Ветроэнергетическая установка



Ветроэнергетическая установка
Ветроэнергетическая установка

 


Владельцы патента RU 2504687:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) (RU)

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии при небольшом ветре. Ветроэнергетическая установка содержит опорную башню, ветроколесо, гондолу электроагрегата, поворотное основание, снабженное устройством ориентации на ветровой поток, выполненным в виде хвостовика двухкилевой схемы вертикального оперения. Кили закреплены на концевых участках стабилизатора, расположенного на поворотном основании. Каждый киль состоит из пары элементов, одинаковых по размерам и с одинаковыми несимметричными профилями с постоянной хордой по всей длине, причем элементы установлены относительно друг друга под углом и с зазором, образующим профилированную щель. Элементы жестко соединены по торцам. Изобретение обеспечивает возможность поворота плоскости ветроколеса с горизонтальной осью вращения относительно ее вертикальной оси вращения при небольшой скорости набегающего потока в условиях максимального торможения скорости ветрового потока за плоскостью вращения ветроколеса при простоте конструкции устройства ориентации на ветер и его экономичности. 2 ил.

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии при небольшом ветре.

В настоящее время практический интерес представляет создание горизонтально-осевых ветроэнергетических установок (ВЭУ) для регионов планеты, где среднегодовые скорости ветра соответствуют V=3-6 м/с. Горизонтально-осевые ВЭУ практически все пропеллерного типа. Вращающий момент создается за счет подъемной силы на лопастях. Относительно вектора скорости ветроколесо в рабочем положении может располагаться перед башней (up wind) или после нее (down wind). В предлагаемом изобретении используется первый случай. Для стабильной работы ВЭУ малой и средней мощности чаще всего применяют систему активной самоориентации (за счет взаимодействия элементов ветроустановки с ветровым потоком). Наиболее часто в качестве таких устройств для горизонтально-осевых ВЭУ малой и средней мощности применяют хвостовик или флюгер.

Основное требование к системе активной самоориентации на направление ветра следующее:

- при всех режимах работы должна соблюдаться устойчивость положения гондолы в потоке, т.е. ориентация должна выполняться только при существенном и относительно долговременном изменении направления ветра, а не при случайных его пульсациях.

Известно техническое решение «Лопастное устройство», патент РФ №2272932, МКП 6 F03D 1/00, опубл. 27.03.2006 г., содержащее лопасти, кинематически связанные с генератором электрической энергии, при этом оно выполнено в виде флюгера с направляющим хвостовиком, исполняющим функцию самоориентации.

Недостатком данного изобретения является то, что при простоте конструкции хвостовика, а именно устройство ориентации, имеет повышенную скорость поворачивания лопастного устройства вокруг ее вертикальной оси и усложняет ее уравновешивание, что сказывается на точности, качестве и эффективности работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и взятому за прототип является «Безредукторный ветроэлектроагрегат», патент РФ №2337251, МКП 6 F03D 7/00, опубл. 27.10.2008 г., содержащий неподвижную башню, поворотное основание, ветроколесо, электроагрегат и устройство ориентации в виде хвоста.

Недостатком данного изобретения является то, что при простоте конструкции устройства ориентации, выполненного в виде направляющего хвоста, оно имеет повышенную скорость поворачивания плоскости ветроколеса, усложняя уравновешивание, что сказывается на точности, качестве и эффективности работы, а значит снижение стабилизации положения плоскости ветроколеса на ветровом потоке при малой скорости его. Наличие перечисленных недостатков ограничивает использование устройств ориентации в виде флюгера (хвоста) при небольшом ветре.

Решаемой задачей изобретения является повышение эффективности стабилизации положения ветроколеса по ветровому потоку при небольших скоростях ветра за плоскостью ветроколеса.

Техническим результатом от использования предполагаемого изобретения является повышение эффективности ветроэнергоустановки за счет стабилизации положения ветроколеса по ветровому потоку при небольших скоростях ветра за плоскостью ветроколеса.

