RU2403436C1

RU2403436C1 - Wind-powered thermal power plant

Info

Publication number: RU2403436C1
Application number: RU2009123620/06A
Authority: RU
Inventors: Игорь Борисович Бирюлин (RU); Игорь Борисович Бирюлин; Анжелика Амировна Ветрова (RU); Анжелика Амировна Ветрова; Валентина Анатольевна Белая (RU); Валентина Анатольевна Белая; Иван Борисович Башилов (RU); Иван Борисович Башилов
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2010-11-10

Abstract

FIELD: power engineering. ^ SUBSTANCE: wind-powered thermal power plant comprises support, with cantilever beam of rectangular cross section, with supporting columns, electric generators, heat generators and heat accumulators, contacting with shaft of wind-powered engine via reducer and horizontal shaft. To lower part of beam, electric generators are fixed, being joined to each other by means of horizontal shaft, on which eccentrics are fixed, contacting with mechanisms of mechanical energy conversion into thermal one, arranged in heat generators. Shaft of wind-powered engine is connected via reducer to shaft of heat accumulator, in body of which mechanical energy is converted into thermal one as a result of mechanisms rotation. Electric heaters arranged in lower part of heat generators are electrically connected to power electric panel installed near support, through wires. Electric accumulator installed near heat accumulator is electrically connected to electric generators and via power panel to electric energy consumers. ^ EFFECT: station is capable of providing a settlement or a small town with thermal and electric energy year round. ^ 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения тепловой энергии в виде горячей воды для отопления объектов, бытовых и технических нужд, а также электрической энергии для различных потребителей.The invention relates to wind energy and can be used to produce thermal energy in the form of hot water for heating facilities, domestic and technical needs, as well as electrical energy for various consumers.

Известен ветровой теплогенератор, содержащий ветродвигатель, редуктор, связанный через горизонтальные валы и электромагнитные муфты с теплогенератором и электрогенератором, эксцентрик, закрепленный на горизонтальном валу, контактирующий с плитой, коромысла с опорными стойками, соединительные штанги, перфорированные диски и мембрану. К нижней части плиты прикреплен шток, соединенный жестко с перфорированной мембраной, наружная часть которой с зазором размещена между кольцами, жестко прикрепленными к внутренней стенке теплогенератора. Между днищем и мембраной установлен электрический нагреватель. Между перфорированными дисками на штангах вертикально установлены теплоаккумулирующие капсулы, выполненные в виде полуцилиндров и скрепленные между собой дисками, внутренними окружностями жестко прикреплены к поверхности капсул, а змеевик, установленный внутри теплогенератора по его образующей, через патрубки соединен с системой отопления (Патент 2279568 РФ).Known wind heat generator containing a wind turbine, a gearbox connected through horizontal shafts and electromagnetic couplings with a heat generator and an electric generator, an eccentric mounted on a horizontal shaft in contact with the plate, rocker arms with support legs, connecting rods, perforated discs and a membrane. A rod is attached to the bottom of the plate, rigidly connected to a perforated membrane, the outer part of which is placed with a gap between the rings, rigidly attached to the inner wall of the heat generator. An electric heater is installed between the bottom and the membrane. Between the perforated disks on the rods, heat-accumulating capsules are installed vertically, made in the form of half-cylinders and fastened together by disks, with inner circles rigidly attached to the surface of the capsules, and a coil installed inside the heat generator along its generatrix is connected through the pipes to the heating system (Patent 2279568 RF).

Известные ветровые теплогенераторы использованы в количестве от 2-х и более в предлагаемом техническом решении.Known wind heat generators are used in an amount of 2 or more in the proposed technical solution.

Известен тепловой аккумулятор, содержащий теплоизолированный корпус с полостью циркуляции теплоносителя, трубками подвода и отвода теплоносителя (Патент 2143649 РФ).Known thermal battery containing a thermally insulated body with a cavity for circulation of the coolant, the supply and removal pipes of the coolant (Patent 2143649 of the Russian Federation).

Известный тепловой аккумулятор сохраняет тепло в основном за счет тепловой изоляции и не имеет устройств, заполненных теплоаккумулирующим составом, располагаемым внутри его корпуса.Known thermal battery retains heat mainly due to thermal insulation and does not have devices filled with a heat-storage composition located inside its body.

