ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к ветротехнике, в частности, к ветроэнергетическим установкам ортогонального типа (схема Дарье-Жиромил).

Известны ветроэнергетические установки с вертикальным валом (ортогонального типа), на котором закреплены траверсы, а на траверсах установлены лопасти (заявка ФРГ N 2745862, кл. F 03 D 3/06, опубл. 1979, заявка ЕПВ N 0049634, кл. F 03 D 3/06, опубл. 1982, авт.свид. СССР N 1164457, кл. F 03 D 7/06, опуб. 1983).

Недостатки известных технических решений:
исключен самозапуск установок при относительно слабых ветрах;
плохая энергетическая характеристика при слабых ветрах;
низкая надежность установки при действии ураганов или отказах системы управления.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявленному является ветроэнергетическая установка, включающая стойку, вантовые оттяжки, ротор, выполненный в виде вертикального вала и лопастей, связанных траверсами (авт.свид. СССР N1164457, кл. F 03 D 7/06, опубл. 1983).

Цель предложенного изображения:
самозапуск установки при относительно слабых ветрах;
улучшение энергетической характеристики, в частности, повышение выдаваемой мощности при относительно слабых ветрах без увеличения установленной мощности установки, обеспечивающее увеличение выработки энергии на установке при фиксированной ее мощности и заданном режиме ветра;
повышение надежности установки при действии ураганов или отказах с темы управления.

Цель достигается тем, что, стойка выполнена в виде опоры и несущей верхней части, а сама установка снабжена рабочими тестируемыми разрушаемыми элементами и противоугонным устройством, выполненным в виде последовательно и соосно связанных фланца, закрепленного на верхней несущей части стойки, аварийного тестируемого разрушаемого элемента и закрепленного на опоре стопорного кольца с закрепленными на нем коаксиально гидроамортизаторами и ограничителями поворота, причем верхняя несущая часть стойки смонтирована на опоре через аварийный разрушаемый элемент с возможностью поворота относительно нее и возможностью взаимодействия фланца с гидроамортизаторами и ограничителями поворота, диаметрально противоположные лопасти закреплены на концах траверс посредством рабочих разрушаемых тестируемых элементов со смещением вверх и вниз относительно траверс, вал ротора установлен на верхней несущей части стойки, а вантовые оттяжки закреплены одним концом на стопорном кольце, а другим притянуты к земле.

Аварийный тестируемый разрушаемый элемент выполнен в виде трубчатой тонкостенной вставки, а рабочие тестируемые разрушаемые элементы в виде осей шарниров.

Лопасти установки выполнены разной длины и закреплены на траверсах на различном расстоянии от оси вращения вала ротора, например, лопасти большей длины закреплены ближе к валу ротора и наоборот.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлены ветроэнергетическая установка (общий вид); на фиг. 2 установка с лопастями разной длины; на фиг. 3 узел крепления верхней несущей части стойки и опоры и противоугонное устройство с вантовыми оттяжками; на фиг. 4 разрез А-А на фиг. 3.

Установка включает стойку, вантовые оттяжки и ротор. Ротор выполнен в виде лопастей 1, связанных траверсами 2 с вертикальным валом 3. Стойка выполнена в виде верхней несущей части 4 и опоры 5. Установка снабжена рабочими тестируемыми разрушаемыми элементами 6. Установка снабжена противоугонным устройством, выполненным в виде последовательно и соосно связанных фланца 7, закрепленного на верхней части 4 стойки, аварийного тестируемого разрушаемого элемента 8 и закрепленного опоре 5 стопорного кольца 9 с закрепленными на нем коаксиально гидроамортизаторами 10 и ограничителями поворота 11. Верхняя часть 4 стойки смонтирована на опоре 5 через аварийный элемент 8 с возможностью поворота относительно нее и возможностью взаимодействия фланца 7 с гидроамортизаторами 10 и ограничителями поворота 11. Диаметрально противоположные лопасти 1 закреплены на концах траверс 2 посредством рабочих элементов 6 со смещением вверх и вниз относительно траверс 2. Вал 3 ротора установлен на верхней части 4 стойки. Вантовые оттяжки 12 закреплены одним концом на стопорном кольце 9, а другим притянуты к земле. Рабочие элементы 6 выполнены в виде осей шарниров, разрушаемых только при аварийном разгоне ветроагрегата или аварийном порыве ураганного ветра. Аварийный элемент 8 выполнен в виде трубчатой тонкостенной вставки, допускающей поворот верхней части 4, но не отрыв. Лопасти 1 выполнены разной длины и размещены на разном расстоянии от оси вращения, например, более длинные лопасти, размещаемые ближе оси вращения и движущиеся с относительно меньшей скоростью дают наибольший эффект при относительно слабых ветрах, более короткие лопасти движущиеся с большей скоростью, дают наиболее сильный эффект при более сильном ветре.

