ВЕТРОУСТАНОВКА С ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ГАБАРИТОВ Российский патент 1995 года по МПК F03D11/04 F03D1/02 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветроагрегатам, в которых габариты ветряка и высота башни могут телескопически изменяться.

Известен ветpоэлектрический агрегат, содержащий расположенные на разных расстояниях от его оси поворота, два лопастных колеса, установленных на едином валу, но с возможностью вращения в разные стороны, а опора вала в виде установленных на основании-скобе концевых подшипниковых узлов (авт.св. N 1333821, кл. F 03 D 1/02, 1986).

Однако отсутствие в таком агрегате эффективной защиты от разносов снижает его надежность и долговечность, а также препятствует наращиванию мощности.

Известен механизм телескопической стрелы, в которой три отдельные секции связаны дифференцирующим канатом и могут выдвигаться через блок одним гидроцилиндром (Крайнев А. Словарь-справочник по механизмам. М. Машиностроение, 1987, с. 459).

Однако такой механизм имеет большую массу и недостаточный вылет секций.

Известна легкая выдвижная трехколенная лестница, в которой противолежащие концы смежных колен запасованы канатом через блоки, причем выдвижение колен происходит за счет выборки свободного конца каната, а складывание под действием собственной силы тяжести (Пожарное техническое вооружение. М. Стройиздат, 1974, с. 156, 157).

Однако использование такого устройства в качестве выдвижной башни затруднено из-за недостаточной жесткости конструкции и большого сопротивления ветру.

Цель изобретения повышение эффективности биротативной ветроустановки за счет возможности изменения ее габаритов и высоты расположения, а также за счет уменьшения профильного аэродинамического сопротивления.

Цель достигается относительно малыми затратами, так как собственно биротативный ветряк, например, мощностью 10 кВт обладает чрезвычайно малой массой на единицу мощности. Кроме того, в нем за счет биротативности компенсируется реактивный момент и прецессия, что позволяет удерживать его с помощью достаточно легкой башни без растяжек, например, на высоте 50-60 м, где скорость потока, как известно, значительно выше. При использовании степенного показателя закона роста скорости с возвышением 0,2 значение энергии ветра на высоте 20 м превысит на 52% энергию высоты 10 м.

Выполняется башня в виде нескольких телескопически складывающихся трубчатых секций, где основную стойку составляет стандартная железобетонная опора линии электропередач. С внешней стороны этой секции прикрепляется (одной из сторон) складывающаяся лестница, а в полость опоры вставляются подвижные трубчатые секции, причем их взаиморасположение контролируется направляющими поясками, а выдвижение происходит с помощью каната, наматываемого на барабан лебедки через блоки, встроенные в пазухах каждого из концов трубчатых секций. На вершине основной секции закреплена смотровая площадка, для лучшего обтекания чечевидная. Кроме того, в верхний карниз площадки встроены подъемные стойки ограждения. Схема управления лебедкой может быть многоканальной, где наряду с непосредственным кнопочным управлением электропривода должна быть автоматическая схема, получающая исполнительные сигналы, например, от реле максимального тока ветрогенератора, центробежного реле и анемометра.

Складывание секций башни и соответствующее снижение высоты ветряка может оказаться недостаточным для надежной защиты его при чрезмерной скорости ветра, поэтому предусматривается дополнительный вывод ветроколес из-под ветра путем телескопического складывания вала контрротора и выравнивания эксцентриситетов подвески обоих ветроколес. Для этого телескопические секции вала составлены с возможностью образования между их стенками кольцевых пазух, связанных посредством трубопроводов и центробежно-управляемого запорного клапана с полостью гидроаккумулятора. Возврат вала в исходное выдвинутое положение производится при восстановлении ветрового режима и после осмотра ветроустановки. Эта операция может быть выполнена путем перекачки рабочей жидкости из гидрополостей вала в гидроаккумулятор с помощью встроенного насоса, для привода которого целесообразно задействовать внешний привод, например электродрель.

На фиг. 1 представлена ветроустановка с выдвинутыми секциями башни, сложенной лестницей и ограждением; на фиг. 2 то же, в разрезе при сложенных секциях башни, поднятом ограждении и раскрытой лестнице.

Железобетонная опора башни 1 имеет подставку и упорную плиту 3. Ее вершина увенчана чечевидной смотровой площадкой 4, через отверстия в карнизе 5 которой пропущены стойки дополнительного ограждения 6. Башня 1 выполнена из секций 7-9 с возможностью телескопического складывания. Верхний конец секции 9 служит цапфой для закрепления (с возможностью поворота) подшипникового узла 10 подвески ветроагрегата. Ветроагрегат состоит из ротора 11 и контрротора 12, подвешенных через подшипники и трубчатую ось 13 на вершине узла 10. Концы секций 7-9 загнуты до по-лучения направляющих поясков 14, а в образовавшихся вследствие этого пазухах помещены блоки 15, через которые выведен свободный конец каната 15 на барабан лебедки 17. Аналогично сложены телескопические секции 18-20 вала контрротора 12, только в отличие от башни в образовавшиеся кольцевые пазухи 21 теперь может быть подана жидкость из гидроаккумулятора 22 посредством центробежно-управляемой запорной арматуры 23 и трубопроводов 24.

Лестница 25 крепится к башне 1 боковой стороной 26, при этом ее вторая сторона 27 посредством шарнирно закрепленных ступенек 28 и тарирующего каната с блоком 29 связана с контргрузом 30.