Известен жидкостный теплоаккумулятор, содержащий теплоизолированный цилиндрический корпус с входными и выходными патрубками, соединяющими его с системой солнечного нагрева жидкости и системой отопления, и днище на котором в центре установлен неподвижный диск, контактирующий с подвижным диском, закрепленным на нем вертикальным валом с подвижными дисками, выведенный через крышку (Заявка №2002101189/06, 2002, РФ).A liquid heat accumulator is known comprising a thermally insulated cylindrical body with inlet and outlet nozzles connecting it to a solar liquid heating system and a heating system, and a bottom on which is mounted a fixed disk in contact with a movable disk mounted on it by a vertical shaft with movable disks, through the cover (Application No. 2002101189/06, 2002, RF).

Известный жидкостный теплоаккумулятор использован в количестве одного и более в предлагаемом техническом решении.Known liquid heat accumulator used in an amount of one or more in the proposed technical solution.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию, содержащее опору, расположенный на ней электрогенератор и размещенные на его валу консольно поплавки (А.С. 1121481, СССР).The closest in technical essence to the proposed solution is a device for converting wave energy into electrical energy, containing a support, an electric generator located on it and cantilever floats placed on its shaft (A.S. 1121481, USSR).

Известное устройство не предназначено для преобразования энергии ветра в тепловую и электрическую энергии.The known device is not intended to convert wind energy into thermal and electrical energy.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности круглый год получать тепловую и электрическую энергию с использованием энергии ветра в различных регионах России.The technical result to which the invention is directed is to provide the opportunity all year round to receive thermal and electric energy using wind energy in various regions of Russia.

Указанный технический результат достигается тем, что ветровая теплоэлектрическая станция, содержащая опору с прямоугольного сечения консольной балкой, с поддерживающими ее колоннами, электрогенераторы, теплогенераторы и теплоаккумулятор, контактирующие с валом ветродвигателя через редуктор и горизонтальный вал, силовой электрощит и электроаккумулятор, согласно изобретению к нижней части балки, в начале и конце ее, на горизонтальном валу установлены электрогенераторы, соединенные между собой через редуктор и горизонтальный вал, на котором жестко закреплены эксцентрики, контактирующие через плиты и винтовые пружины с механизмом преобразования механической энергии в тепловую, размещенным внутри теплогенераторов. Редуктор имеет вертикальный вал, через муфту механически сообщен с валом ветродвигателя, который имеет датчик вращения, электрически соединенный с электромагнитными муфтами, установленными на горизонтальном валу по обе стороны редуктора. Редуктор через муфту и вал теплоаккумулятора соединен с механизмом преобразования механической энергии в тепловую, размещенным в его корпусе. Электрические нагреватели, размещенные в нижней части теплогенераторов через провода электрически связаны с силовым электрощитом, установленным возле опоры. Электрический аккумулятор, установленный рядом с теплоаккумулятором, электрически сообщен с электрогенераторами и, через силовой электрощит, с потребителями электрической энергии.The specified technical result is achieved by the fact that the wind thermoelectric station containing a support with a rectangular cross-section by a cantilever beam, with columns supporting it, electric generators, heat generators and a heat accumulator in contact with the wind turbine shaft through a gearbox and a horizontal shaft, a power switchboard and an electric accumulator, according to the invention, to the lower part beams, at the beginning and end of it, on a horizontal shaft, electric generators are installed, interconnected through a gearbox and a horizontal shaft, on eccentrics rigidly fixed by the otor are contacted through plates and coil springs with a mechanism for converting mechanical energy into thermal energy located inside heat generators. The gearbox has a vertical shaft, through a coupling mechanically communicated with the wind turbine shaft, which has a rotation sensor, electrically connected to electromagnetic couplings mounted on a horizontal shaft on both sides of the gearbox. The gearbox is connected through a clutch and a heat accumulator shaft to a mechanism for converting mechanical energy into thermal energy, located in its housing. Electric heaters located in the lower part of the heat generators are electrically connected through wires to a power switchboard installed near the support. An electric battery installed next to the heat accumulator is electrically connected with electric generators and, through a power switchboard, with consumers of electric energy.

На фиг.1. изображена ветровая теплоэлектрическая станция, вид сбоку; на фиг.2. - жидкостный теплоаккумулятор, в разрезе; на фиг.3. - ветровой теплогенератор в разрезе; на фиг.4. - станция, вид сверху.In figure 1. depicted wind thermoelectric station, side view; figure 2. - liquid heat accumulator, in a section; figure 3. - sectional wind heat generator; figure 4. - station, view from above.

Ветровая теплоэлектрическая станция содержит опору 1 с прямоугольного сечения консольной балкой 2, с поддерживающими ее колоннами 3. К нижней части балки 2, в начале и конце ее, на горизонтальном валу 4 установлены электрогенераторы 5 и 6, соединенные между собой через редуктор 7 и вал 4.The wind thermoelectric station contains a support 1 with a rectangular cross-section by a cantilever beam 2, with columns supporting it 3. To the lower part of the beam 2, at the beginning and end of it, on the horizontal shaft 4, electric generators 5 and 6 are installed, interconnected via a gearbox 7 and shaft 4 .

На валу 4 жестко закреплены эксцентрики 8 и 9, контактирующие через плиты 10 и 11, винтовые пружины 12 и 13 с механизмом преобразования механической энергии в тепловую, размещенным внутри теплогенераторв 14 и 15 соответственно.On the shaft 4, eccentrics 8 and 9 are rigidly fixed, contacting through plates 10 and 11, coil springs 12 and 13 with a mechanism for converting mechanical energy into thermal energy, located inside the heat generator 14 and 15, respectively.

Редуктор 7 имеет вертикальный вал 16, через муфту 17 механически сообщен с валом 18 ветродвигателя (не показан). Электромагнитные муфты 19 и 20, установленные на валу 4, электрически соединены с датчиком вращения, установленным на валу 18 (не показан). Теплогенераторы 14 и 15 имеют змеевики 19'', через патрубки 20'' соединенные с системами отопления и горячего водоснабжения или с теплоаккумулятором 21.The gearbox 7 has a vertical shaft 16, through the coupling 17 is mechanically connected with the shaft 18 of the wind turbine (not shown). Electromagnetic couplings 19 and 20 mounted on the shaft 4 are electrically connected to a rotation sensor mounted on the shaft 18 (not shown). Heat generators 14 and 15 have coils 19 '', through pipes 20 '' connected to heating and hot water supply systems or to a heat accumulator 21.

Электрические нагреватели 22 через провода (не показаны) электрически связаны с силовым электрощитом 23, установленным возле опоры 1. Теплоаккумулятор 21 имеет вал 24, через муфту 25 и редуктор 7 сообщен с ветродвигателем. Через патрубки 26 теплоаккумулятора 21 горячая вода поступает для догрева от теплогенераторов 14 и 15 или иных источников тепла, а патрубки 27 сообщены с системами отопления и горячего водоснабжения. Электрический аккумулятор 28, установленный рядом с теплоаккумулятором, электрически сообщен через провода с электрогенераторами 5 и 6, а также с потребителями электроэнергии через силовой электрощит 23.Electric heaters 22 through wires (not shown) are electrically connected to a power switchboard 23 installed near the support 1. The heat accumulator 21 has a shaft 24, through a coupling 25 and a gearbox 7 is connected to a wind turbine. Through the pipes 26 of the heat accumulator 21, hot water is supplied for heating from the heat generators 14 and 15 or other sources of heat, and the pipes 27 are in communication with the heating and hot water supply systems. The electric battery 28, installed next to the heat accumulator, is electrically communicated through wires with electric generators 5 and 6, as well as with consumers of electricity through the power switchboard 23.

Теплоаккумулятор 21, см. фиг 2, содержит теплоизолированный цилиндрический корпус 29, крышку 30 и цилиндр 31, установленный коаксиально корпусу 29.The heat accumulator 21, see FIG. 2, comprises a thermally insulated cylindrical body 29, a cover 30 and a cylinder 31 mounted coaxially to the body 29.