Технический результат достигается тем, что в ветроэнергетической установке, содержащей ветроколесо, опорную башню, гондолу с электроагрегатом, поворотное основание, устройство ориентации на ветровой поток, которое выполнено в виде хвостового оперения двухкилевой схемы вертикального оперения и стабилизатора, расположенного на поворотном основании, при этом кили установлены на концевых участках стабилизатора и их аэродинамические профили ориентированы вогнутой стороной наружу, а каждый киль состоит из пары элементов одинаковых по размерам и с одинаковыми несимметричными профилями с постоянной хордой по всей длине, причем элементы установлены относительно друг друга под углом и с зазором, образующим профилированную щель, с возможностью поворота плоскости ветроколеса относительно вертикальной оси вращения при небольшой скорости набегающего потока, в условиях максимального торможения скорости ветрового потока за плоскостью вращения ветроколеса, при этом элементы жестко соединены по торцам.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует одному из критериев условия патентоспособности: «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипами признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует одному из критериев условия патентоспособности: « изобретательский уровень».

Новизной данного предполагаемого изобретения является:

Разрезные профили вертикального оперения (килей) работают в условиях торможения (при малых скоростях за плоскостью ветроколеса) и создают большой восстанавливающий момент, благодаря которому, плоскость ветроколеса устанавливается по направлению ветрового потока при относительно долговременном изменении его направления, а не при случайных его пульсациях., таким образом, обеспечивается стабилизация положения плоскости ветроколеса..

Для пояснения технической сущности рассмотрим:

Фиг.1 - Вид сбоку на ВЭУ,

Фиг.2 - Вид сверху на ВЭУ, где

1 - опорная башня;

2 - ветроколесо;

3 - гондола с электроагрегатом;

4 - поворотное основание;

5 - стабилизатор;

6 - киль №1;

7 - киль №2.

Ветроустановка с горизонтальной осью вращения состоит из опорной башни 1, на которой установлены ветроколесо 2, гондола с электроагрегатом 3 и поворотное основание 4, на конце которого установлен стабилизатор 5 с двумя килями 6 и 7.

Ветроустановка работает следующим образом:

Вертикальные кили 6 и 7 спроектированы по принципу работы механизации крыла и обеспечивают поворот горизонтальной оси ВЭУ относительно ее вертикальной оси вращения поворотного основания 4 при небольших скоростях набегающего потока в условиях максимального торможения скорости ветра за плоскостью вращения ветроколеса 2.

В результате того, что кили 6 и 7 установлены таким образом, что их аэродинамические профили вогнутой стороной ориентированы наружу, при изменении направления ветра угол атаки (6) киля №1, например, увеличивается, а (7) киля №2 при этом уменьшается. Вследствие этого возникает момент относительно вертикальной оси вращения поворотного основания (4) ВЭУ, которое разворачивает плоскость ветроколеса 2 в сторону изменения направления ветра. В этом случае аэродинамическая сила на (7)киле №2 уменьшается. В случае изменения направления ветра на противоположное происходит обратное явление.

Расчетно-экспериментальными методами, проведенными в отделе аэрогидродинамики ИАТТ Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева - КАИ получены результаты исследований модели ветроэнергетической установки.

Исследования проводились в соответствии с теорией подобия в эталонной аэродинамической трубе Т-1К ИАТТ КГТУ им. А.Н. Туполева. Углы установки килей на стабилизаторе и их элементов, а также размер профилированной щели определены расчетно-экспериментальным методом. Результаты исследований показали, что выбранная схема активной самоориентации обеспечивает точность ориентации не менее 5°, что позволяет избежать потери мощности, а скорость поворота ветроколеса не превышает 0,3 об/мин, что не вызывает чрезмерного гироскопического момента, при этом самоориентация выполняется только при существенном и относительно долговременном изменении направления ветрового потока, обеспечивая таким образом стабильное положение ветроколеса на ветровом потоке.

По сравнению с известными аналогами, предлагаемое изобретение ВЭУ с горизонтальной осью вращения обладает следующими достоинствами:

- простотой конструкции устройства ориентации на ветровой поток, позволяющей стабильно ориентировать плоскость ветроколеса на направление ветрового потока;

- упрощением технологии изготовления и, как следствие, низкие экономические затраты;

Все эти достоинства в целом позволяют создать заявленную ветроэнергоустановку высокоэффективной.

