ВЕТРОУСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 1997 года по МПК F03D3/02 F03D3/04 

Изобретение относится к электроэнергетике и может применяться в электроветроагрегатах, в частности для получения с их помощью электрической энергии.

Известны конструкции ветродвигателей и ветроустановок [1] в которых используются в качестве движителя лопасти ветродвигателей, механически связанные через муфту с электрогенератором для производства электроэнергии.

Недостаток конструкции таких ветроустановок заключается в необоснованно большом количестве промежуточных передаточных звеньев от ветродвигателя к генератору электроэнергии [2 и 3] в результате низкий КПД ветроустановки.

Известен ветроагрегат А. Набеля [4] представляющий собой ветродвигатель с двухлопастным ветроколесом, приводящим во вращение генератор переменного тока с постоянными вращающимися магнитами на роторе и рабочими обмотками в пазах неподвижного статора. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется установленными отдельно селеновыми выпрямителями.

Недостаток также низкий КПД ветроагрегата и генератора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявленному изобретению является ветродвигатель [4] содержащий корпус и установленные в нем с возможностью вращения в противоположном направлении два ветроколеса барабанного типа. Ветродвигатель снабжен генератором и подключенным к нему посредством реле и диода электроаккумулятором.

При возникновении ветра ветроколесо начинает вращаться, но генератор не подключается к нагрузке, т.к. реле включает свои контакты только при достаточно сильном ветре, обеспечивая разгон ветроколеса на холостом ходу, что уменьшает их износ и увеличивает срок службы и надежность. При увеличении нагрузки реле подключает электроаккумулятор и связанный с ним потребитель электроэнергии. При увеличении скорости ветра излишек вырабатываемой электроэнергии идет на зарядку аккумулятора, который начинает работать только на потребителя, таким образом поддерживается стабильность работы ветродвигателя.

Целью изобретения является повышение мощности производимой ветроустановкой электроэнергии и равномерности распределения массы ветроустановки при ее монтаже на вертикально стоящей, например, дымовой трубе.

Техническая сущность заключается в том, что ветроустановка для производства электроэнергии, содержащая трубу и ветродвигатель (ветроагрегат), состоящий из лопастного движителя с электрогенератором, и смонтированная на выходном конце трубы, дополнительно снабжена по крайней мере двумя ветроагрегатами, установленными попарно, соосно и симметрично относительно оси трубы, причем каждый лопастной движитель имеет свою внутреннюю полость с электропроводами, а каждая пара соосных ветроагрегатов содержит общую опору для подшипников и вывода электропроводов из внутренних полостей.

На фиг. 1 изображена ветроустановка, поперечный разрез; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 лопастные движители, поперечный разрез; на фиг. 4 общая опора между ветроагрегатами, поперечный разрез.

На торце выходного конца вертикально стоящей дымовой трубы 1 установлено центрирующее кольцо с широким фланцем 2, на котором смонтированы одновременно четыре электрогенератора 3. На их выходные валы попарно и соосно установлены своими концами осей по два ветроагрегата 4, а вторыми концами осей они установлены с возможностью вращения на опоре 5 между движителями, закрепленной на фланце 2. Опора 5 имеет полую ось 6 с подшипниками 7, на которых вращается по два лопастных движителя 8 ветроагрегатов 4, лопасти движителей намагничены. Вращающиеся лопасти от поднимающихся в трубе 1 потоков воздуха передают через шпонки роторов крутящий момент М_кр электрогенераторам 3. К полой оси 6 опоры 5 неподвижно крепятся якоря 9 ветроагрегатов 4, от этих якорей 9 через отверстия оси 6 выводятся электропровода 10 на клеммную коробку (не показана). Для защиты ветроустановки от атмосферных воздействий дождей, снега, метелей и др. над ней установлен кожух 11.

Ветроустановка работает следующим образом.

Ветроагрегаты, входящие в конструкцию ветроустановки, хорошо работают, без перебоев при направленных на лопасти движителей стабильных потоков воздуха с постоянным давлением и расходом. Такие "организованные" потоки воздуха, всегда поднимающиеся в трубе 1 из-за разности плотностей у верхнего и нижнего концов трубы, своим давлением на лопасти движителей 8 заставляют их вращаться одну пару по часовой, другую против часовой стрелки. Каждая пара ветроагрегатов 4 передает через шпонку возникающий от давления воздуха крутящий момент М_кр четырем электрогенераторам, в обмотках якорей которых от бегущего магнитного поля возбуждается ЭДС. Образующееся напряжение выводится на клеммную коробку по проводам 10, пропущенным через полую ось 6. В обмотке якорей 9, установленных на полой оси 6, при помощи намагниченных лопастей движителей 4 также возбуждается ЭДС, которая выводится на клеммные коробки. Таким образом, производимая ветроустановкой электроэнергия складывается из электроэнергии, получаемой ветроагрегатами, и электроэнергии, образуемой электрогенераторами, на осях роторов которых эти ветроагрегаты установлены.

Работа воздуха внутри трубы характеризуется следующими параметрами:
плотностями воздуха, нагретого ρ_нв у основания трубы и холодного ρ_хв у выхода вокруг трубы, где Р=100 кПа, М=28,84 кг/моль, R=8,31 Дж/моль•^oК, Т, ^oК=t+273, ρ_хв - 1,21 кг/м³.
температурами нагретого t_нв и холодного t_хв воздуха,
количеством тепла Q, образующегося в трубе Q = ρ_хв•V•C_p(t_хв- t_нв)K
естественной тягой Р нагретого воздуха в трубе P = H_тр•(ρ_хв - ρ_нв) кг/м²
расходом Φ нагретого воздуха
числом оборотов n ветроколеса n=2u/D•c^-1
скоростью подъема u нагретого воздуха
кинетической энергией (мощностью) N нагретого воздуха
крутящим моментом М_кр ветроколеса
Все расчеты указанных параметров приведены в табл. 1 и 2 для трубы диаметром Д 1 м и высотой Н 30 м.

Анализ табличных данных, проведенный с учетом поправочных коэффициентов теории ветроэнергетики (ξ= 0,32), показывает принципиальную возможность получения ветроэнергии с помощью предлагаемой ветроустановки, смонтированной на дымовой трубе. При этом конструкция ветроустановки строго симметрична относительно всех осей трубы, а масса ветроустановки равномерно распределена по верхнему торцу трубы, и потому такая конструкция надежно устойчива в любой розе ветров.

Использование: в ветроэнергетике. Сущность изобретения: ветроустановка для производства электроэнергии содержит ветроагрегат, состоящий из лопастного движителя с электрогенератором, смонтированный на выходном конце трубы. Ветроустановка дополнительно снабжена по крайней мере двумя ветроагрегатами, установленными попарно, соосно и симметрично относительно оси трубы, причем каждый лопастной движитель имеет внутреннюю полость с электропроводами, а каждая пара соосных ветроагрегатов содержит общую опору для подшипников и вывода электропроводов из внутренних полостей. 4 ил.

Ветроустановка для производства электроэнергии, содержащая трубу и ветроагрегат, состоящий из лопастного движителя с электрогенератором, и смонтированная на выходном конце трубы, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена по крайней мере двумя ветроагрегатами, установленными попарно, соосно и симметрично относительно оси трубы, причем каждый лопастной движитель имеет свою внутреннюю полость с электропроводами, а каждая пара соосных ветроагрегатов содержит общую опору для подшипников и вывода электропроводов из внутренних полостей.