Работает установка следующим образом.

Диаметрально противоположные лопасти 1, закрепленные на концах траверс 2, смещены вверх и вниз относительно них, таким образом, верхние и нижние сечения ротора имеют низкий коэффициент затенения, а средние сечения ротора имеют вдвое более высокий коэффициент затенения. Известно, что при высоком затенении ортогональные роторы приобретают свойство самозапуска, но имеют низкие энергетические характеристики при слабом ветре. В предложенной установке часть ротора имеет высокое, затенение, что обеспечивает самозапуск, а часть ротора имеет низкое затенение, обеспечивающее более высокую мощность при слабых ветрах. Повышение надежности ВЭУ достигается введением тестированных разрушаемых элементов 6 и 8, в нижних узлах крепления лопастей 1 к траверсам 2 и в верхнем узле крепления вантовых оттяжек 12 к стойке установки (через стопорное кольцо 9, фланец 7 к несущей части 4). Разрушение элемента 6 нижнего узла крепления лопасти 1 может иметь месте только при аварийном разгоне ветроагрегата или при аварийном порыве ураганного ветра: в этом случае лопасть 1 поворачивается относительно оси шарнира (элемента 6) в почти горизонтальное положение, тянущая сила исчезает, аварийная остановка агрегата облегчается. При воздействии аварийной нагрузки на ротор в целом происходит излом соответствующего элемента 8 и верхняя часть 4 стойки вместе с ротором наклоняется, обеспечивая уменьшение нагрузок на ротор и стойку. Аварийный элемент 8 обеспечивает поворот верхней части 4, но не отрыв.

Использование: изобретение относится к ветротехнике, в частности, к ветроэнергетическим установкам (ВЭУ). Сущность изобретения: лопасти, закрепленные на концах траверс, смещаются вверх и вниз относительно последних. Таким образом, верхние и нижние сечения ротора имеют низкий коэффициент затенения, а средние сечения ротора имеют вдвое более высокий коэффициент затенения. Известно, что при высоком затенении ортогональные роторы приобретают свойство самозапуска, но имеют низкие энергетические характеристики при слабом ветре. В изобретении часть ротора имеет высокое затенение, что обеспечивает самозапуск, а часть ротора имеет низкое затенение, обеспечивающее более высокую мощность при слабых ветрах. Повышение надежности ВЭУ достигается введением тестированных разрушаемых элементов в нижних узлах соединения лопастей и траверс, а также введением тестируемой разрушаемой трубчатой вставки в верхнем узле крепления вантовых оттяжек к стойке. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, включающая стойку, вантовые оттяжки и ротор, выполненный в виде вертикального вала и лопастей, связанных траверсами, отличающаяся тем, что стойка выполнена в виде опоры и несущей верхней части, а сама установка снабжена рабочими тестируемыми разрушаемыми элементами и противоугонным устройством, выполненным в виде последовательно и соосно связанных фланца, закрепленного на верхней несущей части стойки, аварийного тестируемого разрушаемого элемента и закрепленного на опоре стопорного кольца с закрепленными на нем коаксиально гидроамортизаторами и ограничителями поворота, причем верхняя часть стойки смонтирована на опоре через аварийный разрушаемый элемент с возможностью поворота относительно нее и возможностью взаимодействия фланца с гидроамортизаторами и ограничителями поворота, а диаметрально противоположные лопасти закреплены на концах траверс посредством рабочих разрушаемых тестируемых элементов со смещением вверх и вниз относительно траверс, вал ротора установлен на верхней несущей части стойки, а винтовые оттяжки закреплены одним концом на стопорном кольце, а другие притянуты к земле. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рабочие и аварийный тестируемые разрушаемые элементы выполнены в виде осей шарниров и трубчатой тонкостенной вставки соответственно. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что лопасти выполнены разной длины и закреплены на различном расстоянии от оси вращения, например лопасти большей длины закреплены ближе к валу ротора и наоборот.