ВЕТРОВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Российский патент 2020 года по МПК F03D9/20 F03D3/00 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/Ветровая_электростанция

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 оси, лопасти, устройства для отвода потока воздуха от лопастей, работающих в закрытом для ветровой атаки положении, и регулируемых вдоль окружности вращения лопастей относительно оси, его рычагов крепления и стоек, выполняющих опорную функцию на рельсовый желоб, посредством катков, солнечную шестерню жестко закрепленной на оси, которая сопряжена с шестернею, жестко зафиксированной с профилированными колесами с зубьями, которые в постоянном контакте, по средствам цепной передачи, с последующим лопастным блоком, редуктор, генератор.

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 от лопастного устройства к последующему за счет предложенного редукционного механизма и устройств, принимающими на себя напор потока воздуха для отвода его от лопастей, работающих в закрытом для ветровой атаки положении, и регулируемых вдоль окружности вращения лопастей относительно оси, 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: ось 1, лопасть 2, рычаг крепления 3, устройство для отвода потока воздуха от лопастей, работающих в закрытом для ветровой атаки положении 4, стойки 5, катки 6, рельсовый желоб 7, солнечная шестерня 8, шестерня 9, профилированное колесо с зубьями 10, цепная передача 11, редуктор 12, генератор 13. При этом, рельсовый желоб, существующий вдоль всей окружности вращения лопастей, обозначен в одном месте, относительно воображаемой окружности, треугольниками.

На фигуре 2 обозначены: лопасть 2, рычаг крепления 3, устройство для отвода потока воздуха от лопастей, работающих в закрытом для ветровой атаки положении 4, катки 6, рельсовый желоб 7, солнечная шестерня 8, шестерня 9, профилированное колесо с зубьями 10, цепная передача 11, редуктор 12, генератор 13. При этом, рельсовый желоб, существующий вдоль всей окружности вращения лопастей, обозначен окружностью в виде одной сплошной линии.

Лопасти 2 воспринимают поток воздуха и придают вращение оси 1, на оси жестко закреплена солнечная шестерня 8, которая сопряжена с шестернею 9, жестко зафиксированной с профилированными колесами с зубьями 10, которые в постоянном контакте, по средствам цепной передачи 11, с последующим лопастным блоком и передают суммарное давление на редуктор 12, который приводит во вращение ротор генератора 13, а устройства для отвода потока воздуха от лопастей, работающих в закрытом для ветровой атаки положении 4, и регулируемых вдоль окружности вращения лопастей 2 относительно оси 1, устраняют напор потока воздуха от лопастей 2, движущихся по направлению на встречу ветра, что предполагает высокий КПД устройства. Рычаги крепления 3 этого устройства выполняют функцию фиксации в верхнем положении относительно оси 1, а его стойки 5, опорную функцию на рельсовый желоб 7, посредством катков 6.

Осуществление изобретения

Ветровая установка для выработки электричества работает в одном режиме.

Лопасти 2 воспринимают поток воздуха и придают вращение оси 1, на оси жестко закреплена солнечная шестерня 8, которая сопряжена с шестернею 9, жестко зафиксированной с профилированными колесами с зубьями 10, которые в постоянном контакте, по средствам цепной передачи 11, с последующим лопастным блоком и передают суммарное давление на редуктор 12, который приводит во вращение ротор генератора 13, а устройства для отвода потока воздуха от лопастей, работающих в закрытом для ветровой атаки положении 4, и регулируемых вдоль окружности вращения лопастей 2 относительно оси 1, устраняют напор потока воздуха от лопастей 2, движущихся по направлению на встречу ветра, что предполагает высокий КПД устройства. Рычаги крепления 3 этого устройства выполняют функцию фиксации в верхнем положении относительно оси 1, а его стойки 5, опорную функцию на рельсовый желоб 7, посредством катков 6.

Изобретение относится к энергетике, а именно к возобновляемым источникам электрической энергии. Ветровая установка для выработки электричества состоит из оси, лопастей, устройства для отвода потока воздуха, его рычагов крепления и стоек, выполняющих опорную функцию на рельсовый желоб, по средством катков. На оси жестко закреплена солнечная шестерня, которая сопряжена с шестернею, жестко зафиксированной с профилированным колесом с зубьями, которое в постоянном контакте, по средствам цепной передачи, с последующим лопастным блоком, редуктор, генератор. Техническим результатом является обеспечение работы при малых скоростях ветра. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ветровая установка для выработки электричества, включающая оси, лопасти, редуктор, генератор, при этом, отличающаяся тем, что установка снабжена устройствами для отвода потока воздуха от лопастей, работающих в закрытом для ветровой атаки положении, регулируемыми вдоль окружности вращения лопастей относительно оси, их рычагами крепления и стойками, выполняющими опорную функцию на рельсовый желоб посредством катков, солнечной шестернею, жестко закрепленной на оси, которая сопряжена с шестернею, жестко зафиксированной с профилированными колесами с зубьями, которые в постоянном контакте посредством цепной передачи с последующим лопастным блоком.

2. Ветровая установка для выработки электричества по п. 1, отличающаяся тем, что одна стойка устройства для отвода потока воздуха от лопастей, работающих в закрытом для ветровой атаки положении, находится в крайнем положении, а другая смещена ближе к центру данного устройства, что предполагает смещение его от уровня открытия лопастей для ветровой атаки.