В крышке 30 установлен вертикальный вал 24, который внизу жестко соединен с подвижным диском 32, имеющим лопасти 33, и установлен на неподвижном диске 34, закрепленном в центре днища 35 корпуса 29. Неподвижный диск 34 имеет осевое отверстие 36, в котором расположен хвостовик 37 вала 24, и радиальные отверстия 38. К валу 24, в пределах корпуса 29, прикреплены подвижные диски 39, а к внутренней стенке цилиндра 31 прикреплены пустотелые диски 40, сообщенные между собой трубками 41, установленными в крышке 30.A vertical shaft 24 is installed in the cover 30, which is rigidly connected to the movable disk 32 having blades 33 at the bottom and is mounted on a fixed disk 34 fixed in the center of the bottom 35 of the housing 29. The fixed disk 34 has an axial hole 36 in which the shaft end 37 is located. 24, and radial holes 38. Movable disks 39 are attached to the shaft 24, within the housing 29, and hollow disks 40 are connected to the inner wall of the cylinder 31, interconnected by tubes 41 mounted in the cover 30.

В полости 42 между корпусом 29 и цилиндром 31 установлен змеевик 43, соединенный патрубками 26 входа и выхода нагретой жидкости от теплогенераторов 14 и 15. Между витками змеевика 43 закреплены на каркасе 44 капсулы 45 с теплоаккумулирующим составом (парафин) в виде блоков (2, 4, 6 и т.д.) по окружности корпуса 29.A coil 43 is mounted in the cavity 42 between the body 29 and the cylinder 31, connected by nozzles 26 of the inlet and outlet of the heated fluid from the heat generators 14 and 15. Between the turns of the coil 43, capsules 45 with a heat-storage composition (paraffin) in the form of blocks are fixed on the frame 44 (2, 4 , 6, etc.) around the circumference of the housing 29.

Полость 42 заполнена жидкостью, например водой, и через патрубки 27 сообщена с системой отопления. Пустотелые диски 40 через трубки 41 заполнены теплоаккумулирующим составом, закрыты пробками 46. Пространство внутри цилиндра 31 заполнено высоковязкой жидкостью, например веретенным или трансформаторным маслом, теплогенераторы 14 и 15 также заполняются высоковязкой жидкостью.The cavity 42 is filled with a liquid, for example water, and through the nozzles 27 is in communication with the heating system. The hollow discs 40 through tubes 41 are filled with a heat storage composition, closed by plugs 46. The space inside the cylinder 31 is filled with a highly viscous liquid, for example spindle or transformer oil, the heat generators 14 and 15 are also filled with a highly viscous liquid.

Для привода теплогенераторов 14 и 15 и теплоаккумулятора 21 могут использоваться ветродвигатели известных конструкций. Преобразовательные механизмы энергии - это механизмы, которые за счет вращения, перемещения, в определенных условиях, преобразуют механическую энергию в тепловую или электрическую.Wind drives of known designs can be used to drive heat generators 14 and 15 and heat accumulator 21. Converting mechanisms of energy - these are mechanisms that, due to rotation, movement, under certain conditions, convert mechanical energy into heat or electricity.

Теплогенераторы 14 и 15 имеют одинаковые конструкции. Эксцентрик 8, закрепленный на валу 4, контактирует с плитой 10 (см. фиг.3). Перфорированные диски 47, размещенные горизонтально внутри теплогенератора 14, имеют концентрические отверстия (не показаны) и через штанги 48 соединены с концами коромысел 49. Внутренние концы коромысел 49 через серьги прикреплены к плите 10, к нижней части которой прикреплен шток 50, соединенный жестко с перфорированной мембраной 51, имеющей концентрические отверстия (не показаны), наружная часть мембраны 51 с зазором размещена между кольцами 52 и 53, жестко прикрепленными к внутренней стенке теплогенератора 14. Между днищем 54 и мембраной 51 установлен электрический нагреватель 22, электрически связанный через провода с силовым электрощитом 23.Heat generators 14 and 15 have the same design. The eccentric 8, mounted on the shaft 4, is in contact with the plate 10 (see figure 3). The perforated disks 47 arranged horizontally inside the heat generator 14 have concentric openings (not shown) and are connected through the rods 48 to the ends of the rocker arms 49. The inner ends of the rocker arms 49 are attached to the plate 10 via earrings, to the lower part of which the rod 50 is connected, which is rigidly connected to the perforated the membrane 51 having concentric holes (not shown), the outer part of the membrane 51 with a gap is placed between the rings 52 and 53, rigidly attached to the inner wall of the heat generator 14. Between the bottom 54 and the membrane 51 installation flax electric heater 22, electrically connected through wires with a power switchboard 23.

