Виндротор с наклоняемым турбинно-генераторным блоком

Авторы патента:

F03D11/00 - Конструктивные элементы и принадлежности, не отнесенные к предшествующим группам или представляющие интерес независимо от них

Владельцы патента RU 2513863:

ГУБАНОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ (RU)

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электроэнергию. Виндротор содержит мачту, состоящую из двух частей, соединенных шарниром, вертикально-осевую турбину и лебедку. Лебедка закреплена рядом с мачтой и поднята на высоту, превышающую поперечный габарит аэродинамических лопастей турбины. Верхняя и нижняя части мачты состыкованы через фланцевое соединение, скошенное в противоположную сторону и вниз от лебедки. Соединяющий фланцы шарнир вынесен на опущенные кромки фланцев, а на их поднятой стороне имеются стягивающие крепежные элементы. В вертикальной плоскости наклона турбинно-генераторного блока к фундаменту устройства его мачта может быть усилена перфорированными ребрами жесткости. Наличие простого, прочного и надежного механизма наклона турбинно-генераторного блока к фундаменту установки виндроторного класса упростит проведение работ по обслуживанию и ремонту основного технологического узла. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предназначен для выработки малых и средних мощностей электроэнергии посредством преобразования кинетического потенциала ветра на материковых территориях.

Сущность изобретения состоит в том, что турбинно-генераторный блок вертикально-осевого исполнения имеет возможность наклона к земле для осуществления работ по его обслуживанию и ремонту, которая реализуется за счет наличия у несущей мачты определенным образом скошенного фланцевого соединения с диаметрально расположенными шарниром и крепежами, единственной гибкой связи верхней наклоняемой части мачты с лебедкой, поднятой с помощью рамы на необходимую высоту. Мачта может быть усилена в вертикально-осевой плоскости перфорированными ребрами жесткости по всей длине вероятного прогиба в горизонтальном положении.

Устройство относится к ветроэнергетическим установкам с осью вращения генераторного ротора, перпендикулярной направлению ветра (вертикально-осевые турбины или виндроторы).

Практический опыт показывает, что при переносе ветрогенерирующего оборудования из зон на отдельных максимально благоприятных участках морских побережий и шельфе происходит резкий рост себестоимости электроэнергии от ветра, которая становится на порядок выше, чем от сетевых источников. Кроме низкой энергетики атмосферных потоков в глубине материков причина состоит в более быстром износе ответственных элементов ВЭУ, работающих в нестабильной аэродинамической среде, при температурных перепадах, когда ветер резко и часто меняет как скорость, так и направление, турбины подвергаются обледенению. Из-за размещения турбинно-генераторного блока на большой высоте уже в «офшорной» ветроэнергетике эксплуатация оборудования является проблемной и дорогостоящей. При высоте опорных мачт ВЭУ до 50 м привлекаются специальные автокраны с большой стоимостью почасовой аренды, причем данные тяжелые механизмы не применимы в труднодоступных районах без дорог с твердым покрытием, на пересеченных местностях. В случаях более высоких башенных конструкций используется вертолетная техника. Доля эксплуатационных затрат в материковой ветроэнергетике становится еще более значимой в составе себестоимости электроэнергии и начинает носить определяющее значение. Здесь в три-пять раз сокращается межремонтный пробег ВЭУ, учащаются аварийные остановки, регулярно возникает необходимость полной замены поврежденных или изношенных частей.

В атмосферно-климатических условиях материкового применения ВЭУ возрастает значение технической задачи по перемещению турбинно-генераторного блока из труднодоступного рабочего положения на большой высоте в положение легкодоступное для обслуживания и ремонта, то есть к фундаменту установки.

Из развития техники известен ряд конструктивных решений указанной задачи. В большинстве из них турбинно-генераторный блок опускается к фундаменту ВЭУ за счет перемещения зубчатого колеса и вместе с ним гондолы устройства вдоль зубчатой рейки, установленной вертикально за одно целое с опорной мачтой (патенты US №№7442009, 2р09/008711), которая может разбираться на секции (патент RU №2075643).

