ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2008 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к устройству ветроэлектростанций большой мощности с вертикальной осью вращения, с большим крутящим моментом и большими габаритами, может использоваться для обеспечения электроэнергией сети потребителей.

Известен ротор ветродвигателя по патенту РФ на изобретение №2006668, F03D 3/06, 1994, содержащий неподвижную вертикальную ось, установленный на ней полый вал с радиальными махами, на которых установлены поворотные лопасти. Для повышения мощности ветродвигателя и его надежности махи снабжены вертикальными стержнями, связанными при помощи горизонтальных и наклонных растяжек с полым валом. Недостатком является выполнение лопастей в виде конструкции с цельной поверхностью, установка их на махах, что приводит к повышению веса конструкции, снижению КПД и мощности.

Ветродвигатель с вертикальной осью вращения по а.с. СССР №1747745, F03D 7/06, 1992 содержит корпус и мачту, связанную с ним при помощи стяжных лент, мачта снабжена тремя растяжками и двумя фундаментными элементами. Недостатком является то, что данная конструкция рассчитана на ветроустановку с небольшими размерами и не может быть применена для ветроэлектростанций с большой рабочей поверхностью лопастей.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрана ветроустановка по а.с. СССР №1657724, F03D 3/06, содержащая башню, вертикальный вал, лопасти на траверсах, основные растяжки, концы которых соединены с лопастями. Башня снабжена роликами, а вал - втулкой, соединенной с верхним концом вала. Сверху на втулке закреплена стойка. Верхний конец стойки соединен при помощи дополнительных растяжек с периферийными концами траверс, основные растяжки соединены с лопастями и прикреплены к втулке. Недостатком является невысокая надежность ветроустановки при больших ветровых нагрузках из-за неустойчивой конструкции башни и передачи крутящего момента через втулку на вал, находящийся внутри башни. Кроме того, несмотря на то, что основные растяжки передают ветровую нагрузку лопасти в вертикальной и фронтальной плоскостях, форма лопасти, ее размеры и данная система растяжек также не обеспечивают необходимую надежность лопасти для работы ветроэлектростанции высокой мощности.

Технической задачей заявляемого технического решения является повышение надежности конструкции ветроэлектростанции высокой мощности при высоких ветровых нагрузках.

Технический результат достигается тем, что в ветроэлектростанции высокой мощности, содержащей мачту, систему растяжек, ветровое колесо с вертикальной осью вращения, включающее лопасти, паруса, согласно изобретению, на мачте установлено опорно-поворотное устройство, платформа которого неподвижна и соединена с мачтой, подвижная часть соединена с ветровым колесом, мачта содержит вертикальную опору и перпендикулярные ей ярусы жестких радиальных элементов с вертикальными, закрепленными на платформе диагональными и наклонными растяжками, на платформе расположены консоли, к концам которых под углом к горизонтальной поверхности прикреплены растяжки консолей все лопасти выгнуты в горизонтальной и вертикальной плоскости в сторону, противоположную наклону растяжек консолей, паруса установлены на лопастях с возможностью автоматического сматывания их на барабаны, установленные на опорно-поворотном устройстве. Лопасть содержит продольные и поперечные жесткие элементы, между которыми натянута система растяжек, в центре лопасти, перпендикулярно ее поверхности, установлены жесткие элементы в виде стержней, концы которых соединены с продольными и поперечными элементами лопасти дополнительными растяжками.

Технический результат достигается за счет установки на мачте опорно-поворотного устройства, неподвижная платформа которого соединена с мачтой, а подвижная часть - с ветровым колесом, в результате чего снижаются динамические нагрузки, действующие на мачту, т.к. на нее не передается крутящий момент ветрового колеса. Выполнение мачты в виде вертикальной опоры с ярусами перпендикулярных ей жестких радиальных элементов, соединенных с диагональными, наклонными и вертикальными растяжками, закрепленными на неподвижной платформе и на опорной поверхности земли, увеличивает устойчивость мачты и прочность на изгиб, позволяя изготовить ее высотой более 100 м, необходимой для ветроэлектростанции большой мощности. Выполнение лопастей выгнутыми в горизонтальной и вертикальной плоскости увеличивает их прочность, повышая надежность конструкции. Закрепление на неподвижной платформе консолей, к концам которых прикреплены растяжки под углом к горизонтальной поверхности земли, направление наклона которого противоположно направлению выгнутостей лопастей, повышает устойчивость конструкции за счет противодействия ветровым нагрузкам силы реакции опоры. Возможность автоматического сматывания парусов с лопастей на барабаны, установленные на опорно-поворотном устройстве, в зависимости от силы и направления ветра так же повышает надежность конструкции. Возможность изменения площади рабочей поверхности парусов предотвращает воздействие высоких динамических нагрузок на элементы конструкции при ураганных ветрах. Выполнение лопастей с продольными и поперечными жесткими элементами, между которыми натянута система растяжек, состоящая из продольных, поперечных и диагональных растяжек, повышает прочность лопасти при значительном снижении ее веса. Это позволяет увеличить площадь лопастей без снижения надежности всей конструкции. Установка в центре лопасти, перпендикулярно ее поверхности жестких элементов в виде стержней, концы которых соединены с продольными и поперечными жесткими элементами лопасти дополнительными растяжками, повышает надежность работы ветроэлектростанции, предотвращая изгиб и поломку лопастей.

