Ветроэнергетическая установка



Ветроэнергетическая установка
Ветроэнергетическая установка

 


Владельцы патента RU 2545173:

Шкурихин Игорь Борисович (RU)

Изобретение относится к ветроэнергетике и используется в горизонтально-осевых ветроэнергетических установках.

Ветроустановка имеет закрепленные на его ступице полые лопасти, изготовленные в виде тел вращения с выполненными в их стенках продольными пазами, в которых размещаются сужающиеся криволинейные каналы с тангенциальными щелями на выходе, направленными по касательной к внешней поверхности лопастей. Подача воздуха к тангенциальным щелям на лопастях обеспечивается с помощью компрессора. Компрессор содержит рабочее колесо с приводом от устройства с регулируемой скоростью вращения, которое закреплено на консоли вала.

При вращении рабочего колеса компрессора сжатый воздух поступает к тангенциальным щелям и выбрасывается из них в виде пристеночных высокоскоростных струй. В результате этого вокруг лопастей образуется кольцеобразный вихрь, при взаимодействии которого с набегающим потоком воздуха на ветроколесе создается крутящий момент.

Техническим результатом является повышение коэффициента использования энергии ветра и снижение аэродинамического шума при работе ветроэнергетической установки в широком диапазоне изменения скорости ветра при неизменной скорости вращения ветроколеса и электрогенератора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к горизонтально-осевым ветроэнергетическим установкам.

Известны ветроэнергетические установки (см., например, патенты США №№4495423, 4584486 кл. 290/44), содержащие ветроколесо, вал которого через повышающий редуктор связан с валом электрогенератора, и механизм поворота лопастей. Эти установки нашли широкое использование в ветроэнергетике (Han, Erich, "Windturbines", Berlin, 2000). Чтобы избежать резонансных колебаний лопастей, представляющих угрозу их разрушения, а также для поддержания постоянными частоты и напряжения переменного тока, вырабатываемого электрогенератором, установки должны работать с почти постоянной скоростью вращения ветроколеса, что обеспечивается механизмом поворота лопастей вдоль их продольной оси. Однако, если число оборотов ветроколеса будет фиксированным, то ветроэнергетическая установка будет работать с оптимальным коэффициентом использования ветра только при определенной скорости ветра. Как увеличение, так и снижение скорости ветра приводит к сдвигу рабочей точки от максимума, т.е. установка будет работать при более низких коэффициентах использования энергии ветра (ред. Шефтер Я.И. «Энергия ветра, - М., 1982 г.). Это связано с тем, что различные сечения лопастей с крыловыми профилями даже при наличии механизма поворота лопастей вдоль их продольных осей работают при неоптимальных углах атаки, что приводит к срыву потока от поверхности лопастей и возникновению аэродинамического шума.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение коэффициента использования энергии ветра в широком диапазоне изменения его скорости и снижение аэродинамического шума при сохранении скорости вращения ветроколеса и электрогенератора.

Поставленная цель достигается тем, что ветроколесо имеет закрепленные на его ступице полые лопасти, изготовленные в виде тел вращения с выполненными в их стенках продольными пазами, в которых размещаются сужающиеся криволинейные каналы с тангенциальными щелями на выходе, направленными по касательной к внешней поверхности лопастей, а компрессор, обеспечивающий через систему каналов подачу воздуха к тангенциальным щелям, содержит рабочее колесо с приводом от устройства с регулируемой скоростью вращения, которое закреплено на консоли вала, установленного на подшипниковых опорах внутри полого ветроколеса, и закрепленный на ветроколесе лопаточный диффузор.

На фиг.1 схематически представлен общий вид предпочтительного исполнения ветроэнергетической установки, а на фиг.2 - сечение A-A фиг.1 (в увеличенном масштабе).

