RU112289U1

RU112289U1 - WIND POWER PLANT

Info

Publication number: RU112289U1
Application number: RU2011132655/06U
Authority: RU
Inventors: Михаил Александрович Таймаров
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2012-01-10

Abstract

Ветроэнергетическая установка, содержащая опору, роторный ветродвигатель, имеющий лопасти, аэродинамические шайбы и вертикальный вал, закрепленный на опоре в подшипниковых узлах, электрический генератор, соединенный через выпрямитель, с которого снимается нагрузка, с блоком управления, соединенным с нагрузкой, при этом в верхней части вертикального вала установлен узел коллекторных колец со щетками, соединенный через выпрямитель с электрическим генератором, в средней части - тахометр, соединенный с блоком управления, а в нижней части - редуктор и мультипликатор, соединенный через электромагнитную муфту сцепления мультипликатора с электрическим генератором и с блоком управления, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена электромеханическим тормозным узлом, взаимодействующим с вертикальным валом и соединенным с блоком управления, и тепловым насосом, использующим для привода механическую энергию торможения вертикального вала, при этом тепловой насос через переключатель режимов работы и датчик температуры соединен с блоком управления, редуктор через электромагнитную муфту сцепления компрессора теплового насоса соединен с тепловым насосом и блоком управления, причем на лопасти и аэродинамические шайбы роторного ветродвигателя установлены элементы покрытия из кремниевого монокристаллического модуля на гибкой основе. A wind power plant containing a support, a rotary wind turbine with blades, aerodynamic washers and a vertical shaft fixed on the support in bearing assemblies, an electric generator connected through a rectifier, from which the load is removed, with a control unit connected to the load, while in the upper part the vertical shaft is equipped with an assembly of collector rings with brushes, connected through a rectifier with an electric generator, in the middle part there is a tachometer connected to the control unit, and in the lower part there is a gearbox and a multiplier connected through an electromagnetic clutch of the multiplier with an electric generator and with a control unit, characterized in that it is additionally equipped with an electromechanical braking unit interacting with the vertical shaft and connected to the control unit, and a heat pump that uses the mechanical braking energy of the vertical shaft to drive, while the heat pump through the operating mode switch You and the temperature sensor are connected to the control unit, the gearbox through the electromagnetic clutch of the heat pump compressor is connected to the heat pump and the control unit, and on the blades and aerodynamic washers of the rotary wind turbine there are coating elements made of a silicon monocrystalline module on a flexible basis.

Description

Полезная модель относится к ветрогелиоэнергетике, а именно к установкам, использующим энергию ветра и солнечных лучей для получения электрической и тепловой энергии в небольших производственных и жилых зданиях.The utility model relates to wind and solar energy, and in particular to installations using wind and solar energy to generate electrical and thermal energy in small industrial and residential buildings.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является гелиоветровая энергетическая установка по патенту РФ №2406941, МПК F24J 2/42, 20.12.2010, содержащая роторный ветродвигатель, вертикальный вал и электрический генератор, при этом вал роторного ветродвигателя в верхней части закреплен в подшипниках в станине круглой формы, в средней части контактирует с пьезоэлектрическим генератором, закрепленным в центре конусного основания, а нижней частью вал через редуктор механически связан с электрическим генератором, причем на станине установлен шатровый каркас, покрытый пьезоэлектрической пленкой с прикрепленными к ней фотоэлектрическими преобразователями, снаружи конусного основания прикреплены диэлектрические щиты, покрытые пьезоэлектрической пленкой, электрически связанной с пьезоэлектрическим генератором и пультом управления, а электрический генератор соединен электроприводами с электрическим аккумулятором.Closest to the claimed utility model is a solar wind power plant according to the patent of Russian Federation No. 2406941, IPC F24J 2/42, 12/20/2010, comprising a rotor wind turbine, a vertical shaft and an electric generator, while the shaft of the rotor wind turbine in the upper part is fixed in bearings in a round bed forms, in the middle part it contacts a piezoelectric generator fixed in the center of the conical base, and the lower part is mechanically connected through the gearbox to the electric generator, and a tent is installed on the bed vy frame covered with piezoelectric film attached thereto photoelectric converters, outside the conical base panels secured dielectric coated piezoelectric film is electrically connected to the piezoelectric generator and the control unit, and an electric generator electrically connected to electric battery.