Ветроэнергетическая установка, содержащая ветроколесо, опорную башню, гондолу с электроагрегатом, поворотное основание, устройство ориентации на ветровой поток, отличающаяся тем, что устройство ориентации на ветровой поток выполнено в виде хвостового оперения двухкилевой схемы вертикального оперения и стабилизатора, расположенного на поворотном основании, при этом кили установлены на концевых участках стабилизатора и их аэродинамические профили ориентированы вогнутой стороной наружу, а каждый киль состоит из пары элементов одинаковых по размерам и с одинаковыми несимметричными профилями с постоянной хордой по всей длине, причем элементы установлены относительно друг друга под углом и с зазором, образующим профилированную щель, с возможностью поворота плоскости ветроколеса относительно вертикальной оси вращения при небольшой скорости набегающего потока, в условиях максимального торможения скорости ветрового потока за плоскостью вращения ветроколеса, при этом элементы жестко соединены по торцам.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к упругодинамическому аккумулятору-регулятору энергии. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электрической энергии от источника текучей среды. .

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в качестве привода самоходной сельскохозяйственной установки для различных сельхозработ. .

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании новых типов стационарных и транспортируемых ветроустановок. .

Изобретение относится к системам управления и регулирования в машиностроении, в частности к конструкциям устройств, предназначенных для аварийного выключения, в том числе ветроэнергетических установок.

Изобретение относится к воздушным винтам и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетике. .

Изобретение относится к авиации, а именно к ветроэнергетическим установкам (ВЭУ) с горизонтальной осью вращения крыльчатого (лопастного) самоориентирующегося по ветру ветроколеса (ВК).

