ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2005 года по МПК F03D5/02 

Изобретение относится к ветряным электрическим станциям (ВЭС) и может быть использовано для производства электроэнергии в экономически обоснованных случаях.

Известна ВЭС, содержащая установленные на основании несущие опоры, размещенный на них купол и расположенное по оси симметрии последнего лопастное ветроколесо, несущие опоры установлены на основание с возможностью вращения вокруг оси симметрии купола, купол имеет центральное отверстие, а ветроколесо размещено в последнем и жестко закреплено на куполе (А.с. №1469205, Kл. F 03 D 3/00).

Известна ВЭС, включающая ветродвигатель, содержащий вертикальный вал и связанные с ним лопасти, которые выполнены в виде тонкостенных панелей с внутренними полостями, в одной из стенок панелей сделаны поперечные разрезы (А.с. №1562518, Kл. F 03 D 3/00).

Известна также ВЭС, включающая ветроколесо с горизонтальной осью вращения, содержащее полые скрученные по длине лопасти с воздуховыпускными отверстиями на концах, при этом каждая лопасть снабжена воздухозаборными поверхностями, расположенными на подветренной стороне на расстоянии 1/3...1/2 радиуса ветроколеса от оси вращения (А.с. №1760153, Кл. F 03 D 1/02).

Общий недостаток этих конструкций состоит в том, что кромка лопасти, находящаяся на оси вращения, имеет нулевую скорость и только периферийная часть противоположной кромки лопасти имеет максимальную скорость, не превышающую скорость ветра. Данное обстоятельство существенно снижает коэффициент использования ветрового потока ВЭС.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является ВЭС, содержащая рамки, шарнирно закрепленные на них пары лопастей, соединенную с рамками наклонную бесконечную ленту, охватывающую верхний, и нижний шкивы, связанные с каркасом, соединенные с ним параллельные верхняя и нижняя направляющие, контактирующие с беговыми роликами, причем лопасти каждой пары при помощи торсиона связаны между собой, беговые ролики закреплены по одному на лопастях, а направляющие при помощи дуг соединены между собой, диаметр которых больше расстояния между направляющими, при этом верхняя направляющая имеет переменную ширину, увеличивающуюся от нижнего ролика к верхнему (А.с. №1423777, Кл. F 03 D 5/02).

Ее недостаток - сложность и дороговизна конструкции, а также низкая надежность.

Технический результат изобретения сводится к упрощению и удешевлению, а также повышению надежности конструкции ВЭС.

Технический результат достигается тем, что лопасть ВЭС имеет форму двухскатной крыши, включающей стропила в виде укосин и анкерных мачт, нижняя часть и вершина которых снабжены кольцами, через последние пропущены стяжки и гнет, заключенные в фиксирующих трубках, стяжки заменяют валики соосных звеньев не менее 2-х гибких элементов, межосевые расстояния цилиндров равны 2,5...5,5 их габаритным радиусам, лопасти оборудованы парусами, а габаритный диаметр цилиндров больше шага мачты и соизмерим с ее высотой.

На фиг.1 показано устройство ВЭС, общий вид.

На фиг.2 представлена конструкция лопасти.

ВЭС состоит (фиг.1) из электрогенератора 1, передачи 2 и ветродвигателя, включающего лопасти 3 (а, б, в, г), установленные на бесконечных гибких элементах 4, охватывающих цилиндры 5, имеющие оси вращения 6, связанные с основанием 7. Лопасть 3 имеет форму двухскатной крыши, включающей стропила в виде укосин 18 (фиг.2) и анкерных мачт 8 (фиг.1), нижние части 19 (фиг.2) и вершина каждой из которых снабжены кольцами 20 (фиг.2); через последние пропущены стяжки 21 и гнет 22 (фиг.2), заключенные в фиксирующих трубках 23 (фиг.2); стяжки 21 заменяют валики соосных звеньев 24 (фиг.2) не менее двух гибких элементов 4 (фиг.2), 4 (фиг.1). Межосевые расстояния 9 цилиндров 5 (фиг.1) равны 2,5...5,5 их габаритным радиусам, лопасти 3 (фиг.1) оборудованы парусами 25 (фиг.2), а угол между скатами обозначен 26 (фиг.2). Шаг мачты 8 обозначен цифрой 11, а ее высота - цифрой 12. Блок 13, совместно с анемометром 14, управляет автоматической работой всей ВЭС. Натяжка гибких элементов 4 осуществляется с помощью передвижных опор 15, постамент 16 которых заключен между опорами 15 и основанием 7; сами же постаменты 16 жестко соединены балкой 17 (фиг.1). Как показывают исследования, с целью бесперебойной подачи ветровой энергии на лопасти 3 (фиг.1) ВЭС межосевое расстояние 9 цилиндров 5 равно 3 габаритным радиусам цилиндров 5 при четырехлопастной ВЭС и 5 этим же радиусам при ее трехлопастной структуре. Иное число лопастей невозможно или нецелесообразно.

ВЭС работает следующим образом.