В отдельных устройствах в тех же целях используются системы блоков, шарниров и канатов. При этом гондолы перемещаются по вертикали, как в ветроустановке с телескопическим регулированием габаритов (патент RU №2042861), или совершают наклон к фундаменту (патент RU №2037644). В последнем ветродвигателе вынос генератора и двух ветроколес в сторону от несущей башни, дополнительный вес двух кронштейнов, высокая парусность генерирующего узла создает нагрузку на фундамент установки и излишнюю чувствительность на изменения ветровой нагрузки. Соединение частей башни только при помощи шарнира имеет недостаточную прочность. Конструкция содержит несколько гибких элементов: канат, растяжку, цепи, которые снижают ее надежность.

Все известные технические решения разработаны исключительно для горизонтально-осевых ВЭУ, эффективность генерации которых падает вне «офшорных» атмосферно-климатических зон до 10-15%, существенно осложняют и удорожают конструкции, содержат много слабых и ненадежных элементов. Применительно к виндроторам, обладающим лучшей работоспособностью на материковых территориях, подобных систем практической значимости, направленных на облегчение и удешевление эксплуатации, не выявлено.

Целью изобретения является создание простого, прочного и надежного механизма наклона турбинно-генераторного блока к фундаменту установки виндроторного класса для проведения работ по обслуживанию и ремонту основного технологического узла.

Поставленная цель достигается тем, что турбина ВЭУ является вертикально-осевой, лебедка установлена на одном фундаменте рядом с мачтой, поднята на заданную высоту, обеспеченную рамой, жестко связанной с нижней частью мачты. При этом лебедка имеет гибкую связь с верхней часть мачты. Стык частей мачты выполнен фланцевым, скошенным вниз и в сторону, диаметрально противоположную лебедке, данный узел в дополнение к шарнирному соединению усилен стягивающим крепежом. Добавочная прочность мачте в продольном направлении может быть достигнута применением перфорированных ребер жесткости.

На фиг.1 показан предлагаемый виндротор в рабочем режиме ветрогенерации; на фиг.2 - тот же виндротор во время обслуживания и ремонта турбинно-генераторного блока, когда в указанных целях он опущен к основанию установки; на фиг.3 - сечение «А-А».

Устройство содержит единый фундамент 1, на котором установлены жестко связанные между собой нижняя часть мачты 2 и рама 3 под лебедкой 4, имеющей в свою очередь гибкую связь 5 с верхней частью мачты 6, где на вершине расположены генератор 7 и вертикально-осевая турбина 8. Части мачты состыкованы скошенным фланцевым соединением 9, в состав которого входят шарнир 10 и стягивающие крепежи 11. Мачта может быть усилена продольными ребрами жесткости 12, при ремонте может применяться промежуточная опора 13.

Виндротор действует следующим образом. Для обслуживания и ремонта турбинно-генераторного узла 7, 8 верхняя часть мачты 6, поворачиваясь вокруг шарнира 10, наклоняется к земле. Для этого разбираются крепежи 11 и стравливается гибкая связь 5 с лебедки 4. При возвращении виндротора в рабочее положение лебедка 4 натягивает гибкую связь 5 до тех пор, пока верхняя часть мачты 6, поворачиваясь вокруг шарнира 10, не займет вертикальное положение. После чего крепежи 11 стягиваются и виндротор становится готовым к работе.

Простота конструкции минимизирует число операций осуществляемых с виндротором в целях обслуживания и ремонта турбинно-генераторного блока. Благодаря наклону фланцевого соединения от лебедки осуществляются повороты верхней части мачты вокруг шарнира в том единственном направлении, которое нужно.

Прочность и надежность устройства достигается сокращением числа гибких связей до одной по сравнению с прототипом, где они применяются в количестве четырех элементов. На решение последней задачи направлено также фланцевое соединение нижней и верхней частей мачты, стягиваемое крепежами. При большой длине верхней части мачты, чтобы исключить ее прогиб в горизонтальном положении, делается усиление ребрами жесткости, размещаемыми продольно в вертикально-осевой плоскости, применяется промежуточная опора. В целях снижения парусности мачты, поднятой в рабочую позицию, упомянутые ребра жесткости исполнены перфорированными.

