ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2014 года по МПК F03D7/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к ветроэнергетическим установкам, предназначенным в первую очередь для снабжения электрической, механической и тепловой энергией малонаселенных районов, удаленных от общей энергосистемы. Как правило, они располагаются в зонах с суровыми климатическими условиями и ограниченными транспортными возможностями, а для снабжения электроэнергией используют дизель-электрогенераторные установки.

Известна ветроэнергетическая установка с гидрообъемной передачей, включающей регулируемые насос и гидромотор с системами управления. Отличительной особенностью известной установки является то, что используется нерегулируемое ветроколесо и при этом предусмотрено одновременное регулирование насоса и гидромотора для обеспечения постоянства частоты вращения электрогенератора. Причем за счет увеличения рабочего объема насоса при увеличении скорости ветра производится притормаживание винта. Великобритания Патент №1600243.

Главным недостатком данной ветроэнергетической установки является то, что используется разомкнутая гидрообъемная передача, причем она располагается в гондоле на башне, при этом бак должен быть выше насоса, что естественно приводит к увеличенным размерам и массе гондолы и усложнению конструкции.

Известна также ветроэнергетическая установка, содержащая башню, установленную на ней гондолу с лопастным ветроколесом и размещенным в ней насосом, соединенным с последним, и расположенные у основания башни электрогенератор, соединенный с ним регулируемый гидромотор, сообщенный с насосом напорным и сливным трубопроводом, образующим замкнутый гидравлический контур, насос подпитки, подключенный своим выходом через фильтр к сливному трубопроводу, а входом - к баку, теплообменник и два трехпозиционных четырехходовых распределителя и подключенные своими входами и выходами параллельно насосу управляемый распределитель, предохранительные клапаны. US 4503673.

Недостатком прототипа является то, что гидрообъемная передача со всей гидроаппаратурой и электрогенератором расположены на вращающейся части установки, что приводит к услаждению ее конструкции и низкой надежности.

Другим недостатком является сложность механизма поворота лопастей ветроколеса и механизма перемещения его лопастей для регулирования аэродинамической нагрузки, воспринимаемой ветроколесом.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является принципиально новая схема автоматизированной дистанционной гидрообъемной передачи, позволяющей применять ветроколесо без сложных систем регулирования винта. Расположение всех элементов гидрообъемной передачи, кроме насоса, на земле позволяет предельно облегчить поворотную часть установки и создать более надежные условия эксплуатации ветроэнергетической установки в суровых климатических условиях и отдаленных труднодоступных районах.

Технический результат - снижение веса поворотной части установки и повышение надежности всей ветроэнергетической установки.

Указанная техническая задача решается и технический результат достигается за счет того, что ветроэнергетическая установка содержит башню, установленную на ней гондолу с лопастным ветроколесом и размещенным в ней насосом, соединенным с последним, и расположенные у основания башни электрогенератор и соединенный с ним регулируемый гидромотор, сообщенный с насосом напорным и сливным трубопроводом, образующим замкнутый гидравлический контур, насос подпитки, подключенный своим выходом через фильтр к сливному трубопроводу, а входом - к баку, теплообменник и два трехпозиционных четырехходовых распределителя и подключенные своими входами и выходами параллельно насосу управляемый распределитель и предохранительные клапаны, при этом новым является то, что она снабжена поворотным гидравлическим соединением, дополнительным гидромотором, управляемыми гидроклапанами и обратными клапанами, при этом дополнительный гидромотор и теплообменник подключены к контуру параллельно через управляемые клапаны, а поворотное гидравлическое соединение установлено на гондоле, выполненной с возможностью поворота, при этом в напорном трубопроводе за поворотным соединением последовательно по ходу потока установлены обратные клапаны и распределители, первый из которых выполнен с соединением двух входов с одним из выходов, в нейтральной позиции, а второй - обоих входов и выходов, причем насос выполнен регулируемым.

Установка также может быть снабжена дизельным двигателем, соединенным через управляемую муфту сцепления с электрогенератором.

