RU204426U1

RU204426U1 - Wind power plant

Info

Publication number: RU204426U1
Application number: RU2021105489U
Authority: RU
Inventors: Никита Юрьевич Мошонкин
Original assignee: Никита Юрьевич Мошонкин
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2021-05-24

Abstract

Полезная модель относится к области генерации энергии из воздушного потока, конкретно к области использования потока отработанного воздуха в системе охлаждения ротора генератора.Ветроэнергетическая установка содержит кожух с ветроколесом и генератором, размещенном в диффузоре. Для раскрутки ветроколеса и генерации электроэнергии использован канал воздуховода системы охлаждения ротора генератора, ориентированный горизонтально к поверхности земли. При этом генератор размещен в конце воздушной шахты системы охлаждения ротора генератора, вмонтированной в конструкцию производственного здания. Технический результат - повышение энергоэффективности за счет использования воздушного канала системы охлаждения генератора. 1 ил.The utility model relates to the field of energy generation from an air stream, specifically to the field of using the exhaust air stream in the generator rotor cooling system. The wind power plant contains a casing with a wind wheel and a generator located in a diffuser. To spin the wind wheel and generate electricity, the air duct of the generator rotor cooling system, oriented horizontally to the surface of the earth, was used. In this case, the generator is located at the end of the air shaft of the generator rotor cooling system, which is built into the structure of the production building. The technical result is an increase in energy efficiency due to the use of an air channel of the generator cooling system. 1 ill.

Description

Область техники Technology area

Полезная модель относится к области генерации энергии из воздушного потока, конкретно к области использования потока отработанного воздуха в системе охлаждения ротора генератора для раскрутки турбины генератора, размещенного в конце шахты системы охлаждения.The invention relates to the field of energy generation from an air stream, specifically to the field of using the exhaust air stream in the cooling system of the generator rotor for spinning up the turbine of the generator located at the end of the shaft of the cooling system.

Предшествующий уровень техникиPrior art

Известна ветросиловая установка, содержащая башню с ветроколесом и входные каналы с воздушными заслонками, при этом башня состоит из нижней конфузорной, средней цилиндрической и верхней диффузорной частей, ветроколесо установлено в цилиндрической части башни, установка снабжена исполнительным сервомеханизмом, содержащим вал с общим поворотным звеном, кинематически связанным с заслонками (см. патент РФ на изобретение № 1134771, МПК F03D 3/04, опубл. 15,01.1985 г.).Known wind power plant containing a tower with a wind wheel and inlet channels with air dampers, while the tower consists of a lower confuser, middle cylindrical and upper diffuser parts, the wind wheel is installed in the cylindrical part of the tower, the installation is equipped with an executive servo mechanism containing a shaft with a common rotary link, kinematically associated with dampers (see RF patent for invention No. 1134771, IPC F03D 3/04, publ. 15.01.1985).

Недостатком является то, что для монтажа известной установки необходимо место с постоянной и достаточной силой ветра, это место обычно удалено от потребителей электроэнергии, что подразумевает прокладку длинных электрокоммуникаций, а также изготовление дорогостоящего ветроулавливающего короба и опорных конструкций, необходимых для эффективной работы генератора, которые окупаются длительное время. Это снижает энергоэффективность установки и ее функциональные возможности. The disadvantage is that for the installation of a known installation, a place with a constant and sufficient wind force is required, this place is usually remote from electricity consumers, which implies the laying of long electrical communications, as well as the manufacture of an expensive wind box and supporting structures necessary for the efficient operation of the generator, which pay off long time. This reduces the energy efficiency of the installation and its functionality.

Известна конструкция ветроэлектрической станции для многоэтажных зданий и сооружений, способная вырабатывать электроэнергию даже при нулевой скорости естественного движения воздушных масс, при этом вал генератора располагается вертикально к поверхности земли, на нем закреплены два ветропривода: ветроколесо с изогнутыми лопатками с наветренной стороны, на 1/2 закрытое щитком флюгерного типа, приводится во вращение естественным движением воздушных масс, а турбина - под воздействием разностного давления, создаваемого в вертикально расположенных вытяжных трубах или каналах, для большей экономии энергии станции между валами приводов размещено электромагнитное фрикционное устройство (электромагнитная муфта сцепления), производящее отсоединение первого ветропривода от второго при нулевой скорости движения наружного воздуха (при штиле) (см. патент РФ на изобретение № 2426004, МПК F03D 3/02, F03D 3/04, опубл. 10,08.2011 г.).The known design of a wind power plant for multi-storey buildings and structures, capable of generating electricity even at zero speed of natural movement of air masses, while the generator shaft is located vertically to the earth's surface, two wind drives are fixed on it: a wind wheel with curved blades on the windward side, 1/2 closed by a vane-type flap, is driven into rotation by the natural movement of air masses, and the turbine is driven by the differential pressure created in vertically located exhaust pipes or channels, for greater energy saving of the station, an electromagnetic friction device (electromagnetic clutch) is placed between the drive shafts, which disconnects the first wind drive from the second at zero speed of the outside air (with calm) (see RF patent for invention No. 2426004, IPC F03D 3/02, F03D 3/04, publ. 10.08.2011).

Недостатком является то, что известная станция не позволяет применять полученный ток в электродвигателях коммунального и промышленного назначения из-за неравномерности частоты вращения генератора, а также обеспечивает недостаточно высокий КПД из-за невысокой скорости вращения турбин и непостоянства ветра, что сужает ее функциональные возможности и энергоэффективность. The disadvantage is that the known station does not allow the use of the obtained current in electric motors for municipal and industrial purposes due to the uneven rotation frequency of the generator, and also provides insufficiently high efficiency due to the low speed of rotation of the turbines and the inconstancy of the wind, which narrows its functionality and energy efficiency ...

Известен башенный ветродвигатель, содержащий башню, размещенную на кровле здания с чердачным помещением и выполненную в виде вертикального конфузора с входными каналами, снабженными регулирующими заслонками, ветроколесо, соединяющее коаксиально установленным внутри вытяжной трубы вертикальным валом с генератором, дефлектор с окнами и флюгером, кинематически связанным со створками и сетчатым ограждением, установленными на окнах (см. патент РФ на изобретение № 2038511, МПК F03D 3/04, опубл. 27,06.1995 г.). Known tower wind turbine containing a tower located on the roof of a building with an attic and made in the form of a vertical confuser with inlet channels equipped with regulating dampers, a wind wheel connecting a coaxially installed vertical shaft inside the exhaust pipe with a generator, a deflector with windows and a weather vane, kinematically connected to shutters and mesh fencing installed on the windows (see RF patent for invention No. 2038511, IPC F03D 3/04, publ. 27.06.1995).

Недостатком известной установки является высокая энергоемкость поддержания стабильности работы ветродвигателя, обусловленная необходимостью преодоления застойной зоны у входного отверстия вытяжной трубы, что требует использования значительного температурного перепада восходящих воздушных потоков внутри чердачного помещения и окружающей здание воздушной среды. Это снижает функциональные возможности и энергоэффективность установки. The disadvantage of the known installation is the high energy consumption of maintaining the stability of the operation of the wind turbine, due to the need to overcome the stagnant zone at the inlet of the chimney, which requires the use of a significant temperature difference in ascending air flows inside the attic and the air surrounding the building. This reduces the functionality and energy efficiency of the installation.

Наиболее близким по технической сущности к предложенной полезной модели является известная ветроэнергетическая установка, расположенная в шахте системы вентиляции высотного здания, с использованием способа выработки электроэнергии с размещением ветрогенератора в вертикальной вытяжной воздушной шахте, вмонтированной в конструкцию жилого или производственного здания, при этом посредством установки здания на опорах или выполнения в основании здания боковых шахт обеспечивается доступ воздуха в нижний вход воздушной шахты, а посредством флюгерной насадки создается разрежение в области верхнего выхода воздушного канала (см. патент РФ на изобретение № 2369772, МПК F03D 11/00, F03D 3/04, опубл. 10.10.2009 г.). The closest in technical essence to the proposed utility model is a well-known wind power plant located in the mine of the ventilation system of a high-rise building, using a method of generating electricity with the placement of a wind generator in a vertical exhaust air shaft mounted in the structure of a residential or industrial building, while installing the building on supports or execution of side shafts at the base of the building provides air access to the lower inlet of the air shaft, and by means of a vane nozzle, a vacuum is created in the area of the upper outlet of the air channel (see RF patent for invention No. 2369772, IPC F03D 11/00, F03D 3/04, published 10.10.2009).

Недостатком известной ветроэнергетической установки является отсутствие возможности применения для промышленных воздуховодов систем охлаждения генераторов, ввиду создания большого сопротивления воздушному потоку, и вследствие дальнейшего снижения КПД системы охлаждения, что сужает ее функциональные возможности и энергоэффективность.The disadvantage of the known wind power plant is the lack of the possibility of using generator cooling systems for industrial air ducts, due to the creation of a large resistance to the air flow, and due to a further decrease in the efficiency of the cooling system, which narrows its functionality and energy efficiency.

Раскрытие полезной модели.Disclosure of the utility model.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является расширение функциональных возможностей ветроэнергетической установки, путем использования вторичных энергоресурсов, а именно, использование отработанного потока воздуха на выходе шахты системы охлаждения генератора. The task to be solved by the present utility model is to expand the functionality of the wind power plant by using secondary energy resources, namely, the use of the waste air flow at the outlet of the mine of the generator cooling system.

Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является повышение энергоэффективности за счет использования воздушного канала системы охлаждения генератора.The technical result achieved when solving this problem is to increase energy efficiency through the use of the air channel of the generator cooling system.

Указанный технический результат достигается тем, что в ветроэнергетической установке, содержащей кожух с ветроколесом и генератором, размещенном в диффузоре, согласно полезной модели, канал воздуховода системы охлаждения ротора генератора, ориентированный горизонтально к поверхности земли, использован для раскрутки ветроколеса и генерации электроэнергии, при этом генератор размещен в конце воздушной шахты системы охлаждения ротора генератора, вмонтированной в конструкцию производственного здания. The specified technical result is achieved by the fact that in a wind power plant containing a casing with a wind wheel and a generator located in a diffuser, according to the utility model, the air duct of the generator rotor cooling system, oriented horizontally to the earth's surface, is used to spin the wind wheel and generate electricity, while the generator located at the end of the air shaft of the generator rotor cooling system, which is built into the structure of the production building.

Сочетание воздуховода с размещенными в нем ветроколесом (ветротурбиной) и диффузора позволяет компенсировать создаваемое ветроколесом сопротивление набегающему потоку воздуха в трубе, что способствует повышению энергоэффективности и стабильности работы системы охлаждения. The combination of an air duct with a wind wheel (wind turbine) and a diffuser located in it allows to compensate the resistance created by the wind wheel to the incoming air flow in the pipe, which contributes to an increase in energy efficiency and stability of the cooling system.

Использование отработанного потока воздуха на выходе шахты системы охлаждения генератора, как вторичного энергоресурса, расширяет функциональные возможности ветроэнергетической установки. The use of the waste air flow at the outlet of the generator cooling system shaft as a secondary energy resource expands the functionality of the wind power plant.

Постоянный режим работы таких систем с постоянной частотой вырабатываемой электроэнергии и высоким КПД дает преимущество в постоянстве генерации электроэнергии перед другими типами ветроэнергетических установок. Таким образом, достигаемый технический результат является новым решением задачи генерации электроэнергии с применением ветрогенераторных установок. The continuous operation of such systems with a constant frequency of generated electricity and high efficiency gives an advantage in the constancy of electricity generation over other types of wind power plants. Thus, the achieved technical result is a new solution to the problem of generating electricity using wind turbines.

Краткое описание чертежей. Brief description of the drawings.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлена схема ветроэнергетической установки. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - диффузор; 2 - воздушный канал; 3 - корпус здания; 4 - ветроколесо (винтовая турбина) в воздушном канале 2; 5 - вал ветроколеса 4; 6 - редуктор; 7 - генератор; 8 - вал генератора 7; 9 - направление движения воздуха.The utility model is illustrated by a drawing, which shows a diagram of a wind power plant. Positions in the drawing indicate the following: 1 - diffuser; 2 - air channel; 3 - building body; 4 - wind wheel (screw turbine) in the air channel 2; 5 - the shaft of the wind wheel 4; 6 - reducer; 7 - generator; 8 - generator shaft 7; 9 - direction of air movement.

Подробное описание полезной модели.Detailed description of the utility model.

Ветроэнергетическая установка монтируется в кожух, состоящего из трубы и диффузора 1 на одном конце для усиления вытяжки воздуха из воздушного канала 2 и основания (крепления) с другой стороны, которое крепится поверх отверстия выхода шахты системы охлаждения генератора к корпусу здания 3. Ветроколесо 4 (винтовая турбина) размещается в воздушном канале 2. Вал 5 ветроколеса 4, ориентированный горизонтально к поверхности земли, соединен через редуктор 6 с генератором 7, расположенным в диффузоре 1, с помощью вала 8, отцентрованного в воздушном канале 2. The wind power plant is mounted in a casing consisting of a pipe and a diffuser 1 at one end to enhance air extraction from the air duct 2 and a base (attachment) on the other side, which is attached over the shaft outlet of the generator cooling system to the building body 3. Wind wheel 4 (screw turbine) is located in the air channel 2. The shaft 5 of the wind wheel 4, oriented horizontally to the ground, is connected through a gearbox 6 to the generator 7 located in the diffuser 1, using the shaft 8, centered in the air channel 2.

Выработка электроэнергии происходит постоянно при наличии потока воздуха в воздушном канале 2. Оптимальный диаметр воздушного канала 2, а также форма ветроколеса 4 и количество его лопастей должны рассчитываться в зависимости от требуемой мощности генерирующей установки и особенностей конструкции воздуховода. Для уменьшения сопротивления набегающему воздушному потоку генератор 7 находится в зоне расширения канала воздуховода. После установки генератора 7 в воздуховоде происходит центровка вала 5 ветроколеса 4 по центру шахты. Также происходит балансировка ветроколеса 4. В качестве ветроколеса 4, как вариант, рекомендуется однолопастная турбина, дающая более высокую скорость вращения и меньшее сопротивление набегающему потоку воздуха, нежели турбина с несколькими лопастями, дающая меньшую скорость вращения, но увеличивая сопротивление потоку воздуха. Излишнее усилие вращения вала 5 ветроколеса 4 компенсируется редуктором 6, передавая необходимое количество оборотов на вал 8 генератора 7. Electricity generation occurs constantly when there is an air flow in the air duct 2. The optimal diameter of the air duct 2, as well as the shape of the wind wheel 4 and the number of its blades should be calculated depending on the required power of the generating unit and the design features of the air duct. To reduce the resistance to the incoming air flow, the generator 7 is located in the expansion zone of the air duct channel. After installing the generator 7 in the duct, the shaft 5 of the wind wheel 4 is centered in the center of the shaft. There is also a balancing of the wind wheel 4. As a wind wheel 4, as an option, a single-blade turbine is recommended, which gives a higher rotation speed and less resistance to the incoming air flow than a turbine with several blades, which gives a lower rotation speed, but increases the resistance to air flow. The excessive force of rotation of the shaft 5 of the wind wheel 4 is compensated by the gearbox 6, transferring the required number of revolutions to the shaft 8 of the generator 7.

Все элементы конструкции для осуществления предлагаемой ветроэнергетической установки типовые, либо их легко изготовить. Монтаж элементов может происходить как в процессе строительства сооружения с воздуховодом, так и на уже существующие воздуховоды.All structural elements for the implementation of the proposed wind power plant are standard or easy to manufacture. Installation of elements can take place both during the construction of a structure with an air duct, and on existing air ducts.

Осуществление полезной модели. Implementation of the utility model.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.The wind power plant works as follows.

Поток воздуха 9 попадает на лопасть ветроколеса 4, под давлением воздушного потока ветроколесо 4 приводится в движение и передает механическое усилие через вал 5 и редуктор 6 на вал 8 генератора 7, расположенный горизонтально к поверхности земли, где механическая энергия преобразуется в электрическую. После поток воздуха устремляется к диффузору 1, где расширение воздушного канала создает дополнительную тягу. The flow of air 9 hits the blade of the wind wheel 4, under the pressure of the air flow, the wind wheel 4 is set in motion and transfers mechanical force through the shaft 5 and the gearbox 6 to the shaft 8 of the generator 7, located horizontally to the earth's surface, where mechanical energy is converted into electrical energy. After that, the air flow rushes to the diffuser 1, where the expansion of the air channel creates additional draft.

Использование предложенного устройства позволяет любому промышленному зданию, оснащенному воздушной шахтой системы охлаждения генератора, частично генерировать электричество для собственных нужд, используя отработанный воздух на выходе воздуховода системы охлаждения генератора как вторичный энергоресурс.The use of the proposed device allows any industrial building equipped with an air shaft of the generator cooling system to partially generate electricity for its own needs, using the exhaust air at the outlet of the air duct of the generator cooling system as a secondary energy resource.

Claims

A wind power plant containing a casing with a wind wheel and a generator located in a diffuser, characterized in that the air duct of the generator rotor cooling system, oriented horizontally to the ground, is used to spin the wind wheel and generate electricity, while the generator is located at the end of the air shaft of the rotor cooling system a generator built into the structure of an industrial building.