ВЕТРОВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Российский патент 2020 года по МПК F03D1/06 F03D9/20 F03D15/00 

Область техники

Изобретение, ветровая установка для выработки электричества, относится к энергетике и может быть использована в качестве источника электрической энергии.

Уровень техники

Технический результат, решаемый изобретением, обеспечивается не задействованным энергетическим потенциалом ветра.

Ветровая электростанция - это несколько ВЭУ (ветровых энергетических установок), собранных в одном или нескольких местах и объединенных в единую сеть. Крупные ветровые электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветровые электростанции называют «ветровыми фермами» (от англ. Wind farm).

Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветровые электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30-60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т.д. При строительстве ветровых электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветровой энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов - 300 м. Современные ветровые электростанции прекращают работу во время сезонного перелета птиц.

Известна наземная ветровая электростанция, самый распространенный в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях. Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7-10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой электростанции может занимать год и более. Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжелая подъемная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров. Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью. Крупнейшей на данный момент ветровой электростанцией является электростанция Альта, расположенная в штате Калифорния, США. Полная мощность - 1550 МВт.

Известна прибрежная ветровая электростанция. Прибрежные ветровые электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоема. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой - с остывшего побережья к водоему.

Известна шельфовая ветровая электростанция. Шельфовые ветровые электростанции строят в море: 10-60 километров от берега. Шельфовые ветровые электростанции обладают рядом преимуществ:

1) их практически не видно с берега;

2) они не занимают землю;

3) они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.

Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передается на землю по подводным кабелям. Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Соленая морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций. Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъемные суда.

Известна плавающая ветровая электростанция.

Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года. Турбина под названием Hywind весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалеку от юго-западного берега Норвегии. Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещен балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закрепленными на дне. Электроэнергия передается на берег по подводному кабелю.

Известна парящая ветровая электростанция. Парящей называют ветровые турбины, размещенные высоко над землей, для использования более сильного и стойкого ветра. Концепция разработана в 1930-е годы в СССР инженером Егоровым.

Известна горная ветровая электростанция. Первая на постсоветском пространстве горная ВЭС мощностью 1,5 МВт была запущена на Кордайском перевале в Жамбылской области Казахстана в 2011 году. Высота площадки - 1200 метров над уровнем моря. Среднегодовая скорость ветра 5,9 м/сек. В 2014 году количество ветротурбин «Vista International)) мощностью по 1,0 МВт на «Кордайской ВЭС» было доведено до 9 агрегатов при проектной мощности 21 МВт. В дальнейшем планируется введение в строй Жанатасской (400 МВт) и Шокпарской (200 МВт) ветряных электростанций. В феврале 2015 года в Восточных Карпатах у города Старый Самбор запущена в работу первая в Западной Украине горная ВЭС «Старый Самбор 1» мощностью в 13,2 МВт. Общая мощность 79,2 МВТ. Она представлена ветротурбинами VESTAS V-112 датского производства номинальной мощностью 6,6 МВт. Высота площадки 500 - 600 м над уровнем моря, среднегодовая скорость ветра 6,3 м/сек.

Недостатками данных технических решений являются следующие факторы:

Сложность в обслуживании в связи с автономностью каждого ветрогенератора, шум генераторов с высоты особенно распространяем по местности, отсутствие механической взаимосвязи ветрогенераторов последовательно друг с другом не предполагает преобразование слабого ветра в электричество, так как каждый ветрогенератор уже находиться под нагрузкой, обеспеченной индивидуальными редуктором и генератором, невозможность корректировать ветрогенератор по направлению ветра.

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Beтpoвaя_элeктpocтaнция

Сущность

Технический результат, решаемый изобретением, обеспечивается не задействованным энергетическим потенциалом ветра.

Для решения этой технической задачи предлагается ветровая установка для выработки электричества.

Ветровая установка для выработки электричества, включающая сеть ветрогенераторов, каждый из которых содержит башню, ветровое колесо, редуктор и генератор, при этом, отличающаяся тем, что установка снабжена профилированными колесами с зубьями, связанных между собой вертикальной цепной передачей, которые приводятся во вращение за счет ветрового колеса, испытывающего напор потока воздуха, шестернею верхнего уровня жестко закрепленной с профилированным колесом с зубьями, которая передает крутящийся момент через двухстороннюю солнечную шестерню, шестерне нижнего уровня жестко закрепленной с профилированными колесами с зубьями, которые по средством горизонтальной цепной передачи в постоянном контакте с последующим ветрогенератором для передачи тягового усилия и синхронизационным рычагом, закрепленного за шток через опорные подшипники, которым регулируется направление ветрового колеса по всей окружности относительно направления ветра.

Основные технические особенности и преимущества предлагаемого технического решения описаны в представленном предпочтительном варианте осуществления.