1. Виндротор с наклоняемым турбинно-генераторным блоком, содержащий лебедку и мачту, состоящую из двух частей, соединенных шарниром, отличающийся тем, что турбина является вертикально-осевой, лебедка установлена рядом и за одно с мачтой, поднята на высоту, превышающую поперечный габарит аэродинамических лопастей турбины, верхняя и нижняя части мачты состыкованы через фланцевое соединение, скошенное в противоположную сторону и вниз от лебедки, соединяющий шарнир вынесен на опущенные кромки фланцев, а на их поднятой стороне имеются стягивающие крепежи.

2. Виндротор по п.1, отличающийся тем, что в вертикальной плоскости наклона турбинно-генераторного блока к фундаменту устройства его мачта усилена перфорированными ребрами жесткости.

Группа изобретений относится к ветроэнергетическим установкам. Ветровой энергетический модуль, содержащий вертикальную центростремительную турбину, электрогенератор, связанный с турбиной с профилированными лопастями, размещенной внутри неподвижного соплового направляющего аппарата, выполненного с верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти.

Ветроэнергетическая установка преимущественно для высотного сооружения // 2509914

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка преимущественно для высотного сооружения с вертикальной осью, содержащая ветровое подвижное колесо с вертикальными лопастями и электрический генератор.

Ветровая электростанция // 2504690

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветровая электростанция на постоянном воздушном потоке включает множество ветроэнергетических установок и аэродинамическую трубу.

Ветровая электростанция // 2504685

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики и может быть использовано для преобразования кинетической энергии воздушного потока в механическую и электрическую энергию.

Карусельный ветродвигатель // 2501974

Изобретение относится к ветродвигателям с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра. Ветродвигатель содержит установленное на вертикальном полом валу рабочее колесо, выполненное виде размещенных между верхним и нижним ободами поворотных лопастей, установленных на поворотных валах, которые закреплены на кронштейнах, связанных с вертикальным валом.

Аэроэлектростанция для использования энергии ветра // 2500920

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.

Ветроэнергетическая установка с обогреваемым диффузорным ускорителем // 2499913

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам автономного электроснабжения с диффузорным ускорителем воздушного потока, повышающим эффективность и безопасность установки.

Способ возведения башни и башня // 2498110

Группа изобретений относится к способам возведения башни, в частности башни ветроэнергетической установки, и башне ветроэнергетической установки. Изготавливается фундамент (100), на фундаменте размещаются несколько блоков (500) регулирования по высоте, на нескольких блоках (500) регулирования по высоте размещается распределяющее нагрузку кольцо (200), причем распределяющее нагрузку кольцо (200) нивелируется путем настройки блоков (500) регулирования по высоте, и шов между фундаментом (100) и распределяющим нагрузку кольцом (200) заполняется заливочной массой (300).

Ветровое колесо // 2493429

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветровое колесо содержит ступицу с прикрепленными к ней спицами, радиально установленные лопасти на обращенной к ступице поверхности обода и на внешней его поверхности.

Ветровое колесо // 2493428

Изобретение относится к области ветро-гелиоэнергетики. Ветровое колесо содержит ступицу с радиально прикрепленными к ней лопастями.

Самоустанавливающаяся парусная установка для отбора энергии потока // 2518763

Изобретение относится к области силовых установок, использующих энергию потока среды. Самоустанавливающаяся парусная установка для отбора энергии потока, характеризующаяся тем, что содержит замкнутый в кольцо рельс, на котором размещены подвижные тележки, связанные между собой сцепками и несущие генераторы, ротор которых введен в контакт с поверхностью рельса. Каждая тележка снабжена кронштейном, к которому прикреплен конец стропа, другой конец которого прикреплен к тяге, несущей треугольной формы парус, выполненный с флюгером, связанным с этим парусом через кинематическую связь для обеспечения поворота паруса в зависимости от поворота флюгера по направлению потока. Указанная кинематическая связь включает в себя ведомую шестерню, связанную кинематически гибкой передачей с ведущей шестерней меньшего диаметра с передаточным отношением 2:1, или связанную валом за счет конических шестерен с ведущей шестерней меньшего диаметра с передаточным отношением 2:1, или связанную посредством зубчатого ремня с этой ведущей шестерней через дополнительную пару зубчатых шестерен с тем же передаточным отношением 2:1. Все тяги, несущие треугольной формы паруса, связками соединены последовательно между собой, а паруса оснащены воздушными шарами для удержания парусов с тягами на высоте по отношению к тележкам на рельсе. Изобретение позволяет автоматически оптимально устанавливать парусную систему относительно ветра с учетом изменения направления движения перемещаемой этим парусом конструкции. 5 ил.

