UA150164U - Співвісна вітрова електростанція - Google Patents

Abstract

Співвісна вітрова електростанція містить: гондолу, напрямну лопать, основну лопать, фундамент, опору, генератор, вал, напрямний вал, редуктор, обід лопаті, канати, Т-кріплення, стяжні скоби, болтове з'єднання, U-подібні ролики, кільцеве з'єднання, раму лопаті, гнуту опору, пропелер, поворотну шестірню, планетарну передачу, сонячну шестірню. При цьому напрямна лопать і основна лопать рухаються співвісно. До напрямної лопаті за допомогою Т-кріплення закріплено обід лопаті; всередині якого за допомогою стяжних скоб закріплені канати. По ободу лопаті з двох сторін обертаються U-подібні ролики, які закріплені на рамі лопаті, яка закріплена за допомогою кільцевих з'єднань до основної лопаті. Вал напрямної лопаті, виконаний у вигляді сонячної шестірні, передає зусилля на основну лопать за допомогою планетарної передачі. Основна лопать має на кінці гнуту опору з пропелером. Гнута опора може повертатися навколо осі за допомогою поворотної шестірні.

Description

Корисна модель належить до зеленої енергетики, а саме стосується вітрових електростанцій (далі - ВЕС), зокрема співвісних ВЕС.

Відомий вітрогенератор, який містить поворотну гондолу, до якої кріпляться вітролопаті, і уся конструкція гондоли встановлюється на вертикальну опору, з можливістю обертання навколо своєї осі, яка містить генератор, редуктор, систему управління, силову електротехнічну частину, комутаційне обладнання, силові кабелі. Опора може мати циліндричну або конусну форму і закріплюється на залізобетонному фундаменті. Опори можуть бути металічними, залізобетонними з залізобетонних секцій, комбінованими Серійні лопатеві вітрогенератори

ЗМУТ-3.6-107, ОЕ/3.6, М120 Т-112, Е-126 млум.епегсоп.де; ммлму.мевіав.сот; улмулму.деромег.сот; 10. мм. віетепв.соті.

Недоліком цієї конструкції є велика вага гондоли з лопатями, яка встановлюється на опорі, і, як слідство, необхідно мати великі діаметри опори, та металоємність; при роботі лопатей вітрогенератора вони значно вигинаються, створюючи при цьому вібрації, і чим більше швидкість вітру, тим більші вібрації, які передаються через гондолу на опору. З вібраціями боряться за рахунок підвищення міцності та матеріалоємності вертикальних опор. Також при ураганах та штормах деякі опори не витримують швидкості вітру, що призводить до їхнього руйнування.

Недоліком ВЕС цього типу, є те, що зі зростанням потужності вітрогенератора, зростає розмір лопатей, гондоли та опори, збільшення розмірів підвищує вітровий опір опори, гондоли і, коли вітер дує, турбулентні потоки скидаються з лопатей - це створює коливальний процес перпендикулярно напрямку вітру. При збігу частоти коливань опори та поривів вітру Її, як слідство, періодичних турбулентних потоків може виникнути параметричній резонанс по деяких резонансних гармоніках. Зростання розмірів та потужності вітрогенераторів призводить до більшої вірогідності виникнення резонансних коливань на менших швидкостях вітру.

Відомий косий парус у вітрильників, який дозволяє вітрильникам ходити назустріч вітру на швидкостях швидше вітру, типу ОБА-17 (також відомий як ВОКОО), це 27-метровий гоночний тримаран, побудований американським синдикатом ВМУМ Огасіе Касіпд для участі в 33-му розіграші кубка Америки. На тримарані встановлений жорсткий парус, подібний за конструкцією до крила літака. Крило складається з двох секцій, розділених вертикальною щілиною, через яку протікає повітряний потік. Задня частина вітрила складається з дев'яти окремих елементів, кожен з яких може бути налаштований незалежно від інших. Така конструкція дозволяє швидко змінювати профіль, регулюючи тим самим підйомну силу.

Під час офіційних змагань ОБА-17 показав можливість розвивати швидкість, що в 2-2,5 рази перевищує швидкість істинного вітру (О5А-17 / Вікіпедія / Електронний ресурс - Режим доступу: перв//т мікіредіа.огд/лмікі/О5А-17 (дата звернення: 18.03.19.

Недоліком цього надсучасного катамарана є дуже велика вартість його конструкційних рішень, що обмежує їх розповсюдження, і застосовується тільки у надзвичайно дорогих елітних вітрильних перегонах.