На фигуре 1 представлен общий вид ветроэлектростанции высокой мощности.

На фигуре 2 представлен вид сверху ветроэлектростанции высокой мощности.

На фигуре 3 представлен разрез мачты ветроэлектростанции большой мощности.

Ветроэлектростанция состоит из мачты 1, опорно-поворотного устройства 2, ветрового колеса 3. Мачта 1 содержит вертикальную опорную стойку 4, жесткие радиальные элементы 5, вертикальные растяжки 6 мачты 1, диагональные растяжки 7 мачты 1, наклонные растяжки 8 мачты 1. Опорно-поворотное устройство 2 содержит платформу 9, подвижную часть 10, консоли 11. К консолям 11 прикреплены растяжки 12. Ветровое колесо 3, закрепленное на подвижной части 10 опорно-поворотного устройства 2 состоит из стойки 13, лопастей 14, парусов 15. Стойка 13 соединена растяжками с лопастями 14. Лопасть 14 содержит продольные жесткие элементы 16, поперечные жесткие элементы 17, продольные растяжки 18 лопасти 14, поперечные растяжки 19 лопасти 14, диагональные растяжки 20 лопасти 14, жесткие элементы в виде стержней 21, установленные перпендикулярно поверхности лопасти 14, с обеих сторон, к концам которых прикреплены дополнительные растяжки 22 лопасти 14.

Ветроэлектростанция высокой мощности работает следующим образом.

Ветровое колесо 3 вращается под воздействием силы ветра на поверхность парусов 15, установленных на лопастях 14. Крутящий момент ветрового колеса через зубчатое колесо опорно-поворотного устройства 2 передается на привод преобразователя электрической энергии. При этом продольные растяжки 18, поперечные растяжки 19, диагональные растяжки 20, продольные арматурные элементы 16 и поперечные арматурные элементы 17 лопасти 14 воспринимают фронтальные ветровые нагрузки, необходимые для вращения ветрового колеса. Дополнительные растяжки 22 лопасти 14, установленные на выносных арматурных элементах 21, компенсируют изгибающие моменты, действующие на лопасть 14. Вертикальные растяжки 6, диагональные растяжки 7, наклонные растяжки 8 мачты 1 компенсируют изгибающие моменты, действующие на ветроэлектростанцию, обеспечивая ее устойчивость при любой силе ветра. Площадь рабочей поверхности парусов 15, воспринимающих энергию ветрового потока, автоматически меняется в зависимости от силы ветра. Паруса 15 сматываются на барабаны (не показаны), установленные внутри подвижной части 10 опорно-поворотного устройства 2.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность ветроэлектростанции высокой мощности за счет создания конструкции, способной работать без разрушения при высоких ветровых нагрузках, в том числе при ураганных ветрах.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к устройствам с вертикальной осью вращения с высоким крутящим моментом и большими габаритами. Ветроэлектростанция содержит мачту, систему растяжек, ветровое колесо с вертикальной осью вращения, включающее лопасти, паруса. На мачте установлено опорно-поворотное устройство, платформа которого неподвижна и соединена с мачтой, подвижная часть соединена с ветровым колесом. Мачта содержит вертикальную опору и перпендикулярные ей ярусы жестких радиальных элементов с вертикальными, закрепленными на платформе диагональными и наклонными растяжками. На платформе расположены консоли, к концам которых под углом к горизонтальной поверхности прикреплены растяжки консолей, все лопасти выгнуты в горизонтальной и вертикальной плоскости в сторону, противоположную наклону растяжек консолей. Паруса установлены на лопастях с возможностью автоматического сматывания их на барабаны, установленные на опорно-поворотном устройстве. Изобретение обеспечивает повышение надежности за счет систем растяжек мачты и лопастей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ветроэлектростанция высокой мощности, содержащая мачту, систему растяжек, ветровое колесо с вертикальной осью вращения, включающее лопасти, паруса, отличающаяся тем, что на мачте установлено опорно-поворотное устройство, платформа которого неподвижна и соединена с мачтой, подвижная часть соединена с ветровым колесом, мачта содержит вертикальную опору и перпендикулярные ей ярусы жестких радиальных элементов с вертикальными, закрепленными на платформе, диагональными и наклонными растяжками, на платформе расположены консоли, к концам которых под углом к горизонтальной поверхности прикреплены растяжки консолей, все лопасти выгнуты в горизонтальной и вертикальной плоскости в сторону противоположную наклону растяжек консолей, паруса установлены на лопастях с возможностью автоматического сматывания их на барабаны, установленные на опорно-поворотном устройстве.2. Ветроэлектростанция высокой мощности по п.1, отличающаяся тем, что лопасть содержит продольные и поперечные жесткие элементы, между которыми натянута система растяжек, в центре лопасти, перпендикулярно ее поверхности, установлены жесткие элементы в виде стержней, концы которых соединены с продольными и поперечными жесткими элементами лопасти дополнительными растяжками.