Основным недостатком известной ветроэнергетической установки является невозможность ее использования на автономных транспортных средствах в удаленных районах для получения электрической и тепловой энергии в условиях дефицита топлива из-за значительных массогабаритных показателей, обусловленных наличием шатрового каркаса и мощного конусного основания. Кроме этого, недостатком является невозможность предотвращения аварийной ситуации во время штормовых порывов ветра.The main disadvantage of the known wind power installation is the impossibility of its use on autonomous vehicles in remote areas to obtain electric and thermal energy in the conditions of fuel shortage due to significant weight and size indicators due to the presence of a tent frame and a powerful conical base. In addition, the disadvantage is the inability to prevent an emergency during storm gusts.

Задачей полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей ветроэнергетической установки за счет снижения массогабаритных показателей и предотвращение аварийной ситуации во время штормовых порывов ветра за счет использования механической энергии торможения для стабилизации числа оборотов.The objective of the utility model is to expand the operational capabilities of a wind power plant by reducing weight and size and preventing an emergency during storm gusts by using mechanical braking energy to stabilize the speed.

Технический результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка, содержащая опору, роторный ветродвигатель, имеющий лопасти, аэродинамические шайбы и вертикальный вал, закрепленный на опоре в подшипниковых узлах, электрический генератор, соединенный через выпрямитель, с которого снимается нагрузка, с блоком управления, соединенным с нагрузкой, при этом в верхней части вертикального вала установлен узел коллекторных колец со щетками, соединенный через выпрямитель с электрическим генератором, в средней части - тахометр, соединенный с блоком управления, а в нижней части - редуктор и мультипликатор, соединенный через электромагнитную муфту сцепления мультипликатора с электрическим генератором и с блоком управления, согласно заявляемой полезной модели, дополнительно снабжена электромеханическим тормозным узлом, взаимодействующим с вертикальным валом и соединенным с блоком управления, и тепловым насосом, использующим для привода механическую энергию торможения вертикального вала, при этом тепловой насос через переключатель режимов работы и датчик температуры соединен с блоком управления, редуктор через электромагнитную муфту сцепления компрессора теплового насоса соединен с тепловым насосом и блоком управления, причем на лопасти и аэродинамические шайбы роторного ветродвигателя установлены элементы покрытия из кремниевого монокристаллического модуля на гибкой основе.The technical result is achieved in that a wind power installation comprising a support, a rotary wind turbine having blades, aerodynamic washers and a vertical shaft mounted on the support in bearing assemblies, an electric generator connected through a rectifier from which the load is removed, with a control unit connected to the load at the same time, in the upper part of the vertical shaft there is a collector ring assembly with brushes connected through a rectifier to an electric generator, in the middle part there is a tachometer, connected to the control unit, and in the lower part - the gearbox and the multiplier connected via the electromagnetic clutch of the multiplier to the electric generator and to the control unit, according to the claimed utility model, is additionally equipped with an electromechanical brake unit interacting with a vertical shaft and connected to the control unit, and a heat pump that uses mechanical energy for braking the vertical shaft to drive, while the heat pump through the mode switch and the temperature sensor s is connected to the control unit, the gearbox is connected through the electromagnetic clutch of the heat pump compressor to the heat pump and the control unit, and the coating elements of the silicon single-crystal module on a flexible basis are installed on the blades and aerodynamic washers of the rotor wind turbine.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена заявляемая ветроэнергетическая установка, на фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where Fig. 1 schematically shows the inventive wind power installation, Fig. 2 shows a section A-A in Fig. 1, in Fig. 3 - a section B-B in Fig. 1.

Блока, узлам и деталям на чертежах присвоены следующие позиции: 1 - лопасть роторного ветродвигателя, 2 - аэродинамическая шайба роторного ветродвигателя, 3 - узел коллекторных колец со щетками, 4 - кронштейн для крепления узла коллекторных колец, 5 - электромеханический тормозной узел, 6 - подшипниковый узел, 7 - вертикальный вал роторного ветродвигателя, 8 - опора, 9 - мультипликатор, 10 - электромагнитная муфта сцепления мультипликатора, 11 - электрический генератор, 12 - выпрямитель, 13 - нагрузка, 14 - кронштейн для крепления мультипликатора, 15 - тахометр, 16 - блок управления, 17 - редуктор, 18 - тепловой насос, 19 - переключатель режимов работы теплового насоса, 20 - датчик температуры, 21 - покрытие из кремниевого монокристаллического модуля на гибкой основе, 22 - электромагнитная муфта сцепления компрессора теплового насоса.The block, nodes and parts in the drawings are assigned the following positions: 1 - rotor wind turbine blade, 2 - rotor wind turbine washer, 3 - manifold ring assembly with brushes, 4 - bracket for mounting the manifold ring assembly, 5 - electromechanical brake assembly, 6 - bearing node, 7 - vertical shaft of the rotor wind turbine, 8 - support, 9 - multiplier, 10 - electromagnetic clutch of the multiplier, 11 - electric generator, 12 - rectifier, 13 - load, 14 - bracket for mounting the multiplier, 15 - tachometer p, 16 — control unit, 17 — gear box, 18 — heat pump, 19 — heat pump operating mode switch, 20 — temperature sensor, 21 — silicon single-crystal module coating on a flexible basis, 22 — heat pump compressor electromagnetic clutch.