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано, преимущественно, для автономного энергоснабжения объектов, например дома, фермерского хозяйства, малого предприятия.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Планетарный привод генератора электрического тока ветроэлектростанции содержит основание, опору, ветродвигатель, состоящий из двух ветроколес - внешнего и внутреннего, с общей осью и возможностью встречного вращения, опорный вал и планетарную передачу. «Корона» передачи связана с внутренним ветроколесом, свободно расположенным на опорном валу внешнего. Внешнее ветроколесо посредством опорного вала жестко соединено с водилом, на котором размещены сателлиты для связи «короны» с солнечной шестерней на выходе. В створе между ветроколесами имеется синхронизатор, свободно размещенный своей серединой на опорном валу. Синхронизатор представляет собой две диаметрально расположенные кулисы, каждая из которых содержит конический сателлит для одновременной связи с зубчатыми венцами обоих ветроколес, зафиксированный от возможного поворота тросовыми растяжками. Изобретение позволяет достигать синхронного встречного вращения ветроколес. 1 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Автоматизированный архитектурно-тектонический ветряк содержит вертикальный вал, ротор с вертикальной осью вращения и экран в виде полуцилиндрической поверхности, высота которого больше или равна высоте ротора, а внутренний радиус экрана больше радиуса ротора. Кроме того, автоматизированный архитектурно-тектонический ветряк содержит архитектурное сооружение, на крыше которого установлена шатровая конструкция, основание которой выполнено в форме перевернутого полого усеченного конуса, закрепленная неподвижно на вертикальном валу, установленном неподвижно в архитектурном сооружении, и на цилиндрических опорных колоннах, равномерно размещенных на крыше по окружности относительно вертикального вала, диаметр которой больше диаметра ротора. Одна из цилиндрических опорных колонн выполнена в виде приводного вала, установлена с возможностью вращения в опорных подшипниках и снабжена механизмом передачи движения экрану через гибкие приводные механизмы, на которых неподвижно закреплен экран. Остальные цилиндрические опорные колонны снабжены узлами поддержки гибких приводных механизмов экрана. Ротор установлен на вертикальном валу в подшипниковом узле вращения и отбора мощности. Автоматизированный архитектурно-тектонический ветряк также содержит систему управления, включающую измеритель скорости и направления ветра, блок управления, задающий блок, генерирующий блок, измеритель мощности, потребителя энергии, привод экрана, измеритель положения экрана и позиционные датчики положения экрана. Подшипниковый узел вращения и отбора мощности ротора связан через соединенные последовательно генерирующий блок, второй выход которого подсоединен к входу потребителя энергии, и измеритель мощности с первым входом блока управления, ко второму входу которого подключен выход задающего блока, к третьему входу блока управления подсоединен выход измерителя скорости и направления ветра, к четвертому входу блока управления подключен выход измерителя положения экрана, а выход блока управления через привод экрана, соединенного вторым выходом с приводным валом, связан с первым входом измерителя положения экрана, ко второму входу которого подсоединены объединенные выходы позиционных датчиков положения экрана. Изобретение позволяет повысить надежность и точность регулирования развиваемой мощности. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано для снабжения электрической, механической и тепловой энергией малонаселенных районов, удаленных от общей энергосистемы. Установка содержит башню, установленную на ней гондолу с лопастным ветроколесом и размещенным в ней насосом, соединенным с последним, и расположенные у основания башни электрогенератор и соединенный с ним регулируемый гидромотор, сообщенный с насосом напорным и сливным трубопроводами, образующими замкнутый гидравлический контур, насос подпитки, подключенный своим выходом через фильтр к сливному трубопроводу, а входом - к баку, теплообменник и два трехпозиционных четырехходовых распределителя и подключенные своими входами и выходами параллельно насосу управляемый распределитель и предохранительные клапаны. Кроме того, установка снабжена поворотным гидравлическим соединением, дополнительным гидромотором, управляемыми гидроклапанами и обратными клапанами, при этом дополнительный гидромотор и теплообменник подключены к контуру параллельно через управляемые клапаны, а поворотное гидравлическое соединение установлено на гондоле, выполненной с возможностью поворота, при этом в напорном трубопроводе за поворотным соединением последовательно по ходу потока установлены обратные клапаны и распределители, первый из которых выполнен с соединением двух входов с одним из выходов, в нейтральной позиции, а второй - обоих входов и выходов, причем насос выполнен регулируемым. Установка может быть снабжена дизельным двигателем, соединенным через управляемую муфту сцепления с электрогенератором. Изобретение обеспечит повышение надежности при снижении веса поворотной части. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к возобновляемой энергетике и может быть использовано при создании новых невращающихся преобразователей кинетической энергии для ветро- и гидроустановок, работающих в свободных воздушных или водных потоках. Для повышения эффективности разворота лопастей в крайних левом и правом положениях, а также улучшения самопроизвольного запуска консоли после ее остановки во время бури или проведения профилактических работ на торцах верхней и нижней секций основной лопасти со стороны набегающего потока дополнительно размещены на концевых штифтах поворотные закрылки обтекаемой формы, удерживаемые в пределах ограничивающих углов пружинящими вилками и возвратными пружинами с регулируемым натяжением. Полые секции основной лопасти дополнительно усилены внутри гофрированными ребрами жесткости, особенно в местах контакта с демпфирующими накладками пружинящих вилок. Изобретение способствует созданию новых типов экологически чистых и бесшумных ветро- и погружаемых гидроустановок. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области ветровых электростанций. Ветровая электростанция включает полимерную аэродинамическую трубу, армированную полимерными обручами и подвешенную на тросах к воздушному шару, систему подземных туннелей, соединенных с аэродинамической трубой через диафрагму. В туннелях находятся источники ветровой электрической энергии. В качестве источника электроэнергии используется ротор ветровой турбины, соединенный через редуктор с электрогенератором. Электрогенератор в свою очередь с другой стороны подключен через редуктор с ракетно-турбинным двигателем, реактивная газовая струя которого используется для продувки воздуха в аэродинамической трубе. Изобретение направлено на повышение производительности ветровых электростанций. 5 ил.