Ветроэнергетическая установка содержит установленное на поворотной головке 1 башни 2 ветроколесо 3 с закрепленными на его ступице 4 полыми лопастями 5, выполненными в виде усеченного конуса. В стенках лопастей 5 выфрезерованы продольные пазы 6 с выпуклыми, выполненными по радиусу боковыми стенками, в которые установлены профильные вставки 7, имеющие в поперечном сечении форму треугольника с двумя вогнутыми сторонами, одна из которых выполнена с тем же радиусом, что и боковые стенки паза. Соответствующая поверхность вставки прилегает к боковой стенке паза с возможностью поворота вставки в процессе сборки лопасти. Другая же вогнутая поверхность вставки спрофилирована таким образом, что между ней и противоположной стенкой паза образуется сужающийся криволинейный канал 8 с тангенциальной щелью 9 на выходе, направленной по касательной к внешней поверхности лопасти 5. Канал 8 сообщается с полостью 10 внутри лопасти 5 через выполненные в стенке лопасти сверления 11. Полый вал 12 ветроколеса 3 через повышающий редуктор 13 связан с валом электрогенератора 14. На консоли вала 15, установленного на подшипниковых опорах внутри вала 12, крепится рабочее колесо 16 центробежного компрессора. На выходе из рабочего колеса 16 предусмотрены закрепленный на ветроколесе лопаточный диффузор 17 и кольцевой безлопаточный диффузор 18, расположенный между ветроколесом 3 и обтекателем 19, который крепится к ступице 4 и лопаточному диффузору 17 и служит для подвода воздуха к рабочему колесу 16 и ветроколесу 3. Безлопаточный диффузор 18 через систему каналов 20, 10, 11 и 8 в ступице и лопастях сообщается с тангенциальными щелями 9. Вал 15 рабочего колеса 16 через повышающий редуктор 13 и вариатор, содержащий ведущий 21 и ведомый 22 диски, а также расположенный между ними промежуточный элемент 23, связан с валом 12 ветроколеса, а через муфту свободного хода 24 с устройством запуска 25.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Установленная на башне 2 поворотная головка 1 ориентирует ветроколесо 3 относительно направления ветра. При вращении ветроколеса большая часть его полезной энергии используется для привода электрогенератора 14, связанного с ветроколесом через повышающий редуктор 13. Другая же часть затрачивается на привод рабочего колеса 16 центробежного компрессора, связанного с валом 12 ветроколеса через повышающий редуктор, и вариатор. Скорость рабочего колеса 16 может меняться в зависимости от положения промежуточного элемента 23, установленного между ведущим 21 и ведомым 22 дисками вариатора. В рабочем колесе 16 засасываемый из атмосферы воздух сжимается, а затем поступает последовательно в лопаточный 17 и безлопаточный 18 диффузоры, в которых происходит дальнейшее повышение его давления. Из безлопаточного диффузора 18 сжатый воздух через систему каналов 20, 10, 11 и 8 в ступице 4 и лопастях 5 ветроколеса поступает к тангенциальным щелям 9, из которых выбрасывается в виде пристеночных высокоскоростных струй. При этом вокруг лопастей образуется кольцеобразный вихрь, взаимодействием которого с набегающих потоком воздуха на ветроколесе 3 создается крутящий момент. Циркуляция этого вихря, величина которой определяется скоростью выбрасываемых струй, зависящей от скорости вращения рабочего колеса, может в несколько раз превосходить циркуляцию вокруг лопастей ветроколеса с крыловыми профилями, что позволяет увеличить коэффициент использования энергии ветра в широком диапазоне изменения скорости набегающего потока воздуха, а следовательно, и полезную мощность ветроколеса. Пристеночные струи обеспечивают безотрывное обтекание поверхности лопастей при любой скорости ветра, что приводит к снижению аэродинамического шума при работе ветроэнергетической установки.

Запуск ветроэнергетической установки происходит следующим образом. Устройство запуска 25 приводит во вращение вал 15, на котором установлено рабочее колесо 16 центробежного компрессора. Из рабочего колеса закрученный поток воздуха начинает поступать в закрепленный на ветроколесе лопаточный диффузор 17, при прохождении через который поток воздуха раскручивается, вследствие чего на ветроколесе создается крутящий момент и оно начинает вращаться. Дальнейшее увеличение крутящего момента будет происходить по мере заполнения полостей 10 в лопастях 5 сжатым воздухом и увеличения скорости струй, выбрасываемых из тангенциальных щелей 9. При достижении ветроколесом определенной скорости вращения промежуточный элемент 23 входит в контакт в ведущим 21 и ведомым 22 дисками вариатора, после чего происходит отключение муфты свободного хода 24 и устройства запуска 25, а также подключение электрогенератора 14 в сеть.

При остановке ветроэнергетической установки сначала отключают электрогенератор 14 от сети, а затем выводят из контакта с дисками 21 и 22 вариатора промежуточный элемент 23, в результате чего компрессор прекращает подачу сжатого воздуха в полые лопасти. Т.к. крутящий момент на ветроколесе создается только при условии вращения рабочего колеса компрессора, то для предотвращения непроизвольной ротации ветроколеса при любой скорости ветра отпадает необходимость в использовании тормозных устройств.

Очевидно, что эффективность работы ветроэнергетической установки зависит от соотношения мощности, затрачиваемой на привод рабочего колеса компрессора, и дополнительной мощности, получаемой в результате повышения коэффициента использования энергии ветра. При этом необходимо учитывать, что часть мощности, затрачиваемой на привод рабочего колеса компрессора, возвращается к ветроколесу при раскрутке воздушного потока в лопаточном диффузоре 17, который играет роль приводной турбины ветроколеса.

Важным преимуществом ветроэнергетической установки является возможность ее работы при низких скоростях ветра, при которых работа установок, снабженных лопастями с крыльевыми профилями, невозможна вследствие того, что при таких режимах значительно снижается коэффициент использования энергии ветра.

Другим преимуществом установки является возможность ее работы при низких температурах без обледенения лопастей, т.к. температура сжатого воздуха, поступающего в полости лопастей, превышает температуру окружающей среды, а выбрасываемые из тангенциальных щелей струи препятствуют образованию наледи на поверхности лопастей.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая установленную на башне поворотную головку, ветроколесо с закрепленными на его ступице лопастями, электрогенератор, вал которого через повышающий редуктор связан с валом ветроколеса, отличающаяся тем, что установка содержит полые лопасти, изготовленные в виде тел вращения с выполненными в их стенках продольными пазами, в которых размещены сужающиеся каналы с тангенциальными щелями на выходе, направленными по касательной к внешней поверхности лопастей, компрессор, сообщающийся через систему каналов с тангенциальными щелями и включающий рабочее колесо с приводом от устройства с регулируемой скоростью вращения, крепящееся на консоли вала, установленного на подшипниковых опорах внутри полого вала ветроколеса, а также закрепленный на ветроколесе лопаточный диффузор, обтекатель, установленный на ветроколесе и служащий для подвода воздуха к рабочему колесу компрессора и ветроколесу, и устройство запуска, соединенное с валом рабочего колеса компрессора.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что в стенках лопастей выфрезерованы продольные пазы с выполненными по радиусу выпуклыми боковыми стенками, в которых установлены продольные вставки, имеющие в сечении форму треугольника с двумя вогнутыми сторонами, причем одна из вогнутых поверхностей вставки выполнена с тем же радиусом, что и прилегающая к ней боковая стенка паза с возможностью поворота относительно нее при сборке лопасти, а другая спрофилирована таким образом, что между ней и противоположной стенкой паза образуется сужающийся криволинейный канал с тангенциальной щелью на выходе, направленной по касательной к внешней поверхности лопасти.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Система привода транспортного средства содержит, по меньшей мере, один электрогенератор, аккумуляторную батарею, зарядное устройство и инвертор, электрически соединенные между собой, электродвигатель, электрически соединенный с аккумуляторной батареей и кинематически связанный со средством перемещения транспортного средства.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ производства энергии, заключающийся в том, что выработку энергии производят за счет вращения рабочих лопаток ветром, ускоренным сооружением, выполненным в виде сопла Лаваля в верхней части, а в нижней - представляющей из себя плоскость, и за счет солнечных батарей, а также за счет солнечных лучей, которые попадают на батарею, за счет их отражения от внутренней плоскости сопла Лаваля.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для энергоснабжения бытовых и производственных потребителей энергии. Ветроагрегат с системой ориентации и ограничения мощности ветротурбины, имеющий опору с цевочной шестерней и вертикальной осью с насаженной на ней головкой ветроагрегата, устройство, реагирующее на направление ветра, насаженное на выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата с возможностью поворота не менее чем на 90°, связанное жёстко с боковой лопатой, вертикальный вал, проходящий через выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата и имеющий установленную на нижнем конце ведущую шестерню, кинематически связанную с цевочной шестерней, а также силовой противодействующий механизм с точками приложения силы между головкой ветроагрегата и боковой лопатой, причем в качестве устройства, реагирующего на направление ветра, использована шторка, расположенная по ветру перед насаженной на верхний конец вертикального вала крыльчаткой.

Настоящее изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для производства электроэнергии. Ветровая турбина содержит комплект изогнутых лопастей, закрепленных на центральной вращающейся ступице и обод, окружающий концы лопастей и прикрепленный к ним, при этом обод выполнен с возможностью вращения вместе с упомянутой ступицей и упомянутыми лопастями.

Изобретение касается рабочей площадки ветровой энергетической установки, содержащей рабочую платформу и установленные на рабочей платформе перила, причем перила могут запираться посредством запорного элемента, при этом запорный элемент расположен в переходной области к лифту.

