного потока через и/или по статору и/или вращающейся части для охлаждения кольцевого генератора. При этом в крышке статора имеется, по меньшей мере, одно укомплектованное воздуходувкой отверстие воздуходувки. Воздуходувка установлена с возможностью перемещения посредством движущего механизма, чтобы временно открывать отверстие воздуходувки для целей технического обслуживания и/или для прохода человека. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии. Безредукторный ветроэлектроагрегат содержит башню, поворотное основание, снабженное ветроколесом с сегментными роторными элементами и установленной в подшипники втулкой, кронштейном со статорными элементами, в состав которых входят наконечники, рабочие катушки, источник возбуждения и хвостовой направляющий элемент. Сегментные роторные элементы выполнены в виде уголков, горизонтальные полки которых соединены с ободом ротора, вертикальные полки соединены с лопастями, первые полюсные наконечники установлены в зоне аксиального воздушного зазора с горизонтальными полками уголков, а вторые полюсные наконечники размещены в зоне торцевого воздушного зазора с вертикальными полками уголков. Преимуществом заявленного изобретения является высокая технологичность, обусловленная простой формой статорных элементов, а также улучшенные характеристики воздушного зазора, имеющего как аксиальную, так и торцевую компоненты, что увеличивает общую протяженность воздушного зазора, а это в свою очередь приводит к уменьшению магнитного сопротивления и, следовательно, массы габаритных показателей статорного элемента при той же стоимости, что в результате повышает энергоотдачу. 1 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для питания электроэнергией различных потребителей, в частности, работающих на постоянном токе. Ветроэнергетическая установка содержит карусельный ветродвигатель с пьезопреобразователями, генератор постоянного тока, электрощиток с сумматором, аккумуляторы и тяговый электродвигатель. Сумматор тока электрощитка связан электрически через 2-жильный кабель и переключатель с аккумуляторами, которые через другой переключатель и регулятор скорости связаны с тяговым электродвигателем. Вертикальный вал ветродвигателя проходит через верхний опорный и нижний опорно-упорный подшипники, установленные в раме ветродвигателя, и станину, механически через муфту соединен с генератором постоянного тока, размещенным в стакане, прикрепленном снизу станины, электрически через кабель соединен с сумматором тока электрощитка, который также соединен через кабель с пьезопреобразователями ветродвигателя. Предлагаемая ветроэнергетическая установка при наличии ветра достаточной силы обеспечит увеличение электрической мощности путем повышения эффективности работы, например обеспечит электромобиль через аккумуляторы оптимальным движением его без забора электрической энергии извне. 1 ил.

Вертикальный ветровой электрогенератор содержит опорную колонну (1), по крайней мере один генераторный блок (2), по крайней мере две лопасти (3), устройство контроля возбуждения, выпрямительное устройство, реверсивный частотный преобразователь, фланцы, опоры, систему охлаждения, подъемный механизм (80) и подъемную систему. Генераторный блок (2) содержит фиксатор, генератор и возбудитель. Фиксатор содержит внешний фиксатор и внутренний фиксатор. Генератор содержит статор и ротор. Возбудитель содержит статор и ротор. Вертикальный ветровой электрогенератор может быть изготовлен со снижением его стоимости, быстро запущен, увеличивает эффективность использования ветровой энергии, имеет более высокую эффективность охлаждения генератора, увеличивая тем самым срок его службы и снижая стоимость и время, затраченные на его техобслуживание. 16 з.п. ф-лы, 32 ил.
Наверх