Изобретение может быть использовано в ветродвигателях с горизонтальным расположением ветроколеса. Ветродвигатель с вертикальной осью вращения содержит лопасти (2), опорный вертикальный ограничитель (3), закрепленный на шарнире (7), пластинчатую пружину (4), тарируемую на умеренный ветер. При этом вертикальный ограничитель обеспечивает отклонение лопасти от вертикального положения, удерживаемого пластинчатой пружиной, под давлением ветра. Технический результат заключатся в повышении надежности ветродвигателя. 2 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам. Аэроплавательный виндротор содержит ортогональную турбину из лопастей крыловидного профиля и совмещенный с ней генератор, поднятые над землей плоско-выпуклой аэростатной оболочкой положительной плавучести, имеющей жесткое горизонтальное днище и гибкие тросовые связи с наземной лебедкой. Днище аэростатной оболочки выполнено овальным, большая продольная ось которого совпадает с направлением ветра. Гибкие тросовые связи при неизменном центрально-осевом положении трос-кабеля отходят вверх веером через разъемы от полки Т-образного кронштейна, соединенного шарнирно с вертикальным валом, свободно вращающимся внутри причальной тумбы. Верхние концы всех гибких связей прикреплены к овальному днищу аэростатной оболочки равномерно по линии, перпендикулярной большой продольной оси овального днища, и ближе к его наветренной кромке. Крепление трос-кабеля совпадает с упомянутой осью. Наземная лебедка установлена на тележке, передвигаемой вокруг причальной тумбы. Изобретение направлено на уменьшение потерь мощности. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для вырабатывания электрической энергии из энергии ветра. Установка для вырабатывания электрической энергии из энергии ветра включает кожухи, каждый из которых имеет горловину; ветряные турбины, каждая из которых расположена в горловине одного из кожухов; энергосистему для преобразования механической энергии, полученной от ветряных турбин, в электрическую энергию; блоки, каждый из которых содержит по меньшей мере два кожуха и связанные с ними ветряные турбины, и энергосистему; поворотную монтажную систему для поворотной поддержки каждого из блоков; опорную конструкцию, поддерживающую блоки над поверхностью. Каждый из кожухов дополнительно содержит внутреннюю поверхность и наружную поверхность, которые сходятся в кольцевом переднем крае и кольцевом заднем крае, причем кольцевой передний край имеет диаметр края, половина радиального поперечного сечения внутренней и наружной поверхностей образуют форму, вращение которой вокруг горизонтальной оси кожуха определяет внутреннюю и наружную поверхности; внутреннюю переднюю кривую внутренней поверхности, имеющую форму, которая максимизирует массу и скорость ветра, проходящего сквозь горловину, имеющую диаметр D, и минимизирует вихревое движение ветра и сопротивление вдоль внутренней поверхности кожуха, причем внутренняя передняя кривая начинается в точке у кольцевого переднего края, расстояние от которой до оси кожуха составляет от 0,55D до 0,95D, проходит к указанной оси в направлении в пределах угла в 15° относительно плоскости, перпендикулярной оси, и заканчивается в горловине в направлении в пределах угла в 15° относительно линии, параллельной указанной оси; наружную переднюю кривую наружной поверхности, имеющую форму, которая максимизирует массу ветра, проходящего через горловину, в соединении с формой внутренней передней кривой и минимизирует вихревое движение ветра и сопротивление вдоль наружной поверхности кожуха, причем указанная наружная передняя кривая начинается у кольцевого переднего края, проходит в направлении от оси в пределах угла в 15° относительно плоскости, перпендикулярной оси, и заканчивается в направлении в пределах угла в 10° относительно линии, параллельной оси, на расстоянии от 0,6D до 2,0D от этой оси. Изобретение направлено на увеличение выработки электроэнергии. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к ветряным двигателям. Ветряный двигатель состоит из электрогенератора, установленного на вращающейся опоре. Вал, имеющий по обе стороны от своего электрогенератора лопатки, установлен в ободе, расположенном на колесах на цилиндрическом кожухе и скрепленном с лопастью, поверхность которой расположена перпендикулярно длине вала. Изобретение направлено на увеличение мощности ветряного двигателя. 2 ил.

Изобретение относится к системам управления полетом силового профиля крыла или буксировочного воздушного змея для преобразования энергии ветра в электрическую или механическую энергию. Исполнительная система для управления полетом силового профиля крыла или буксировочного воздушного змея, управляемого посредством, по меньшей мере, двух тросов (8) для преобразования энергии ветра в электрическую или механическую энергию, содержащая первый модуль (11, 12) для оказания воздействия путем разматывания-наматывания тросов на одинаковую величину, а также второй модуль (2a, 2b, 4a, 4b), установленный между буксировочным воздушным змеем (7) и первым модулем (11, 12), для оказания воздействия путем управления разностью длин тросов (8). В системе применяется одиночный двигатель (3) или двигатель/генератор (15). Изобретение направлено на управление этапами взлета с земли и возврата на землю буксировочных воздушных змеев. 18 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх