EA018387B1

EA018387B1 - Ветроэлектростанция

Info

Publication number: EA018387B1
Application number: EA200800958A
Authority: EA
Inventors: Николай Садвакасович Буктуков; Жаксылыковна Молдабаева Гульназ; Бейсен Жакыпович Буктуков; Айтмухамед Кудайбергенулы Жакып
Original assignee: Николай Садвакасович Буктуков
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2013-07-30
Also published as: EA200800958A1; JP2009540191A; WO2007142498A1

Abstract

Изобретение относится к ветроэнергетике и может найти применение для автономного энергоснабжения объектов и выработки электроэнергии в энергосистему. Технический результат - повышение коэффициента использования во времени энергии ветра вне зависимости от его направления и скорости, упрощение конструкции и улучшения эксплуатационных характеристик, снижение стоимости изготовления и эксплуатационных расходов, повышение надежности. Это достигается тем, что электростанция имеет лопасти (ветроприемник, ометаемую поверхность) в виде двух или более сегментов трубы. В торцах между внутренней кромкой и центром сегмента каждой лопасти шарнирно закреплена лопасть вдоль оси посредством кронштейна, другой конец которого жестко соединен с валом. Внешняя кромка каждой лопасти в торцах соединена с грузом на гибкой тяге (или на рычагах-кронштейнах). Вал снизу соединен с редуктором через шаровое крепление и/или карданным валом. У маломощных ВЭС сверху вал шарнирно прикреплен к земле тросами, а у ВЭС средней и большой мощности вал сверху шарнирно закреплен к дугообразным фермам, которые в свою очередь нижними концами прикреплены к земле или основанию, стянуты в средней части между собой и/или к земле тросами.

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может найти применение для автономного энергоснабжения объектов и выработки электроэнергии в энергосистему.

Технический результат - повышение коэффициента использования во времени энергии ветра вне зависимости от его направления и скорости, упрощение конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик, снижение стоимости изготовления и эксплуатационных расходов, повышение надежности. Это достигается тем, что электростанция имеет вал, грузы, кронштейны, жестко закрепленные к валу, лопасти (ветроприемник, ометаемую поверхность) в виде двух или более сегментов трубы, имеющие внутренние и внешние кромки. Каждая лопасть гаарнирно закреплена к кронштейну в торце между внутренней кромкой и центром. Внутренние и внешние кромки каждой лопасти соединены в торцах с грузами посредством гибкой связи, переброшенной через свободно вращающиеся шкивы. Оси шкивов жестко прикреплены к валу, причем внешняя кромка каждой лопасти посредством гибкой тяги через шкивы соединена с г-образным рычагом-кронштейном, на противоположном конце которого прикреплен груз. Вал соединен снизу с редуктором посредством шарового крепления и/или карданного вала, а сверху прикреплен к дугообразным фермам или тросам, нижний конец которых прикреплен к земле или основанию, фермы в средней части стянуты тросами к земле и/или между собой.

Возможно достижение и другим вариантом исполнения, в котором каждая лопасть шарнирно закреплена к кронштейну в торце между внутренней кромкой и центром, причем внешняя кромка каждой лопасти соединена в торцах с грузами посредством г-образного рычага-кронштейна. Вал соединен снизу с редуктором посредством шарового крепления и/или карданного вала, а сверху прикреплен к дугообразным фермам или тросам, нижний конец которых прикреплен к земле или основанию, фермы в средней части стянуты тросами к земле и/или между собой.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к ветряным электростанциям, и может найти применение для автономного энергоснабжения объектов и выработки электроэнергии в энергосистему.

Известна виндроторная электростанция Бони-ШХВ (патент РК № 5595), состоящая из виндроторных модулей, включающих направляющие аппараты и лопастные вертикальные виндроторы, выполненные кольцевыми с числом лопаток и диаметрами, изменяющимися по высоте в соответствии с формулой Хельмана, а генераторная группа содержит один или несколько ярусов, соединенных с валом виндротора.

Этой виндроторной электростанции присущ ряд недостатков, таких как высокая металлоемкость, необходимость высокой классности изготовления для его работы на больших скоростях ветра, что ведет к значительному удорожанию, не работоспособность при малых скоростях ветра.

Известен ветродвигатель системы Савониуса (патент РК № 3230), содержащий две полуцилиндрические лопасти, размещенные между платами и имеющие внешние и внутренние кромки, которые кинематически соединены жестко с валом и шарнирно с лопастями, снабженными грузами на их внешних кромках.