Ветроэнергетическая установка содержит опору 8, роторный ветродвигатель, имеющий двухъярусный ротор с лопастями 1, аэродинамическими шайбами 2 и вертикальным валом 7, электрический генератор 11 и блок 16 управления. Вертикальный вал 7 закреплен верхней и нижней частью на опоре 8 в подшипниковых узлах 6. Электрический генератор 11 соединен с выпрямителем 12. В верхней части вертикального вала 7 установлен узел 3 коллекторных колец со щетками. Узел 3 коллекторных колец соединен с выпрямителем 12. В средней части вертикального вала 7 установлен тахометр 15, соединенный с блоком 16 управления. В нижней части вертикального вала 7 установлен редуктор 17 и мультипликатор 9. Мультипликатор 9 соединен через электромагнитную муфту 10 сцепления мультипликатора с электрическим генератором 11 и с блоком 16 управления. Электрический генератор 11 соединен через выпрямитель 12, с которого снимается нагрузка 13, с узлом 3 коллекторных колец со щетками и с блоком 16 управления. Нагрузка 13 соединена с блоком 16 управления.The wind power installation includes a support 8, a rotor wind turbine having a two-tier rotor with blades 1, aerodynamic washers 2 and a vertical shaft 7, an electric generator 11 and a control unit 16. The vertical shaft 7 is fixed by the upper and lower parts to the support 8 in the bearing assemblies 6. The electric generator 11 is connected to the rectifier 12. In the upper part of the vertical shaft 7 there is a collector ring assembly 3 with brushes. The node 3 of the collector rings is connected to the rectifier 12. In the middle part of the vertical shaft 7 there is a tachometer 15 connected to the control unit 16. In the lower part of the vertical shaft 7, a gearbox 17 and a multiplier 9 are installed. The multiplier 9 is connected through an electromagnetic clutch 10 of the multiplier clutch to the electric generator 11 and to the control unit 16. The electric generator 11 is connected through a rectifier 12, from which the load 13 is removed, with a node 3 of the collector rings with brushes and with the control unit 16. The load 13 is connected to the control unit 16.

Ветроэнергетическая установка отличается тем, что она дополнительно снабжена электромеханическим тормозным узлом 5, взаимодействующим с вертикальным валом 7 и соединенным с блоком 16 управления. Кроме этого, она дополнительно снабжена тепловым насосом 18, использующим для привода механическую энергию торможения вертикального вала 7. При этом тепловой насос 18 через переключатель 19 режимов работы теплового насоса и датчик 20 температуры соединен с блоком 16 управления. Редуктор 17 через электромагнитную муфту 22 сцепления компрессора теплового насоса соединен с тепловым насосом 18 и блоком 16 управления, причем на лопасти 1 и аэродинамические шайбы 2 роторного ветродвигателя установлены элементы покрытия 21 из кремниевого монокристаллического модуля на гибкой основе.The wind power installation is characterized in that it is additionally equipped with an electromechanical brake unit 5 interacting with a vertical shaft 7 and connected to the control unit 16. In addition, it is additionally equipped with a heat pump 18, which uses mechanical braking energy of the vertical shaft 7 to drive. In this case, the heat pump 18 is connected to the control unit 16 through a switch 19 of the operating modes of the heat pump and the temperature sensor 20. The reducer 17 is connected through the electromagnetic clutch 22 of the heat pump compressor to the heat pump 18 and the control unit 16, and on the blades 1 and aerodynamic washers 2 of the rotor wind turbine, coating elements 21 are made of a silicon single-crystal module on a flexible basis.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.Wind power installation works as follows.