Удосконалення вітрогенератора в районах зі слабкими вітрами належить до області вітроенергетики. Пропонований вітрогенератор вдосконалений, така конструкція вітрогенератора не тільки збільшить кількість виробленої електроенергії окремої установки, а й сприятиме збільшенню ефективності всіх установок вітрогенератора.

Технічний результат полягає у обертанні лопаті вітрогенератора при малому вітрі 2-3 м/с, яка складається з двох лопатей малої і великої площ, мала лопать служить розгінною частиною великої лопаті за рахунок зачеплення при певній швидкості малої лопаті. Застосування такої установки зможе вирішити питання роботи при малому вітрі, також знизити витрати для підприємств, які належать до 1 категорії енергоспоживання, і використовувати вітроустановку як друге аварійне живлення або як аварійне освітлення |(Патент КО Мо 186778 001 МПК гО301/02,

ЕО307/02. Ветрогонератор. // Изобретатели: Шопинский С.Н. (КО), Вендин С.В. (КШ) /

Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательноє учреждение вьісшего образования "Белгородский государственньій аграрньй университет имени В.Я.

Горина" // Заявка: 2018123409, 27.06.2018, дата публикации: 01.02.2019, бюл. Мо 4).

Недоліком цього вітрогенератора є: - низькі техніко-економічні показники; - обмежена галузь застосування, забезпечення малих підприємств резервним та аварійним електроживленням; - передня лопать після розгону за допомогою штифта з'єднується із задньою і обертається в одну сторону.

В основу корисної моделі поставлено задачу створення системи ВЕС із співвісними 60 лопатями, яка б дозволила:

- стійку роботу при різних швидкостях вітру; - використовувати його у енергетиці та у промисловості; - надавати додаткову потужність від лопатей більше швидкості вітру на генератор за рахунок збільшення їх відносної швидкості; - мати надійну конструкцію, яку легко ремонтувати; - мати незначну вартість цієї системи; - мати високий ККД; - мати широку галузь застосування на всіх ВЕС; - мати незначні габарити; - мати невисоку матеріалоємність; - мати надійний рівень експлуатації та зручність обслуговування.

Поставлена задача вирішується тим, що співвісна ВЕС працює наступним чином: вона має напрямну лопать, яка обертається назустріч основній лопаті і закріплена до неї співвісно, далі закріплена на гондолі, яка обертається навколо своєї осі, і стоїть на опорі, закріпленій на фундаменті.

Вітровий потік обертає по вітру напрямну лопать, яка напрямним валом за допомогою редуктора передає зусилля сили вітру на вал, а ним на основну лопать, яка рухається назустріч вітру, створюючи відносну силу, горизонтальна проекція якої обертає лопаті по колу і передає за допомогою вала і редуктора зусилля на генератор, який виробляє електричний струм.

По колу напрямної лопаті за допомогою Т-кріплення встановлено обід лопаті, який складається з двох половин, в яких за допомогою стяжних скоб і болтового з'єднання закріплено по краях канати, для компенсації радіальних зусиль, виникаючих при обертанні лопаті, та зменшення рівня вібрації кінцівок лопаті.

По ободу лопаті з двох сторін обертаються О-подібні ролики, які закріплені на рамі лопаті з одного кінця, а другим кінцем вона закріплена в основній лопаті за допомогою кільцевого з'єднання, яке дозволяє змінювати кут атаки основної лопаті при роботі.

Ю-подібні ролики встановлюються на ободі лопаті з двох сторін по дві штуки і закріплюються за допомогою рами лопаті, кріплення якої до основної лопаті відбувається двома кільцевими з'єднаннями. О-подібні ролики виконуються з гуми і при обертанні по колу ободу лопаті вони

Зо рухаються у протилежний бік, а оскільки кінцівки рухаються набагато швидше ніж основа лопаті, то основній лопаті надається швидке прискорення через раму.

Для збільшення ефективності вітрогенератора та зменшення габаритів на кінець основної лопаті за допомогою гнутої опори встановлюється перпендикулярно напрямку вітру пропелер, який повертає лопать, для компенсації цього гнуту опору пропелера за допомогою поворотної шестерні можна повернути перпендикулярно до результуючої сили, для компенсації результуючої сили, прискорення при обертанні основної лопаті надає додаткове зусилля на редуктор та генератор за рахунок збільшення швидкості обертання пропелера.

