Ветроэнергетический комплекс

Ветроэнергетический комплекс

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к ветроэнергетическим системам и может быть использовано в народном хозяйстве. Прототипом изобретения является "Ветровая электростанция с вертикальной двухступенчатой вихревой аэротурбиной с центробежными ограничителями скорости вращения аэротурбины" (патент №2392489) Недостаток - сложность конструкции, свистящие шумы и небольшая мощность. Техническим результатом данного изобретения является повышение мощности и сведение шума при работе к минимуму.

Указанный технический результат достигается тем, что ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС содержит электрогенераторы, вращаемые одной или несколькими аэротурбинами с вертикальной осью вращения, в которых поток воздуха, проходя через весь корпус турбины, задействует и лопасти, находящиеся с подветренной стороны, создавая дополнительную реактивную тягу на их изгибах при выходе из турбины. Для этого лопасти крепятся внутренними концами в пазах окружностей дисков, равномерно распределенных по длине вала и жестко соединенных с ним. Между дисками, поверхностью вала и концами лопастей образуется пространство, через которое сообщаются все подлопастные полости, позволяя воздуху проходить через всю турбину. Мощность увеличится на аэротурбине, состоящей из нескольких, поставленных друг на друга и жестко соединенных между собой и с валом, аэротурбин, образующих таким образом многосекционную аэротурбину. Так как скорость ветра с высотой увеличивается, то число лопастей и высоту вышестоящих секционных турбин сокращают пропорционально увеличению скорости ветра, что позволяет сохранить равномерную нагрузку на валу по всей его длине. Вал сплошной или полый состоит из звеньев с фланцами на торцах, жестко соединенных между собой, что дает возможность заменять секционные турбины при их поломках. Вал опирается через подшипники на рамы, установочные на опорах, связан с электрогенераторами через системы передачи вращения и имеет систему торможения. Она состоит из массивного диска-маховика, жестко соединенного с валом турбины, и двух пар тормозных колодок, находящихся на диаметрально противоположных сторонах писка, в каждой из которых колодки располагаются над противоположными поверхностями диска, что исключает появление изгибающего момента на диске. Колодки приводятся в рабочее положение пневмо- или гидросистемами. Чтобы уменьшить свист, издаваемый на острых концах лопастей, их загибают, образуя утолщения, или делают шумопоглащающие насадки на острых концах лопастей.

На фиг.1 и 2 показаны общий вид ветроэнергетического комплекса и его вид сверху. Как видно, комплекс состоит их трех аэротурбин (AT)1 с вертикальной осью вращения, каждая из которых состоит из пяти секций 1-I. Аэротурбины опираются через подшипники 9 (фиг.3) на рамы, поставленные на опорах 4 и 6. Нижние опоры 6 образуют каркас здания 5, внутри которого размещаются низкооборотные электрогенераторы 3 типа ГС и ВГС, вращаемые аэротурбинами 1. Так как скорость ветра с высотой увеличивается, то число лопастей 1-2 и высоту вышестоящих аэротурбин сокращают пропорционально увеличению скорости ветра, что позволяет сохранить равномерную нагрузку на валу 17 (фиг.3) турбины.

На фиг.3 показана структурная схема AT с нагрузкой на низкооборотный горизонтальный электрогенератор ГС 3. Основой AT является полый или сплошной вал 17. Он многозвенный. Каждое звено на концах имеет фланцы 16. Между фланцами 16 двух соседних звеньев вала закрепляется сплошной диск 15 с пазами на окружности для постановки внутренних концов лопастей 1-2. При этой на этих концах делают насадки или утолщения, закрывающие их острые края, для снижения шума и свиста. Технологически рентабельно делать фланцы 16 по форме дисков 15, заменяя их фланцами-дисками 15/16.

