ВЕТРОГИДРОАККУМУЛИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКА Российский патент 2018 года по МПК F03D9/14 F03D9/28 

Изобретение относится преимущественно к автономным системам и установкам энергосбережения, использующим возобновляющие источники энергии, например, ветровую и гидравлическую энергию, предназначенным для обеспечения электроэнергией различных объектов, имеющих неравномерную энергетическую нагрузку.

Аналогом является энергоаккумулирующая установка, содержащая турбину, приемник рабочего тела, подключенный к выходу турбины, компрессор и охлаждающий теплообменник, соединенный с аккумулятором рабочего тела, который через нагревающий теплообменник подключен ко входу в турбину. Внутренняя полость приемника рабочего тела сообщается с первым гидравлическим компенсатором давления. Внутренняя полость аккумулятора рабочего тела сообщается со вторым гидравлическим компенсатором давления, подключенным к системе накопления жидкости с возможностью использования гидростатического напора жидкости для компенсации давления рабочего тела (патент РФ №2435050, МПК⁶ F02С 6/14, F01K 25/06, от 27.11.2011).

Недостатком аналога являются:

- использование рабочего тела, в качестве которого использованы вещества из ряда углеводородов: спирты, эфиры, аммиак, диоксид углерода и т.п., что приводит к удорожанию электроэнергии.

Аналогом является комбинированная энергосистема для получения электричества, холода и тепла. Энергосистема содержит ветродвигатель, агрегатированный с приводимым им через энергоузел компрессором, накопитель воздуха, теплообменник с горячим и холодным контурами. Система потребитель теплого воздуха, турбодетандер, агрегатированный с приводимым им электрогенератором и потребитель холодного воздуха. Накопитель воздуха выполнен в виде гибкой оболочки, компрессор соединен газодинамически входом с атмосферой, а выходом - через горячий контур теплообменника с входом накопителя воздуха. Турбодетандер соединен газодинамически входом с выходом накопителя воздуха, а выходом с входом потребителя холодного воздуха. Вход и выход холодного контура теплообменника соединены между собой через потребитель теплого воздуха.

Энергосистема дополнительно содержит газотурбинную установку и магистраль с регулировочным краном, связывающую газодинамически газотурбинную установку с выходом турбодетандера, причем газотурбинная установка состоит из газогенератора и силового блока. При этом турбодетандер механически связан с валом газогенератора (патент на полезную модель RU №101104, МПК F03D 9/02, от 10.01.2011, бюл. №1).

Недостатками аналога заключаются в следующем:

- конструктивная сложность, малый КПД и ненадежность комбинированной энергосистемы, что снижает эффективность использования и ограничивает область ее применения.

Прототипом является универсальная комплексная энергосистема (Патент РФ №2489589 от 30.09.2011 г., МПК F02С 6/14, F03D 9/02, F29В 29/00, от 10.08.2013, бюл. №22). Система предназначена для получения электричества, холода и тепла. Она содержит ветродвигатель, агрегатированный с приводимым им через энергоузел компрессором, накопитель воздуха, теплообменник с горячим и холодным контурами, потребитель теплого воздуха, турбодетандер, агрегатированный с приводимым им электрогенератором и потребитель холодного воздуха. Компрессор газодинамически соединен входом с атмосферой, а выходом - через горячий контур теплообменника - с входом накопителя воздуха. Турбодетандер газодинамически соединен входом через запорный орган с выходом накопителя воздуха, а выходом с входом потребителя холодного воздуха. Вход и выход холодного контура теплообменника соединены между собой через потребитель теплого воздуха. Энергосистема включает источник природного газа повышенного давления, потребитель природного газа, дополнительный компрессор с приводом и дополнительный турбодетандер с потребителем мощности. Турбодетандер с потребителем мощности заключены в капсулу. Дополнительный компрессор газодинамически входом соединен с атмосферой, а выходом - через запорный орган - с входом накопителя воздуха. Дополнительный турбодетандер газодинамически входом через запорные органы соединен с источником природного газа и с выходом накопителя воздуха, а выходом - через запорные органы с потребителем природного газа и со входом потребителя холодного воздуха.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:

- невозможность автономного питания электропотребителей в периоды низкого ветропотенциала;

- невысокий КПД и ненадежность работы.

Это снижает эффективность использования ветроэнергетической установки и ограничивает область ее применения.

Задачей изобретения является разработка ветрогидроаккумулирующей электроустановки, в которой устранены недостатки аналогов и прототипа.

Техническим результатом изобретения является обеспечение автономности электропитания за счет использования запасенной пневматической и гидравлической энергий и обеспечения работы гидравлического насоса по заполнению накопительной емкости в период пониженного уровня ветропотенциала, а также повышение КПД и надежности установки.

Технический результат достигается тем, что ветрогидроаккумулирующая электроустановка содержит ветродвигатель, агрегатированный с приводимым им через энергоузел, выполненный с возможностью получения электроэнергии, компрессор и накопитель воздуха. Компрессор соединен газодинамически входом с атмосферным штуцером, а выходом через трубопровод подачи воздуха с эластичным накопителем воздуха с инжекторным вентилем и инжектором. Реверсивный шестеренчатый насос электрически соединен с энергоузлом электропроводом и гидравлически с баком и через накопительный бак и гидровентили с инжектором. Шестеренчатый насос также гидравлически соединен гидравлическим вентилем подачи воды с водозаборным устройством. Основной гидравлический вентиль соединен с баком и энергоузлом. Инжектор сообщен с эжекторным вентилем и трубопроводом подачи воды под давлением. Трубопровод подачи воздуха соединен с инжектором и энергоузлом.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена ветрогидроаккумулирующая электроустановка.