На крышке 58 установлены опорные стойки 56 коромысел 49, контактирующие с ними втулками 57, имеющие свободное перемещение в вертикальной плоскости. Пружина 12 верхним концом контактирует с плитой 10, а нижним установлена на крышке 58.On the cover 58, support struts 56 of the rocker arm 49 are mounted, contacting them with bushings 57, having free movement in a vertical plane. The spring 12 is in the upper end in contact with the plate 10, and the lower is mounted on the cover 58.

Змеевик 19, установленный внутри теплогенератора 14 по его внутренней образующей через патрубки 20 соединен, например, с системой отопления или горячего водоснабжения объектов. Между перфорированными дисками 47 на штангах 49 вертикально установлены теплоаккумулирующие капсулы 59, заполненные теплоаккумулирующим составом, выполненные в виде полуцилиндров и скрепленные между собой дисками 60, внутренними окружностями жестко прикрепленными к поверхностям капсул 59, например, на сварке.The coil 19 installed inside the heat generator 14 along its internal generatrix through the pipes 20 is connected, for example, with a heating system or hot water supply facilities. Between the perforated disks 47 on the rods 49, heat storage capsules 59 are installed vertically, filled with a heat storage composition, made in the form of half cylinders and fastened together by disks 60, with inner circles rigidly attached to the surfaces of the capsules 59, for example, for welding.

Диски 47 жестко прикреплены к штангам 48, имеют концентрические отверстия на своей поверхности. В среднем диске 47 отверстия смещены на диаметр d по отношению к верхнему и нижнему дискам 47. Теплогенератор 14 заполняется высоковязкой жидкостью, например веретенным маслом, до покрытия верхнего витка змеевика 19. Между уровнем залитого масла и крышкой 58 остается зазор высотой не менее 4d (d - диаметр отверстий в дисках 47).The disks 47 are rigidly attached to the rods 48, have concentric holes on their surface. On the average disk 47, the openings are shifted by a diameter d with respect to the upper and lower disks 47. The heat generator 14 is filled with a highly viscous liquid, for example spindle oil, until the upper coil of the coil 19 is covered. A gap of at least 4d remains between the level of the oil and cap 58 (d - the diameter of the holes in the disks 47).

Ветровая теплоэлектрическая станция работает следующим образом. При появлении ветра достаточной силы вращается вал 18 ветродвигателя и вал 24 теплоаккумулятора 21. Датчик вращения дает сигнал включения электромагнитной муфты 19 и, тем самым, начинает вращение вал 4. Эксцентрики 8 и 9 воздействуют своими кулачками на плиты 10 и 11 и, тем самым, приводят в действие механизмы преобразования механической энергии в тепловую в обоих теплогенераторах 14 и 15. Механизм преобразования механической энергии в тепловую будет работать (вращение дисков) и в теплоаккумуляторе 21. Нагретая вода до температуры 50-60°С в теплогенераторах 14 и 15 может быть использована непосредственно потребителем на бытовые нужды или поступить через патрубки 26 теплоаккумулятора 21 для догрева до температуры 95°С и выше и далее подана в систему отопления. Полученная в электрогенераторе 5 электроэнергия будет поступать в электрический аккумулятор 28. При более сильном ветре датчик вращения включит в работу дополнительно электромагнитную муфту 20 и, тем самым, электрогенераторы 5 и 6 оба начнут заряжать электрический аккумулятор 28. При временном прекращении ветра теплоаккумулурующие вещества в капсулах, размещенные в корпусах теплогенераторов 14 и 15 и теплоаккумуляторе 21, будут поддерживать кратковременно тепловой режим отопления и горячего водоснабжения в допустимых пределах.Wind thermoelectric station operates as follows. When there is sufficient wind, the shaft 18 of the wind turbine rotates and the shaft 24 of the heat accumulator 21. The rotation sensor gives a signal to turn on the electromagnetic clutch 19 and, thereby, starts the rotation of shaft 4. Eccentrics 8 and 9 act with their cams on the plates 10 and 11 and, thereby, drive the mechanisms for converting mechanical energy into heat in both heat generators 14 and 15. The mechanism for converting mechanical energy into heat will work (rotation of the disks) in the heat accumulator 21. Heated water to a temperature of 50-60 ° C in the heat generator tori 14 and 15 can be used directly by the consumer for domestic use or through fittings 26 enter the storage tank 21 for reheating to a temperature of 95 ° C or higher and further fed to the heating system. The electricity received in the electric generator 5 will be supplied to the electric battery 28. With a stronger wind, the rotation sensor will turn on the additional electromagnetic clutch 20 and, thus, the electric generators 5 and 6 will both begin to charge the electric battery 28. When the wind is temporarily stopped, the heat-accumulating substances in capsules, placed in the cases of heat generators 14 and 15 and the heat accumulator 21, will maintain for a short time the thermal regime of heating and hot water supply within acceptable limits.