Поливиндротор модифицированный // 2529990

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии среднескоростных ветров в условиях континентального климата. Поливиндротор включает в себя несущую мачту, заканчивающуюся наверху поворотным узлом, от которого отходят в подветренную сторону горизонтальные платформы, стянутые вертикальными стойками в обойму, содержащую виндроторы, выставленные клином на ветер, и хвостовые оперения. Устройство с наветренной стороны от мачты имеет дополнительную вертикальную стойку со стационарно установленным на ее вершине стреловым грузоподъемным краном. Вся подвижная часть сбалансирована относительно оси поворота на ветер при помощи противовесов, которые одеты на упомянутую дополнительную стойку и подветренные стойки, равноудаленные от поворотного узла. Устройство снабжено защитной сеткой, прикрепленной к внешним кромкам горизонтальных платформ. Изобретение направленно на независимое от специальной техники обслуживание и ремонт основного оборудования, повышение надежности узла ориентации поливиндротора на ветер, безопасную эксплуатацию. 3 ил.

Система повышения производительности ветровой турбины // 2532077

Изобретение относится к системе и способу повышения производительности ветровой турбины. Система повышения производительности ветровой турбины содержит средства впрыскивания воздуха в качестве первой текучей среды в набегающий на турбину поток второй текучей среды. Указанные средства впрыскивания воздуха выполнены с возможностью впрыскивания воздуха с высокой скоростью в направлении лопастей турбины. Изобретение направлено на увеличение производительности ветровой турбины. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 8 ил.

Лопасть ротора, элемент лопасти ротора и способ изготовления // 2532869

Изобретение относится к лопасти ротора или элементу лопасти ротора, ветроэнергетической установке, способу изготовления лопасти ротора или элемента лопасти ротора и способу ремонта элемента лопасти ротора. Лопасть ротора или элемент лопасти ротора для ветроэнергетической установки содержит поверхностную пленку, химически прореагировавшую с отверждаемой смолой. Лопасть ротора или элемент лопасти ротора дополнительно содержит волокнистый материал, пропитанный отверждаемой смолой. Изобретение направлено на увеличение срока службы, а также снижение затрат на изготовление и ремонт лопасти. 5 н. и 12 з.п. ф-лы.

Воздушный винт ветросиловой установки с адаптивными лопастями // 2536442

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам, а именно к конструкции роторов ветросиловых установок с горизонтальным валом. Воздушный винт состоит из ступицы, двух соединительных пластин и зажатых между ними посредством болтов трех труб для подсоединения комлевых участков лопастей. Каждая из лопастей состоит из трубчатого лонжерона и подвижно посаженных на него нервюр: корневой, типовых и концевой. Концевая нервюра подсоединена к концу торсиона, проходящего внутри концевой части трубчатого лонжерона. Противоположный конец торсиона крепится к трубчатому лонжерону. Все секции, за исключением корневой, имеют незамкнутый по задней кромке контур. Этим обеспечивается малая крутильная жесткость адаптивной лопасти. Корневая секция имеет аэродинамический щиток, представляющий профиль с увеличенной хордой. К корневой нервюре крепится груз центробежного регулятора. Крутящие моменты, создаваемые грузом центробежного регулятора и аэродинамическим профилем, а также замкнутым контуром корневой секции, передаются на незамкнутый контур лопасти по всей ее длине. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента использования энергии резких порывов ветра за счет автоматического устранения срывных зон на лопастях винта. 7 ил.

Способ определения теряемой энергии // 2543367

Изобретение относится к способу создания базы данных, которая содержит несколько закономерностей корреляции, в частности коэффициентов корреляции, для определения теряемой энергии, которая во время останова/простоя или дросселирования первой ветроэнергетической установки не может быть преобразована в электрическую энергию, из потребленной мощности по меньшей мере одной опорной ветроэнергетической установки, эксплуатируемой с дросселированием или без дросселирования, содержащему этапы одновременного определения мгновенной мощности первой ветроэнергетической установки и, по меньшей мере, одной опорной ветроэнергетической установки в режиме эксплуатации с дросселированием или без дросселирования; определения соответственно одной закономерности корреляции, в частности коэффициента корреляции, описывающего взаимосвязь между мощностью первой ветроэнергетической установки и мощностью опорной ветроэнергетической установки; и сохранения по меньшей мере одной закономерности корреляции или коэффициента корреляции в зависимости от по меньшей мере одного краевого условия. 5 н. и 10 з. п. ф-лы, 3 ил.