Объем защиты изобретения не ограничивается описанным примером, а включает различные варианты исполнения в соответствии с общей концепцией. В частности, применение передачи тягового усилия за счет предложенного редукционного механизма и горизонтальной цепной передачи, связывающей ветрогенераторы последовательно друг с другом, и синхронизационным рычагом, которым через опорные подшипники регулирует направление ветрового колеса относительно направления потока воздуха с целью получения электроэнергии.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг. 1-2 показаны общий вид и устройство ветровой установки для выработки электричества.

На фигуре 1 обозначены: ветрогенераторы 1, башня 2, шток 3, ветровое колесо 4, профилированные колеса с зубьями 5, вертикальная цепная передача 6, шестерня верхнего уровня 7, двухсторонняя солнечная шестерня 8, шестерня нижнего уровня 9, горизонтальная цепная передача 10, редуктор 13, генератор 14.

На фигуре 2 обозначены: ветрогенераторы 1, башня 2, ветровое колесо 4, профилированные колеса с зубьями 5, шестерня верхнего уровня 7, двухсторонняя солнечная шестерня 8, горизонтальная цепная передача 10, синхронизационный рычаг 11, редуктор 13, генератор 14.

На Фиг. 3-5 показаны отдельные редукционные узлы ветровой установки для выработки электричества.

На фигуре 3 обозначены: шток 3, ветровое колесо 4, профилированные колеса с зубьями 5, вертикальная цепная передача 6, синхронизационный рычаг 11, опорные подшипники 12.

На фигуре 4 обозначены: шток 3, профилированные колеса с зубьями 5, вертикальная цепная передача 6, шестерня верхнего уровня 7, двухсторонняя солнечная шестерня 8, шестерня нижнего уровня 9, горизонтальная цепная передача 10, синхронизационный рычаг 11, опорные подшипники 12.

На фигуре 5 обозначены: шток 3, профилированные колеса с зубьями 5, вертикальная цепная передача 6, шестерня верхнего уровня 7, двухсторонняя солнечная шестерня 8, шестерня нижнего уровня 9, синхронизационный рычаг 11, опорные подшипники 12.

Сеть ветрогенераторов 1, каждый из которых содержит башню 2, в которой смонтирован шток 3, ветровое колесо 4, по средствам опорного подшипника 12 соединено с синхронизационным рычагом 11, профилированные колеса с зубьями 5 соединенные вертикальной цепной передачей 6 и профилированные колеса с зубьями 5 соединенные горизонтальной цепной передачей 10 передают крутящийся момент, шестерня верхнего уровня 7 передает крутящийся момент через двухстороннюю солнечную шестерню 8, шестерне нижнего уровня 9, крутящийся момент через редуктор 13 выводиться на генератор 14.

Осуществление изобретения

Ветровая установка для выработки электричества работает в одном режиме.

Ветровое колесо 4 ветрогенератора 1 воспринимает поток воздуха, в силу чего передает энергию ветра на профилированные колеса с зубьями 5, которые связаны вертикальной цепной передачей 6, шестерня верхнего уровня 7 передает крутящийся момент через двухстороннюю солнечную шестерню 8, шестерне нижнего уровня 9, на которой жестко закреплены профилированные колеса с зубьями 5 которые по средством горизонтальной цепной передачи 10 связаны с последующим аналогичным ветрогенератором 1, для передачи тягового усилия через редуктор 13 на генератор 14. С помощью синхронизационного рычага 11, закрепленного за шток 3 по средствам опорных подшипников 12 можно регулировать направление ветрового колеса по всей окружности относительно направления ветра.

Изобретение относится к энергетике, а именно к возобновляемым источникам электрической энергии. Ветровая установка для выработки электричества, состоит из сети ветрогенераторов, каждый из которых содержит башню, шток, ветровое колесо, профилированные колеса с зубьями, вертикальную цепную передачу, шестерню верхнего уровня, жестко закрепленную с профилированным колесом с зубьями, двухстороннюю солнечную шестерню, шестерню нижнего уровня жестко закрепленную с профилированным колесом с зубьями, горизонтальную цепную передачу, синхронизационный рычаг, опорные подшипники, редуктор, генератор. Техническим результатом является обеспечение выработки электроэнергии при малой скорости ветра. 5 ил.

Ветровая установка для выработки электричества, включающая сеть ветрогенераторов, каждый из которых содержит башню, ветровое колесо, редуктор и генератор, при этом, отличающаяся тем, что установка снабжена профилированными колесами с зубьями, связанными между собой вертикальной цепной передачей, которые приводятся во вращение за счет ветрового колеса, испытывающего напор потока воздуха, шестернею верхнего уровня, жестко закрепленной с профилированным колесом с зубьями, которая передает крутящий момент через двухстороннюю солнечную шестерню шестерне нижнего уровня, жестко закрепленной с профилированными колесами с зубьями, которые посредством горизонтальной цепной передачи в постоянном контакте с последующим ветрогенератором для передачи тягового усилия и синхронизационным рычагом, закрепленным за шток через опорные подшипники, которым регулируется направление ветрового колеса по всей окружности относительно направления ветра.