Ветроустановка работает следующим образом.

Под воздействием набегающего потока плечо вала подвеса ветроколеса контрротора 12 имеет в нормальном положении преобладающую длину, поэтому оно получает большой момент парусности и, следовательно, происходит его поворот в подветренную сторону совместно с подшипниковым опорным узлом 10. С установкой ветроколес на ветер и с раскруткой ротора 11 и контрротора 12 до необходимого числа оборотов ветрогенератор начнет выдавать ток потребителям. Контролируя силу вырабатываемого тока, получим данные режима работы ветрогенератора, который может быть изменен путем увеличения или снижения точки возвышения ветроагрегата над уровнем земли. Так, например, при недостаточной силе тока на электропривод лебедки 17 может быть подан сигнал наматывания каната 16. При этом длина плетей между верхними и нижними блоками 15 начнет уменьшаться и секции 9, 8 и 7, одна за другой начнут выдвигаться, доставляя ветроагрегат в слои с более сильным ветром. Если ветровое воздействие на ветроагрегат превысит максимальную величину, то соответственно увеличится сила тока ветрогенератора, что может стать предпосылкой формирования сигнала на вращение лебедки 17 в противоположную сторону, распуская плети каната 16 и опуская под собственным весом секции 7-9 и сам ветроагрегат в более спокойные воздушные слои. В сложенном положении башня 1 способна противостоять буревым значениям потока, а для защиты ветроагрегата от разносов предусмотрена аварийная его защита в виде складывания вала контрротора 12 с помощью заранее запасенной энергии. Происходит такое при затяжном буревом порыве, когда сверхнормативные центробежные нагрузки пересилят пружину центробежно-управляемой арматуры 23 и откроют путь рабочей жидкости из гидроаккумулятора 22 в пазухи 21. Вследствие этого вал контрротора 12 телескопически сложится и перенесет закрепленное на нем ветроколесо в точку, равную эксцентриситету ветроколеса ротора 11. В таком положении парусность обоих плеч уравновесится, из-за чего наводка на ветер станет невозможной. Восстановление исходного эксцентриситета контрротора 12 может быть произведено после установления нормального ветрового режима и перекачки жидкости из гидропазух 21 в гидроаккумулятор 22 с помощью встроенного в гидросистему насоса, например шестеренчатого, приводимого от постороннего источника, например от электродрели. Для выполнения этой операции необходимо подняться на смотровую площадку 4, что станет возможным при использовании складывающейся лестницы 25. Большей степенью скомпенсированный вес подвижной стороны 27 лестницы 25 контргрузом 30 позволяет одному человеку без особых усилий раскладывать и складывать ее и запирать в сложенном положении. Для безопасности работ, находясь непосредственно на площадке 4, необходимо стойки ограждения закрепить в выдвинутом положении.

Использование: в ветроэнергетике, в частности в ветроустановках. Сущность изобретения: ветроустановка с телескопическим регулированием габаритов содержит башню, закрепленное на ней основание, два лопастных колеса, установленных на валах, размещенных на опорах с возможностью вращения в противоположные стороны, и электрогенератор, ротор которого связан с одним колесом, а контрротор с другим. Башня выполнена из секций с возможностью телескопического складывания, концы секций загнуты с образованием направляющих поясков и пазух. В пазухах размещены блоки и плети каната. Секции установлены с возможностью выдвижения посредством выбирания каната, на конце верхней секции укреплена площадка с чечевидным обтекаемым ограждением и карнизами с отверстиями, стойки ограждения пропущены сквозь отверстия верхнего карниза с возможностью выдвижения вверх, к башне прикреплена лестница одной из сторон, вторая сторона прикреплена к первой посредством шарниров с возможностью складывания и на ее верхней части размещен перекинутый через блок контргруз. Валы контрротора выполнены трубчатыми с возможностью телескопического складывания с образованием между контактирующими поверхностями закрытых кольцевых пазух, соединенных со встроенным в вал гидроаккумулятором посредством центробежно-управляемой запорной арматуры и трубопровода. 2 ил.

ВЕТРОУСТАНОВКА С ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ГАБАРИТОВ, содержащая башню, закрепленное на ней основание, расположенные на различных расстояниях от его оси поворота два лопастных колеса, установленных на валах, размещенных на опорах с возможностью вращения в противоположные стороны, и электрогенератор, ротор которого связан с одним колесом, а контрротор- с другим, отличающаяся тем, что башня выполнена из секций с возможностью телескопического складывания, концы секций загнуты с образованием направляющих поясков и пазух, а в пазухах размещены блоки и плети каната, причем секции установлены с возможностью выдвижения посредством выбирания каната, на конце верхней секции укреплена площадка с чечевидным обтекаемым ограждением и карнизами с отверстиями, а стойки ограждения пропущены сквозь отверстия верхнего карниза с возможностью выдвижения вверх, к башне прикреплена лестница одной из сторон, вторая сторона прикреплена к первой посредством шарниров с возможностью складывания и на ее верхней части размещен перекинутый через блок контргруз, валы выполнены трубчатыми с возможностью телескопического складывания с образованием между контактирующими поверхностями закрытых кольцевых пазух, соединенных с встроенным в вал гидроаккумулятором посредством центробежно управляемой запорной арматуры и трубопроводов.