Этот ветродвигатель имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при необходимом для увеличения мощности увеличении диаметра более 0,5 м и повороте на ветер кромками лопастей, происходит неуправляемый сдвиг полуцилиндров под напором ветра и производится удар кронштейнами, что требует усложнения конструкции и снижает надежность устройства. А уменьшение диаметра полуцилиндров ведет к снижению мощности и сокращению диапазона рабочих скоростей ветра.

Задачей настоящего изобретения является разработка ветроэлектростанции (ВЭС), позволяющей повысить коэффициент использования во времени (расширить диапазон рабочих скоростей ветра), обеспечить постоянную мощность электростанции не зависимо от скорости и направления ветра, упростить конструкцию и повысить надежность работы, что ведет к снижению стоимости и затрат на эксплуатацию.

Технический результат достигается тем, что в ветроэлектростанции, состоящей из вала, грузов, кронштейнов, жестко закрепленных к валу, лопастей (ветроприемников), имеющих внутренние и внешние кромки, каждая лопасть шарнирно закреплена к кронштейну в торце между внутренней кромкой и центром. Внутренние и внешние кромки каждой лопасти соединены в торцах с грузами посредством гибкой связи, переброшенной через свободно вращающиеся шкивы. Оси шкивов жестко прикреплены к валу, причем внешняя кромка каждой лопасти посредством гибкой тяги через шкивы соединена с гобразным рычагом-кронштейном, на противоположном конце которого прикреплен груз.

Лопасти могут быть выполнены в виде двух полуцилиндров или более сегментов.

Вал снизу соединен с редуктором через шаровое крепление и/или карданным валом. У маломощных ВЭС сверху вал прикреплен к земле тросами, а у ВЭС средней и большой мощности вал сверху закреплен к дугообразным фермам, которые, в свою очередь, нижними концами прикреплены к земле, стянуты между собой и/или к земле тросами.

Технический результат может быть достигнут и при другом варианте: в ветроэлектростанции, состоящей из вала, грузов, кронштейнов, жестко закрепленных к валу, лопастей, имеющих внутренние и внешние кромки, каждая лопасть шарнирно закреплена к кронштейну в торце между внутренней кромкой и центром. Внешняя кромка каждой лопасти соединена в торцах с грузами посредством г-образного рычага-кронштейна. Вал соединен снизу с редуктором посредством шарового крепления и/или кардан

- 1 018387 ного вала, а сверху прикреплен к дугообразным фермам или тросам, нижний конец которых прикреплен к земле или основанию, фермы в средней части стянуты тросами к земле и/или между собой.

Причинно-следственная связь между существенными признаками изобретения и достигаемыми результатами заключается в том, что при применении указанных признаков коэффициент использования энергии ветра во времени увеличивается, т.е. ВЭС будет работать в диапазоне скоростей 3-70 м/с. В результате ВЭС работает в три раза большее количество дней, следовательно, и выработка электроэнергии также будет более чем в три раза больше. Это достигается тем, что при малых скоростях ветра увеличивается площадь ометаемой поверхности, и, наоборот, при увеличении скорости ветра - уменьшается за счет смыкания или размыкания лопастей вокруг шарнирного крепления к кронштейну. При ураганных порывах ветра грузы за счет центробежной силы смыкают лопасти, при этом ВЭС принимает форму трубы. Надежность работы обеспечивается как за счет простоты конструкции, так и за счет наличия шарового крепления вала ВЭС и/или карданного вала с редуктором (мультиплексором). Наличие тросового крепления для маломощных ВЭС и крепление посредством дугообразных ферм, которые, в свою очередь ,стянуты тросами к земле и/или между собой, обеспечивают надежную работу при любых скоростях и порывах ветра.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид ВЭС, вид сверху и разрез двухлопастных ветроприемников, закрепленных шарнирно между внутренней кромкой и центром сегмента;

на фиг. 2 - сечение трехлопастных ветроприемников, закрепленных шарнирно между внутренней кромкой и центром сегмента;

на фиг. 3 - схема крепления грузов, обеспечивающего закрывание лопастей (ветроприемников) при увеличении скорости ветра;

на фиг. 4 - схема крепления груза, обеспечивающего открывание лопастей (ветроприемников) при отсутствии ветра.