Изобретения относятся к области ветроэнергетики и могут быть использованы для получения электрической или механической энергии. Ветродвигатель состоит из ветроколеса, содержащего вращающиеся цилиндры, из привода цилиндров, источника питания, электрогенератора, кинематически соединенного с ветроколесом, устройства ориентации ветродвигателя на поток ветра.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроколесам ветросиловых и ветроэлектроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения, преимущественно предназначенным для работы с электрогенераторами сегментного типа.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в ветроэнергетической установке. Технический результат изобретения заключается в получении более эффективного охлаждения кольцевого генератора.

Изобретение относится к ветроэнергетике и представляет собой установку для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Ветроустановка с принудительным разрежением затурбинного пространства состоит из ветротурбины, механически связанной с генератором, по крайней мере, двух радиально расположенных конфузоров, внешней оболочки, диффузора.
Изобретение относится к разделу специальных строительных сооружений башенного типа, предназначено для объектов связи и других аналогичных сооружений. Технический результат: возможность использования практически в любом месте, в короткий срок, за небольшую стоимость и без эксплуатационных расходов.

Предложено ветроколесо, содержащее ступицу и лопасти из изогнутой упругой полосы, соединенные со ступицей. Каждая из лопастей образуется путем односторонней стыковки противоположных концов изогнутой упругой полосы. Кроме того, его лопасти установлены с расчетными углами заклинения на их конце и в узлах их соединения со ступицей. Применение изобретения позволит увеличить кпд ветроустановок. 2 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике. Роторное устройство с использованием эффекта Магнуса содержит, по меньшей мере, один ротор, кольцо вращения ротора, кинематически связанное с ротором и закрепленное на корпусе устройства и вал, закрепленный в корпусе устройства и кинематически связанный с приводом и электрогенератором. Ротор закреплен на валу и в месте сцепления с кольцом вращения роторов имеет значительно меньший диаметр, чем диаметр остальной части ротора, и при вращении вокруг оси вала устройства за один цикл совершит значительно большее число оборотов вокруг своей оси, чем ротор без уменьшения диаметра в месте сцепления с кольцом вращения роторов. Это приведет к увеличению скорости движения поверхности ротора и соответственно при обтекании его потоком к усилению воздействия на ротор эффекта Магнуса и увеличению мощности устройства. 2 ил.

Изобретение представляет собой ветроэнергетическую установку с горизонтальной осью вращения. Ветроэнергетическая установка содержит корпус, снабженный стабилизаторами в виде ребер жесткости. В корпусе размещен горизонтальный вал, ветроколеса установлены на валу за и перед башней и имеют лопасти повышенной рабочей площади, в средней и периферийной зонах. Воздействие воздушного потока средней и периферийной зон на ветродвигатель за башней обеспечивает значительное повышение суммарной мощности ветроустановки. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям, и может быть использовано для строительства ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения ветроколеса с набегающим воздушным потоком. Ветродвигатель содержит горизонтальный вал с установленным на нем основным многолопастным ветроколесом с лопастями повышенной площади в направлении воздушного потока, наружную обечайку и конусный направитель воздушного потока средней зоны. На ступице основного ветроколеса насажено дополнительное многолопастное ветроколесо меньшего диаметра с тороидальным направителем воздушного потока центральной зоны. Наружная обечайка дополнительного многолопастного ветроколеса крепится к лопастям основного ветроколеса. На наружных обечайках обоих ветроколес закреплены равномерно расположенные лопасти второго уровня. Изобретение позволяет повысить суммарную площадь лопастей. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к конструкции ветроэнергетических установок. Держатель модулей для крепления электрических модулей, предусмотренных для управления одним или несколькими приводами поворота лопастей ВЭУ, к ступице ротора ВЭУ содержит основную часть для удержания электрических модулей. При этом ступица ротора предназначена для вращения вокруг оси ротора и основная часть предназначена для того, чтобы крепиться в осевом направлении оси ротора перед ступицей ротора. Держатель машины безредукторной ВЭУ для удержания электрического генератора состоит из двух трубчатых участков. Причем первый трубчатый участок имеет ось, совпадающую с осью башни, а второй трубчатый участок имеет ось, совпадающую с осью ротора. Первый трубчатый участок имеет больший диаметр, чем второй трубчатый участок. Применение изобретения позволяет повысить надежность ВЭУ и увеличить использование энергии ветра. 10 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к способу управления ветроэнергетической установкой и к ветроэнергетической установке. Способ управления подключенной к электрической сети ветроэнергетической установкой с генератором с аэродинамическим ротором с регулируемой скоростью вращения включает этап эксплуатации ветроэнергетической установки в оптимальной относительно преобладающих условий ветра рабочей точке с оптимальной скоростью вращения и этап эксплуатации ветроэнергетической установки в переходный период времени или длительно в неоптимальной рабочей точке с неоптимальной скоростью вращения. При этом неоптимальная скорость вращения больше оптимальной скорости вращения. Изобретение направлено на улучшение поддержания электрической сети. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроколесам ветроустановок с горизонтальной осью вращения, преимущественно предназначенным для работы с электрогенераторами сегментного типа. Ветроколесо сегментного ветроэлектрогенератора содержит ступицу, спицы, обод, лопасти с лонжеронами, выполненные в виде поперечных пластин, при этом, по крайней мере, один узел крепления лонжеронов к пластине выполнен в виде уголка, одна из полок которого снабжена отверстием для лонжерона, а вторая установлена с возможностью контакта с краем обода. Реализация изобретения позволит использовать лонжероны лопасти одновременно в качестве конструкционных элементов и магнитопроводов сегментного генератора, что уменьшает капитальные затраты. 3 ил.