При длительном отсутствии ветра в теплогенераторах 14 и 15 автоматически включаются в работу электрические нагреватели 22, подключенные к электрощиту 23. При возобновлении ветра достаточной силы электрические нагреватели 22 отключают и процесс нагрева воды повторится.With a prolonged absence of wind in the heat generators 14 and 15, electric heaters 22 connected to the electrical panel 23 are automatically switched on. When the wind is restored of sufficient strength, the electric heaters 22 are turned off and the water heating process will be repeated.

В межотопительный период, из-за снижения тепловой нагрузки, в работе может быть оставлен один теплогенератор 14, а эксцентрик 9 у теплогенератора 15 размонтирован. У теплоаккумулятора 21 размонтируется муфта 25 и он будет выведен из работы. Весь летний период при работе ветродвигателя, при включенных электромагнитных муфтах 19 и 20, электрогенераторы 5 и 6 через электрощит 23 будут обеспечивать потребителей электрической энергией.In the inter-heating period, due to a decrease in the heat load, one heat generator 14 can be left in operation, and the eccentric 9 of the heat generator 15 is unmounted. At the heat accumulator 21, the coupling 25 is unmounted and it will be taken out of operation. Throughout the summer period, when the wind turbine is operating, with the electromagnetic couplings 19 and 20 turned on, the electric generators 5 and 6 through the electrical panel 23 will provide consumers with electric energy.

Предлагаемая ветровая теплоэлектрическая станция на опоре 1 с одной, тремя (фиг.4) или пятью консольными балками может при наличии ветра обеспечить тепловой и электрической энергией поселки или не большие города России.The proposed wind thermoelectric station on a support 1 with one, three (Fig. 4) or five cantilever beams can, in the presence of wind, provide heat and electric energy to villages or small cities of Russia.

Claims

1. Wind thermoelectric station containing a support with a rectangular cross-section by a cantilever beam, with columns supporting it, electric generators, heat generators and a heat accumulator in contact with the wind turbine shaft through a gearbox and a horizontal shaft, a power switchboard and an electric accumulator, characterized in that to the lower part of the beam, in its beginning and end, on a horizontal shaft, electric generators are installed, interconnected through a gearbox and a horizontal shaft, on which the eccentrics are rigidly fixed, contacting e through plates and coil springs with a mechanism for converting mechanical energy into heat, the gearbox has a vertical shaft, mechanically connected to the shaft of the wind turbine via a coupling, which has a rotation sensor, electrically connected to electromagnetic couplings mounted on a horizontal shaft on both sides of the gearbox, which is through the coupling and the heat accumulator shaft is connected to a mechanism for converting mechanical energy into thermal energy, located in its housing.

2. Wind thermoelectric station according to claim 1, characterized in that the electric heaters located in the lower part of the heat generators are electrically connected through wires to a power electrical panel installed near the support.

3. Wind thermoelectric station according to claim 1, characterized in that the electric battery installed next to the heat accumulator is electrically connected to the electric generators and through the power switchboard with consumers of electric energy.