На фиг.1 показан общий вид ветроэнергетической установки.

На фиг.2 показана гидросистема ветроэнергетической установки.

На фиг.3 показана схема соединения дизельного двигателя и регулируемого гидромотора с электрогенератором.

Ветроэнергетическая установка содержит башню 1, установленную на ней вращающуюся гондолу 2 с лопастным ветроколесом 3 и размещенным в ней насосом 4, соединенным с ветроколесом 3, и расположенные у основания башни 1 электрогенератор 5, соединенный с ним регулируемый гидромотор 6, сообщенный с насосом 4 напорным и сливным трубопроводами 7, 8, образующими замкнутый гидравлический контур, насос 9 подпитки, подключенный своим выходом через фильтр 10 к сливному трубопроводу 8, а входом - к баку 11, теплообменник 12, два трехпозиционных четырехходовых распределителя 13, 14. Подключенные своими входами и выходами параллельно насосу 4 управляемый распределитель 15 и предохранительные клапаны 16. Установка снабжена расположенным в верхней части башни 1 поворотным гидравлическим соединением 17, дополнительным гидромотором 18, управляемыми гидроклапанами 19, 20 и обратными клапанами 21, при этом дополнительный гидромотор 18 и теплообменник 12 подключены к контуру параллельно через управляемые клапаны 19, 20, а поворотное гидравлическое соединение 17 установлено на гондоле 2, выполненной с возможностью поворота, при этом в напорном трубопроводе 7 за поворотным соединением 17 последовательно по ходу потока установлены обратные клапаны 21 и распределители 13, 14. Первый по ходу потока распределитель 13 выполнен с соединением двух входов с одним из выходов в нейтральной позиции, а второй по ходу потока распределитель 14 выполнен с соединением обоих входов с обоими выходами. Насос 4 выполнен регулируемым. Теплообменник 12 имеет параллельно установленный его входу и выходу обратный клапан 22 и управляемый клапан 23, а на входе в теплообменник 12 также установлен регулируемый дроссель 24.

Система также включает блок 25 электрогидроусилителя. А для управления гидроэлементами применены микропроцессор (на чертеже не показан) и система датчиков: датчик (на чертеже не показан) частоты вращения ветроколеса 3, датчик 28 потребляемой электрогенератором 5 мощности, датчик 29 давления в замкнутом гидравлическом контуре.

Установка также может быть снабжена дизельным двигателем 26, соединенным через управляемую муфту сцепления 27 с электрогенератором 5.

Работает ветроэнергетическая установка следующим образом. Вырабатываемая ветроколесом 3 механическая энергия преобразуется регулируемым насосом 4 в энергию потока жидкости под давлением, передаваемую по напорному трубопроводу 7 через распределители 13, 14 регулируемому гидромотору 6, вращающему вал электрогенератора 5 с точно заданной стандартной частотой вращения. Из регулируемого гидромотора 6 рабочая жидкость возвращается в насос 4 по сливному трубопроводу 8, причем утечки из напорного трубопровода 7 восполняются насосом подпитки 9, расположенным в корпусе регулируемого гидромотора 6. Регулирование гидромотора 6 производит блок 25 электрогидроусилителя по командным сигналам микропроцессора или по воле оператора с пульта управления. При этом автоматически решается задача обеспечения постоянства частоты вращения электрогенератора 5 независимо от колебаний скорости ветра и мощности суммарной потребляемой энергии по известной и введенной в программу микропроцессора взаимозависимости частоты вращения ветроколеса 3 и потребляемой энергии с учетом поправок на компенсацию утечек, сжимаемость и температуру жидкости, характеристики ветроколеса 3 в зависимости от характера нагрузок и формы переходных процессов.