Изобретение относится к лопасти ротора ветроэнергетической установки и способу монтажа лопасти ротора ветроэнергетической установки. Лопасть (100) ротора ветроэнергетической установки имеет хвостовик (110), вершину (120), переднюю кромку (160), заднюю кромку (170), лицевую сторону (140) и тыльную сторону (130). Кроме того, лопасть (100) ротора имеет внешнюю оболочку (180) с по меньшей мере одним отверстием (190) на лицевой и/или тыльной стороне для приема средств (200) манипуляции для монтажа или демонтажа лопасти (100) ротора. Кроме того, лопасть (100) ротора имеет по меньшей мере один крепежный элемент (300) для крепления средств (200) манипуляции, введенных через по меньшей мере одно отверстие. Крепежный элемент (300) расположен внутри (150) внешней оболочки лопасти (100) ротора между лицевой стороной (140) и тыльной стороной (130). Изобретение направлено на упрощение монтажа лопасти ротора ветроэнергетической установки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к морским ветряным электростанциям, работающим преимущественно в условиях Арктики. Морская ветряная электростанция включает вертикально расположенную башню. В верхней части башни размещены гондола со ступицей и электрогенератором, поворачивающаяся вокруг вертикальной оси башни. На ступице установлены лопасти, вращающиеся вокруг горизонтальной оси гондолы, ориентированной по направлению ветра. В нижней части башни размещена платформа, в подводной части башни - опорная плита. На уровне ватерлинии оборудована охватывающим по кругу башню ледоразрушающим устройством, состоящим из двух, имеющих общее основание, конусообразных участков: первый - с прямой конусностью, расположенный вверх от ватерлинии, и второй - с обратной конусностью, расположенный вниз от ватерлинии, имеющих угол наклона образующей к горизонтали от 45° до 60° и диаметр общего основания, в 1,5-2,5 раза превышающий средний диаметр башни. Причем отношение среднего диаметра башни к ее высоте составляет 0,04-0,06. При этом морская ветряная электростанция снабжена устройствами уменьшения обледенения лопастей, метеорологического оборудования и платформы. Изобретение направлено на снижение внешнего силового воздействия ледовых образований за счет их разрушения и уменьшение обледенения конструкций и оборудования морской ветряной электростанции. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетическим установкам с ветряным ротором. Аэростатно-плавательный ветрогенератор содержит силовой блок в составе ветряного ротора и генератора, аэростатный модуль положительной плавучести из двух идентичных газонаполненных оболочек в одном уровне, причальный узел с тросами, трос-кабелем, двумя лебедками на свободно поворачивающейся платформе. Оболочки выполнены в виде параллельных полуцилиндров, их жесткие днища связаны между собой при помощи по меньшей мере одной поперечной мостовой фермы. Мостовая ферма имеет опускающиеся вертикально вниз центральные балки с подшипниковыми опорами. Ось ветряного ротора, оснащенного поднятыми над мостовой фермой ортогональными лопастями, вращается перпендикулярно воздушному потоку. Генератор подвешен к центральным балкам снизу. На свободно поворачивающейся платформе причального узла диаметрально лебедкам располагается бухта трос-кабеля. Изобретение направлено на устойчивое получение электроэнергии и повышение пространственной стабильности ветрогенератора. 3 ил.
Наверх