Ветроэлектростанция состоит (фиг. 1) из вала 1, к которому кинематически закреплены лопасти 2 (ветроприемники), торцы которых шарнирно 3 закреплены к кронштейнам 4. Кронштейны 4 жестко закреплены к валу 1 (фиг. 1, разрез А-А). Торцы между внутренней кромкой и центром сегмента (полуцилиндра) двулопастных (фиг. 1), трехлопастных (фиг. 2) ветроприемников 2 шарнирно закреплены к кронштейнам 4. Внешние кромки лопастей посредством гибкой тяги 5 через шкивы 11 (фиг. 3) соединены с рычагомкронштейном 14, на противоположном конце которого прикреплен груз 13. Рычаг-кронштейн посредством шарнирного крепления 12 соединен с валом 1. Вал 1 в верхнем конце шарнирно прикреплен к фермам 8 (фиг. 1), которые, в свою очередь, соединены между собой горизонтальными тягами 7 и притянуты к земле (или основанию) тягами 9 (фиг. 1). Нижний конец вала 1 через карданный вал соединен с электромеханической установкой 10, состоящей из редуктора и генератора. Лопасти 2 в торцах по внешним кромкам посредством гибкой тяги 5 (фиг. 1, 3) через шкивы 11 соединены с рычагом-кронштейном 14. Лопасти 2 в торцах по внутренним кромкам посредством гибкой тяги 17 (фиг. 4) через шкивы 11 соединены с грузом 15. Вертикальное движение груза 15 ограничено ограничителем 16 (фиг. 4).

Во втором варианте внешняя кромка каждой лопасти соединена с рычагом-кронштейном 14, на другом конце которого прикреплен груз 13. Рычаг-кронштейн 14 посредством шарнирного крепления 12 соединен с валом 1. Вал 1 в верхнем конце шарнирно прикреплен к фермам 8 (фиг. 1), которые, в свою очередь, соединены между собой горизонтальными тягами 7 и притянуты к земле (или основанию) тягами 9 (фиг. 1). Нижний конец вала 1 через карданный вал соединен с электромеханической установкой 10, состоящий из редуктора и генератора.

Работа ветровой электростанции производится следующим образом. Ветровой поток поступает на лопасти 2, что приводит к вращению вала 1, который передает вращение на электромеханическую установку 10. При увеличении скорости ветра за счет центробежной силы грузы 13 начинают отходить от вала 1, что приводит к отклонению рычага-кронштейна 14 вокруг шарнирного крепления 12. Рычагкронштейн 14 тянет гибкую тягу 5 через шкив 11, что приводит к смещению лопастей 2 вокруг шарнирного крепления 3 к валу 1. При ураганных порывах ветра лопасти 2 смыкаются и принимают форму цилиндра 6 (фиг. 2). Ограничение раскрытия лопастей 2 обеспечивают тяги 17, соединенные с грузом 15 за счет того, что груз 15 упирается в ограничитель 16 (фиг. 4). Груз 15 имеет возможность движения только по вертикали.

При отсутствии ветра груз 15 под действием гравитационных сил опускается вниз и посредством тяг 17 полностью раскрывает лопасти 2. Работа ветроэлектростанции по второму варианту аналогична. Ветровой поток поступает на лопасти 2, что приводит к вращению вала 1, который передает вращение на электромеханическую установку 10. При увеличении скорости ветра за счет центробежной силы грузы 13 начинают отходить от вала 1, что приводит к отклонению рычага-кронштейна 14 вокруг шарнирного крепления 12. Рычаг-кронштейн 14 тянет внешнюю кромку лопасти, что приводит к смещению лопастей 2 вокруг шарнирного крепления 3 к валу 1. При ураганных порывах ветра лопасти 2 смыкаются и принимают форму цилиндра 6 (фиг. 2).

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Ветроэлектростанция, состоящая из вала, грузов, кронштейнов, жестко прикрепленных к валу, лопастей, имеющих внутренние и внешние кромки, отличающаяся тем, что каждая лопасть шарнирно прикреплена к кронштейну в торце между внутренней кромкой и центром, внутренние и внешние кромки каждой лопасти соединены в торцах с грузами посредством гибкой связи, переброшенной через свободно вращающиеся шкивы, оси которых жестко прикреплены к валу, причем внешняя кромка каждой лопасти посредством гибкой тяги через шкивы соединена с г-образным рычагом-кронштейном, на противоположном конце которого прикреплен груз, вал соединен снизу с редуктором посредством шарового крепления и/или карданного вала, а сверху прикреплен к дугообразным фермам или тросам, нижний конец которых прикреплен к земле или основанию, фермы в средней части стянуты тросами к земле и/или между собой.
2. Ветроэлектростанция, состоящая из вала, грузов, кронштейнов, жестко прикрепленных к валу, лопастей, имеющих внутренние и внешние кромки, отличающаяся тем, что каждая лопасть шарнирно прикреплена к кронштейну в торце между внутренней кромкой и центром, причем внешняя кромка каждой лопасти соединена в торцах с грузами посредством г-образного рычага-кронштейна, вал соединен снизу с редуктором посредством шарового крепления и/или карданного вала, а сверху прикреплен к дугообразным фермам или тросам, нижний конец которых прикреплен к земле или основанию, фермы в средней части стянуты тросами к земле и/или между собой.