Наружные концы лопастей стянуты узкими кольцами-обручами, а торцы закрепляются на основаниях 14 секционных аэротурбин. Основания верхней и нижней секционных турбин жестко соединяются с основаниями 13 конусных обтекателей турбины 1-3. Все основания (кроме верхней) имеют наклонные плоскости для стока атмосферных осадков. Основания соседних секций закрепляются между фланцами-дисками 15/16 вала 17. Вал, проходя через конусообразную крышу 7 здания 5 (фиг.1), подшипник 9 на нижней раме 2, опускается в здание 5 и опирается внизу на подпятник качения 9. В здании на валу 17 монтируются одна или несколько систем передач вращения 12 для привода низкооборотных генераторов 3 через маховики, используемые как стабилизаторы и аккумуляторы энергии вращения 18, управляемые12-I и обгонные 12-2 муфты сцепления и редукторы или мультипликаторы 12-3. На фиг.2 пунктиром показан один из вариантов нагрузок аэротурбин AT-1÷3 на горизонтальные ГС и вертикальный ВГС электрогенераторы 3. На один мощный электрогенератор ВГС могут работать две аэротурбины AT-1 и АТ-2.

Все аэротурбины имеют тормозные системы 8. Их основой является диск 10, жестко связанный с валом 17 и выполняющий еще роль маховика, и две пары тормозных колодок 11, находящихся на диаметрально противоположных сторонах диска и расположенных по обеим поверхностям его, что поможет исключить изгибающий момент на диске. Тормозные колодки 11 приводятся в действие (прижимаются к диску) пневмо- или гидросистемами.

На опорах 4, поддерживающих верхнюю раму 2 (фиг.1) по всей их высоте монтируются приспособления в виде рельсов, по которым могут передвигаться и фиксироваться на любой высоте площадки обслуживания 19 с откидными мостиками 19-I.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВЕТРОЭНЕРГРТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА. Во всех AT имеются центральные полости, образуемые ваннами-дисками 15/16 (см. фиг.3, поперечное сечение А-А), поверхностью вала 17 и внутренними концами лопастей 1-2 с свистопоглощаемыми приспособлениями на острых краях, вмонтированными в пазы15-I диска15 или фланца 15/16. Через эти полости сообщаются все межлопастные пространства. Поэтому, как показано на фиг.3, сечение А-А, поток воздуха проходит через всю аэротурбину, задействуя все лопасти 1-2 и повышая ее КПД, так как и напорной силе потока воздуха добавляется еще и реактивная сила от течения потока по изогнутым поверхностям лопастей 1-2 на выходе из турбины. Вращение АТ 1 передается через систему передачи вращения 12, маховик 18, управляемую 12-1 и обгонную 12-2 муфты, редуктор или мультипликатор 12-3 на низкообразный электрогенератор 3. Как показано на фиг.2, 3, одна аэротурбина может быть нагружена на два электрогенератора типа ГС. Чтобы свести моменты вращения на рамах 2 к минимуму, вращения аэротурбин делают разносторонними. В тормозной системе необходимо применить и автоматический способ регулирования скорости вращения АТ, ограничивающий скорость при ураганном ветре.

Ветроэнергетические комплексы найдут широкое применение в прибрежных морских и океанских зонах и других районах с благоприятным ветровым режимом.

Ветроэнергетический комплекс содержит электрогенераторы, вращаемые одной или несколькими аэротурбинами с вертикальной осью вращения, в которых лопасти крепятся внутренними концами в пазах окружностей дисков, равномерно распределенных по длине вала и жестко соединенных с ним, в результате чего между дисками, поверхностью вала и концами лопастей, острые края которых заглушены противосвистящими приспособлениями, образуется пространство, через которое соединяются все межлопастные полости, позволяя потоку воздуха проходить через всю турбину, задействуя и лопасти, находящиеся с подветренной стороны, и создавая дополнительную реактивную тягу на их изгибах при выходе из турбины, причем мощность увеличивается в многосекционной аэротурбине, состоящей из нескольких поставленных друг на друга и скрепленных между собой и с валом турбин, при этом число лопастей и высоту вышестоящих турбин сокращают пропорционально увеличению скорости ветра с высотой, что позволяет сохранить равномерную нагрузку по всей длине вала, состоящего из звеньев с фланцами на концах, жестко соединенных между собой, и основаниями секций, опирающегося через подшипники на рамы, установленные на опорах, соединенного через системы передачи вращения с электрогенераторами и имеющего систему торможения, которая включает в себя массивный диск-маховик, соединенный с валом турбины, и две пары тормозных колодок, находящихся на диаметрально противоположных сторонах диска, в каждой из которых колодки располагаются над обеими поверхностями диска, что исключает появление изгибающего момента на диске в моменты приведения их в рабочее положение пневмо- или гидросистемами.