Способ эксплуатации ветровой энергетической установки // 2553846

Изобретение касается способа эксплуатации ветровой энергетической установки, причем ветровая энергетическая установка имеет аэродинамический ротор, выполненный в виде ротора с горизонтальной осью, со ступицей по меньшей мере с одной лопастью ротора и предусмотрено по меньшей мере одно установленное на роторе средство измерения нагрузки для регистрации ветровой нагрузки ротора; способ включает этапы: вращения ротора ветровой энергетической установки без или с малой ветровой нагрузкой для калибрования средства измерения нагрузки и при этом регистрации измерений нагрузки с помощью средства измерения нагрузки, калибрования средства измерения нагрузки на основе измерения нагрузки и заранее известных возникающих в роторе силах тяжести. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Статор ветроэлектроагрегата // 2555605

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэлектрогенераторам. Cтатор ветроэлектроагрегата содержит катушки, торцевой и радиальный магнитопроводы, источник возбуждения. Торцевой магнитопровод выполнен в виде ферромагнитной траверсы крепления ветроколес. Преимуществом изобретения является технологичность, основанная на использовании траверсы в двух качествах: элемента магнитопровода, что позволяет исключить ответный магнитопровод в магнитной системе статора, и использование этой же траверсы в качестве несущей конструкции с установленными на ней ветроколесами. Изобретение направлено на уменьшение массы и габаритов ветроэлектроагрегата. 2 ил.

Турбинная система на текучей среде (варианты) // 2555786

Изобретение относится к турбинам на текучей среде и, в частности, к турбинам на текучей среде, имеющим вертикальную ось. Турбина (100) представляет собой имеющую вертикальную ось ветровую турбину, предназначенную для получения электроэнергии из энергии ветра. Система (100) имеет лопаточный узел (140). Узел (140) имеет лопатки (142, 144, 146, 148), выполненные с возможностью вращения вокруг оси (Y). Система (100) имеет концентратор (120), выполненный с возможностью размещения с наветренной стороны и перед возвратной стороной узла (140). Концентратор (120) может образовывать выпуклую поверхность, обращенную к ветру. Система (100) имеет регулируемый концентратор (110), выполненный с возможностью позиционирования с наветренной стороны по отношению к толкательной стороне узла (140). Концентратор (110) выполнен с возможностью перевода между первой позицией и второй позицией, причем концентратор (110) способен отклонять больше ветра к турбине (100) в первой позиции, чем во второй позиции. Изобретение направлено на увеличение КПД. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 17 ил.

Способ формования узла композитного подшипника, композитный подшипник и композитный подшипник для ветровой турбины // 2558401

Изобретение относится к композитным стальным подшипникам, более конкретно изобретение относится к композитным стальным подшипникам, способам и применениям, включая, но не ограничиваясь этим, ветряные генераторы и другое тяжелое оборудование. Композитный подшипник содержит множество сегментов подшипника, каждый из которых содержит высокопрочный стальной слой (20) и мягкий стальной основной слой (22), причем слои (20, 22) сплавлены вместе через зону сплавления; дорожку качения, содержащую кольцевую канавку, механически обработанную через множество сегментов подшипника, при этом дорожка качения имеет глубину опоры подшипника, которая существенно больше глубины опоры подшипника, получаемой при использовании способов поверхностного упрочнения, причем дорожка качения выполнена с возможностью приема множества роликовых подшипников, и удерживающую конструкцию, механически обработанную по меньшей мере в мягкий стальной основной слой (22). Удерживающая конструкция включает в себя множество открытых полостей для приема множества резьбовых крепежных элементов для удержания каждого из множества сегментов подшипника в базовой опоре подшипника. Технический результат: повышение допустимой нагрузки в осевом направлении, воспринимаемой подшипником, обеспечение простоты установки и демонтажа. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 20 ил.