При попадании ветра в лопасти 1 роторного ветродвигателя вертикальный вал 7 начинает вращаться и передает механическое усилие через мультипликатор 9, электромагнитную муфту 10 сцепления мультипликатора на электрический генератор 11, который генерирует электроэнергию и передает ее на выпрямитель 12, с которого снимается нагрузка 13 на потребление электроэнергии для зарядки аккумуляторов, работы инверторов, освещения. Электрический сигнал с выпрямителя 12 и нагрузки 13 передается на электронный блок 16 управления, который по сигналу с тахометра 15 стабилизирует скорость вращения вертикального вала 7 путем подключения механической нагрузки от вала 7 через редуктор 17, электромагнитную муфту 22 сцепления компрессора теплового насоса 18. Режим работы теплового насоса 18 задается автоматически с блока 16 управления с помощью переключателя 19 режимов работы теплового насоса по сигналу датчика 20 температуры. При солнечной погоде дополнительная генерация электроэнергии происходит на лопастях роторного ветродвигателя в элементах солнечных батарей на базе покрытия 21 из кремниевого монокристаллического модуля на гибкой основе, которая снимается при помощи узла 3 коллекторных колец со щетками и передается на выпрямитель 12.When wind enters the blades 1 of the rotary wind turbine, the vertical shaft 7 begins to rotate and transfers mechanical force through the multiplier 9, the electromagnetic clutch 10 of the multiplier to the electric generator 11, which generates electricity and transfers it to the rectifier 12, which removes the load 13 for electricity consumption for charging batteries, inverters, lighting. The electrical signal from the rectifier 12 and the load 13 is transmitted to the electronic control unit 16, which, according to the signal from the tachometer 15, stabilizes the rotation speed of the vertical shaft 7 by connecting the mechanical load from the shaft 7 through the gearbox 17, the electromagnetic clutch 22 of the heat pump compressor 18. The operation mode of the heat pump the pump 18 is set automatically from the control unit 16 using the switch 19 of the heat pump operating modes by the signal of the temperature sensor 20. In sunny weather, additional electricity is generated on the blades of a rotary wind turbine in solar cells based on a coating 21 of a silicon single-crystal module on a flexible basis, which is removed using a node 3 of the collector rings with brushes and transferred to the rectifier 12.

Электромеханический тормозной узел 5 предназначен для предотвращения аварийной ситуации, когда порыв ветра настолько велик, что торможение путем снятия механической нагрузки на тепловой насос 18 не обеспечивает резкое торможение вертикального вала 7.The electromechanical brake assembly 5 is designed to prevent an emergency situation when the gust of wind is so great that braking by removing mechanical stress on the heat pump 18 does not provide a sharp braking of the vertical shaft 7.

Тепловой насос 18 имеет три режима работы:The heat pump 18 has three modes of operation:

1.При работе в зимний период времени - отопление помещения за счет низкопотенциальной теплоты земли.1.When working in the winter period of time - heating the room due to the low potential heat of the earth.

2. При работе в летний период времени - кондиционирование помещения.2. When working in the summer period - air conditioning.

3.При работе в промежуточном режиме - дистилляция воды за счет конденсации паров воздуха.3. When working in an intermediate mode - water distillation due to condensation of air vapor.

Использование заявляемой полезной модели позволит предотвратить аварийные ситуации во время штормовых порывов ветра за счет использования механической энергии торможения.The use of the claimed utility model will prevent accidents during gusts of wind due to the use of mechanical braking energy.

Снижение массогабаритных показателей обеспечивает возможность использования предлагаемой ветроэнергетической установки на автономных транспортных средствах в удаленных районах для получения электрической и тепловой энергии.The reduction in overall dimensions makes it possible to use the proposed wind power installation on autonomous vehicles in remote areas to produce electric and thermal energy.

Claims

A wind power installation comprising a support, a rotary wind turbine having blades, aerodynamic washers and a vertical shaft mounted on the support in bearing assemblies, an electric generator connected through a rectifier from which the load is removed, with a control unit connected to the load, while in the upper part a vertical shaft has a collector ring assembly with brushes connected through a rectifier to an electric generator, in the middle part there is a tachometer connected to the control unit, and in the lower part a reducer and a multiplier connected through an electromagnetic clutch of the multiplier to an electric generator and to a control unit, characterized in that it is additionally equipped with an electromechanical brake unit interacting with a vertical shaft and connected to the control unit, and a heat pump that uses mechanical energy of braking vertical to drive shaft, while the heat pump through the mode switch and the temperature sensor is connected to the control unit, the gearbox through the electric the heat pump compressor’s clutch is connected to the heat pump and the control unit, and on the blades and aerodynamic washers of the rotor wind turbine installed coating elements from a silicon single-crystal module on a flexible basis.