В функцию системы гидроуправления входит: плавное регулирование рабочего объема гидромотора 6 посредством блока 25 электрогидроусилителя, включение и отключение дополнительного гидромотора 18 отбора механической мощности посредством одного из гидрораспределителей 13, 14, изменение момента нагрузки на ветроколесо 3 посредством изменения рабочего объема насоса 4, включение и отключение муфт сцепления 27 при использовании электрогенератора 5 для работы либо от дизеля 26, либо от регулируемого гидромотора 6, либо при параллельной работе дизеля 26 и регулируемого гидромотора 6.

Последовательность и возможности запуска ветроэнергетической установки, холостая раскрутка ветроколеса 3 при легком устойчивом ветре происходит при соединенных до гидромотора 6 трубопроводах 7, 8 с помощью управляемого распределителя 15 и минимальном моменте сопротивления на валу насоса 4; при умеренном ветре трубопроводы 7, 8 разъединяются и происходит плавная раскрутка валов гидромотора 6 и отсоединенного от электросети электрогенератора 5. При достижении заданной частоты вращения электрогенератор 5 включается в сеть с ограниченной нагрузкой, а при соответствующем ветре - на полную нагрузку. При скорости ветра, равной или несколько превосходящей номинальные параметры гидрораспределителями 13, 14 и управляемыми клапанами 19, 20, подключаются дополнительный гидромотор 18 и/или теплообменник 12.

Изобретение может быть использовано для снабжения электрической, механической и тепловой энергией малонаселенных районов, удаленных от общей энергосистемы. Установка содержит башню, установленную на ней гондолу с лопастным ветроколесом и размещенным в ней насосом, соединенным с последним, и расположенные у основания башни электрогенератор и соединенный с ним регулируемый гидромотор, сообщенный с насосом напорным и сливным трубопроводами, образующими замкнутый гидравлический контур, насос подпитки, подключенный своим выходом через фильтр к сливному трубопроводу, а входом - к баку, теплообменник и два трехпозиционных четырехходовых распределителя и подключенные своими входами и выходами параллельно насосу управляемый распределитель и предохранительные клапаны. Кроме того, установка снабжена поворотным гидравлическим соединением, дополнительным гидромотором, управляемыми гидроклапанами и обратными клапанами, при этом дополнительный гидромотор и теплообменник подключены к контуру параллельно через управляемые клапаны, а поворотное гидравлическое соединение установлено на гондоле, выполненной с возможностью поворота, при этом в напорном трубопроводе за поворотным соединением последовательно по ходу потока установлены обратные клапаны и распределители, первый из которых выполнен с соединением двух входов с одним из выходов, в нейтральной позиции, а второй - обоих входов и выходов, причем насос выполнен регулируемым. Установка может быть снабжена дизельным двигателем, соединенным через управляемую муфту сцепления с электрогенератором. Изобретение обеспечит повышение надежности при снижении веса поворотной части. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая башню, установленную на ней гондолу с лопастным ветроколесом и размещенным в ней насосом, соединенным с последним, и расположенные у основания башни электрогенератор и соединенный с ним регулируемый гидромотор, сообщенный с насосом напорным и сливным трубопроводами, образующими замкнутый гидравлический контур, насос подпитки, подключенный своим выходом через фильтр к сливному трубопроводу, а входом - к баку, теплообменник и два трехпозиционных четырехходовых распределителя и подключенные своими входами и выходами параллельно насосу управляемый распределитель и предохранительные клапаны, отличающаяся тем, что она снабжена поворотным гидравлическим соединением, дополнительным гидромотором, управляемыми гидроклапанами и обратными клапанами, при этом дополнительный гидромотор и теплообменник подключены к контуру параллельно через управляемые клапаны, а поворотное гидравлическое соединение установлено на гондоле, выполненной с возможностью поворота, при этом в напорном трубопроводе за поворотным соединением последовательно по ходу потока установлены обратные клапаны и распределители, первый из которых выполнен с соединением двух входов с одним из выходов, в нейтральной позиции, а второй - обоих входов и выходов, причем насос выполнен регулируемым.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дизельным двигателем, соединенным через управляемую муфту сцепления с электрогенератором.