При недостаточной силе ветра или его направлении, резко отличном от господствующего, лопасть 3 (фиг.1) не перемещается в пространстве - вращательно и поступательно. При скорости ветра больше некоторой минимальной от анемометра 14 (фиг.1) поступает сигнал на блок управления 13, который запускает в работу электрогенератор 1 от электросети, находящийся в начальный момент времени в двигательном режиме, так как эта электрическая машина является асинхронным короткозамкнутым электродвигателем, переходящим затем при синхронной скорости в рекуперативный режим. При дальнейшем увеличении скорости ветра его поток, падающий на лопасть 3а (фиг.1), не приводит к увеличению скорости движения гибких элементов 4, но дает увеличение силы, а следовательно, и мощности, отдаваемой через передачу 2 генератору 1. Оси вращения 6 устанавливаются параллельно между собой путем регулирования межосевых расстояний 9 цилиндров 5 с помощью опор 15, перемещаемых на постаментах 16, опирающихся на основания 7, жестко соединенных балкой 17. Ширма 10 предотвращает попадание на лопасти 3 б, в, г ветрового потока (фиг.1). Когда сила ветра достаточна, ветродвигатель переходит на подсинхронную скорость, а генератор 1 автоматически отключается от сети. Шаг 11 и высота 12 анкерной мачты 8 должны отвечать следующим условиям эффективной работы. Первое: шаг 11 мачты 8 не должен быть более габаритного диаметра цилиндра 5; шаг 11 на прямолинейном участке гибкого элемента 4 (фиг.1) более такового для криволинейного участка. Второе: высоту 12 мачты 8 следует выбирать соизмеримой с диаметром цилиндра 5, но большей последнего для того, чтобы на единицу затрат материалов получить большее количество выработанной мощности. Третье: чтобы уменьшить искривление линейных участков гибких элементов 4 при сильном ветре, расстояния между осями цилиндров 5 нужно минимизировать, а число лопастей 3 оптимально принять равным четырем. Укосины 18 (фиг.2) превращают всю конструкцию, содержащую нижние части мачт 19, кольца 20, стяжки 21, гнеты 22 и трубки 23 (фиг.2) в жесткую ферму, закрепленную в соосных звеньях 24 гибких элементов 4, несущих на этой ферме парус 25; при этом угол 26 (фиг.2) между скатами “Крыши” за один полный оборот, например, лопасти 3а (фиг.1) будет иметь два максимума и два минимума. Если парус 25 (фиг.2) будет изготовлен из эластичного материала, например синтетической ткани, то за счет его надувания ветром коэффициент использования ветровой энергии будет возрастать, в том числе и за счет снижения срыва ветрового потока с лопасти 3 (фиг.1) и уменьшения коэффициента его отражения, что существенно упрощает и удешевляет систему регулирования. Таким образом, расстояние между осями цилиндров 5 находится в диапазоне 2,5...5,5 габаритных радиусов цилиндров 5, причем оптимум находится вблизи значения 3. Мощность генератора 1 (фиг.1) такова, что при данной площади паруса 25 (фиг.2) и максимальной годовой скорости ветра в данной местности генератор 1 не перегружается по теплу. В критических случаях (один раз в пять...шесть лет) генератор 1 отключается тепловой защитой от сети, ветродвигатель механически тормозится, а лопасть 3а (фиг.1) демонтируется путем откручивания четырех гаек, соединяющих стяжки 21 с гибкими элементами 4 (фиг.2).

Предлагаемое изобретение по сравнению с другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- повышение надежности

- снижение стоимости

- упрощение конструкции

- экологическая частота окружающей среды.

Изобретение относится к ветроэлектростанциям (ВЭС) и может быть использовано для производства электроэнергии, работая параллельно с сетью или в автономном режиме. Технический результат заключается в упрощении и удешевлении, а также в повышении надежности конструкции ВЭС. ВЭС состоит из электрогенератора асинхронного типа, передачи и ветродвигателя, включающего лопасти, установленные на бесконечных гибких элементах, переброшенных через цилиндры, имеющие оси вращения, связанные с основанием. Лопасть имеет форму двухскатной крыши, включающей стропила в виде анкерных мачт. Межосевые расстояния цилиндров равны 2,5...5,5 их габаритным радиусам. Габаритный диаметр цилиндров больше шага мачты и соизмерим с ее высотой. Натяжка гибких элементов осуществляется с помощью передвижных опор, постамент которых заключен между опорами и основанием, сами же постаменты жестко соединены балкой. Число лопастей ВЭС оптимально равно четырем. 2 ил.

Ветроэлектростанция, включающая электрогенератор с передачей и ветродвигатель, содержащий лопасти, закрепленные на бесконечных гибких элементах, охватывающих цилиндры на осях вращения, связанные с основанием, отличающаяся тем, что лопасть имеет форму двухскатной крыши, включающей стропила в виде укосин и анкерных мачт, нижние части и вершина которых снабжены кольцами, через последние пропущены стяжки и гнет, заключенные в фиксирующих трубках, стяжки заменяют валики соосных звеньев не менее двух гибких элементов, межосевые расстояния цилиндров равны 2,5...5,5 их габаритным радиусам, лопасти оборудованы парусами, а габаритный диаметр цилиндров больше шага мачты и соизмерим с ее высотой.