Цифрами на чертеже обозначены:

1 - ветродвигатель;

2 - энергоузел;

3 - компрессор;

4 - эластичный накопитель воздуха;

5 - входное устройство;

6 - трубопровод подачи воздуха;

7 - реверсивный шестеренчатый насос;

8 - накопительный бак;

9 - вентиль гидравлический дополнительный;

10 - гидровентиль реверсивный;

11 - вентиль подачи воды;

12 - вентиль гидравлический основной;

13 - вентиль воздушный;

14 - вентиль инжекторный;

15 - водозаборное устройство;

16 - трубопровод подачи воды под давлением;

17 - трубопровод подачи воздуха;

18 - газожидкостный инжектор;

19 - электропровод.

Ветрогидроаккумулирующая электроустановка содержит (см. фиг. 1) ветродвигатель 1, агрегатированный с приводимым им через энергоузел 2 компрессором 3 и накопитель воздуха 4. Энергоузел 2 выполнен с возможностью получения электроэнергии. Компрессор 3 соединен газодинамически с входным устройством 5, а выходом через трубопровод подачи воздуха 6, эластичный накопитель воздуха 4, через воздушный вентиль 13 с газожидкостным инжектором 18. Реверсивный шестеренчатый насос 7 электрически соединен с энергоузлом 2 электропроводом 19, гидравлически соединен через накопительный бак 8, гидровентили 10 (реверсивный), 14 (инжекторный) и трубопровод подачи воды под давлением 16 с газожидкостным инжектором 18. Шестеренчатый насос 7 также гидравлически соединен через гидравлический вентиль подачи воды 11 с водозаборным устройством 15. Накопительный бак 8 соединен с энергоузлом 2 через основной 12 и дополнительный 9 гидравлические вентили. Инжектор 18 через трубопровод подачи воздуха 17 соединен с накопителем воздуха 4.

Ветрогидроаккумулирующая электроустановка работает следующим образом.

Набегающий поток воздуха приводит во вращение ветродвигатель 1, агрегатированный приводимым им через энергоузел 2 компрессор 3. Атмосферный воздух через входное устройство 5 компрессора 3 посредством трубопровода 6 поступает в эластичный накопитель воздуха 4, служащий для сбора и поддержания воздуха под определенным давлением. Гидравлический реверсивный шестеренчатый насос 7 служит для наполнения бака 8 водой через трубопровод подачи воды под давлением 16 во время активной стадии работы ветродвигателя 1. Особенностью работы реверсивного шестеренчатого насоса является практически одинаковая подача и создаваемое рабочее давление при прямом и обратном вращении ротора - при прямом и обратном движении жидкого потока. Подача воды шестеренчатым насосом 7 осуществляется водозаборным устройством 15 при открытом вентиле подачи воды 11. После полного заполнения накопительного бака 8, вентиль подачи воды 11 закрывается, гидравлическая часть аккумулирующей электроустановки находится в режиме ожидания. Получение электроэнергии в энергоузле 2 за счет потенциальной энергии накопленной воды в баке 8 и напора воды, создаваемой реверсивным шестеренчатым насосом 7, производится при открытых вентилях 9, 10 и 12 и закрытых вентилях 11 и 14. Электрическая энергия для питания реверсивного шестеренчатого насоса 7 поступает по электропроводу 19 от энергоузла 2.

Работа газожидкостного инжектора 18 осуществляется совместным действием сжатого воздуха в эластичном накопителе 4 путем подачи воздуха через трубопровод 17 и статического давления воды в баке 8. При этом вентили 13 и 14 открываются, а вентиль 11 закрываются. Эффективность работы инжектора можно повысить включением в работу реверсивного шестеренчатого насоса 7, при открытом реверсивном вентиле 10.

Изобретение относится к автономным установкам энергосбережения. Ветрогидроаккумулирующая электроустановка содержит ветродвигатель, агрегатированный с приводимым им через энергоузел, выполненный с возможностью получения электроэнергии, компрессор и накопитель воздуха. Компрессор соединен газодинамически входом с атмосферным штуцером, а выходом через трубопровод подачи воздуха - с эластичным накопителем воздуха с инжекторным вентилем и инжектором. Реверсивный шестеренчатый насос электрически соединен с энергоузлом электропроводом и гидравлически с баком и через накопительный бак и гидровентили с инжектором. Шестеренчатый насос также гидравлически соединен гидравлическим вентилем подачи воды с водозаборным устройством. Основной гидравлический вентиль соединен с баком и энергоузлом. Инжектор сообщен с эжекторным вентилем и трубопроводом подачи воды под давлением. Трубопровод подачи воздуха соединен с инжектором и энергоузлом. Изобретение направлено на повышение КПД и надежности установки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ветрогидроаккумулирующая электроустановка, содержащая ветродвигатель, агрегатированный с приводимым им через энергоузел, выполненный с возможностью получения электроэнергии, компрессор, при этом компрессор соединен газодинамически с входным устройством, а выходом с эластичным накопителем воздуха, реверсивный шестеренчатый насос, электрически соединенный с энергоузлом и гидравлически с накопительным баком и водозаборным устройством, отличающаяся тем, что включает газожидкостный инжектор, газодинамически соединенный входом через воздушный вентиль с эластичным накопителем воздуха и гидродинамически через вентиль подачи воды с водозаборным устройством и через реверсивный гидровентиль с реверсивным шестеренчатым насосом и накопительным баком.

2. Ветрогидроаккумулирующая электроустановка по п. 1, отличающаяся тем, что электрическая энергия для питания реверсивного шестеренчатого насоса поступает по электропроводу от энергоузла.