При обертанні пропелера виникає реактивний момент, закручення струменя пропелера, гіроскопічний момент, момент, що виникає при несиметричному обтіканні пропелера. Всі моменти діють в одну сторону і при пропелері лівого обертання вигинають основну лопать назустріч вітру, компенсуючи при цьому силу, результуючу силу від обертанні лопаті і сили вітру, яка повертає лопать, для запобігання цьому встановлюється рама лопаті, яка, обертаючись по ободу лопаті (закріплена Т-кріпленням до напрямної лопаті), через О-подібні ролики надає додаткове зусилля розгону від напрямної лопаті.

Основна лопать може змінювати кут атаки до вітру, при цьому за допомогою поворотної шестерні гнута рама дозволяє пропелеру мати перпендикулярний напрямок руху до вітру і в деяких випадках повертатися перпендикулярно до результуючої сили.

При русі напрямної лопаті по вітру вона закріплена співвісно на основній лопаті і має вал у вигляді сонячної шестерні, яка з'єднана з сателітами у основній лопаті, які закріплені за допомогою водила до гондоли і обертають кільцеву шестерню назустріч, яка закріплена у основній лопаті (тобто планетарна передача встановлюється всередині основної лопаті), зусилля від неї валом передається на редуктор і генератор, який виробляє струм.

Обід лопаті має форму плоского аеродинамічного профілю для зниження лобового опору набігаючому аеродинамічного потоку.

Напрямна лопать обертається назустріч основній лопаті, таким чином знижується реактивний момент та рівень вібрації, також для зменшення вібрацій лопаті мають всередині канати, які демпфірують значну частину коливань лопаті. Канати, які розташовуються всередині ободу лопаті та лопатей, використовуються стальні, комбіновані, поліпропіленові (для зниження ваги), полімерні та та інші.

Кількість О-подібних роликів, розташованих з двох сторін ободу лопаті, становить: два, чотири і більше.

Контроль та режим руху за поворотами гнутої рами з пропелером, в залежності від сили вітру, відбувається за допомогою датчиків, які передають бездротово (по мережах 50 Іпіегпеї) дані на комп'ютер, який встановлено у гондолі.

Використання співвісної ВЕС дозволяє: - використовувати її в енергетиці та у промисловості; - збільшити швидкості лопатей більше швидкості вітру і передачі зусилля на генератор за рахунок збільшення відносної швидкості; - мати надійну конструкцію, яку легко ремонтувати; - знизити вартість цієї конструкції за рахунок зменшення розміру лопатей; - мати широку галузь застосування на існуючих ВЕС; - мати незначні габарити; - мати надійний рівень експлуатації та зручність обслуговування; - не втрачати енергію вітру при так званому рваному вітрі; - розширити галузь роботи ВЕС на повільних вітрах; - Збільшити ККД та знизити термін окупності; - зменшити собівартість вироблення 1 кВт/год. електроенергії, рівень та термін окупності капітальних витрат будівництва ВЕС.

Корисна модель пояснюється кресленнями.

На Фіг. 1 зображено вигляд збоку співвісної ВЕС, де: 1 - гондола; 2 - напрямна лопать; З - основна лопать; 4 - фундамент; 5 - опора; 6 - генератор; 7 - вал; 7.1 - напрямний вал; 8 - редуктор.

На Фіг. 2 зображено переріз А-А на фіг. 1, де: 1 - гондола; 2 - напрямна лопать; З - основна лопать; 5 - опора; 9 - обід лопаті.

На Фіг. 3 зображено вигляд Б на Фіг. 1, де: 2 - напрямна лопать; З - основна лопать; 9 - обід лопаті; 9.1 - канати; 9.2 - Т-кріплення; 9.3 - стяжні скоби; 10-О-подібний ролик; 11 - кільцеве з'єднання; 12 - рама лопаті.

На Фіг. 4 зображено вигляд В на Фіг. 2, де: З - основна лопать; 9 - обід лопаті; 10-О-подібний ролик; 11 - кільцеве з'єднання; 12 - рама лопаті.

На Фіг. 5 зображено вигляд збоку ВЕС з пропелерами, де: 1 - гондола; 2 - напрямна лопать;

З - основна лопать; 5 - опора; 6 - генератор; 7 - вал; 8 - редуктор; 9 - обід лопаті; 10-О-подібний ролик; 11 - кільцеве з'єднання; 12 - рама лопаті; 13 - гнута опора; 14 - пропелер; 15 - поворотна шестірня; 16 - планетарна передача; 16.1 - сателіт; 16.2 - водило; 16.3 - сонячна шестерня; 16.4 - кільцева шестерня.

На Фіг. 6 зображено переріз А1-АТ на фіг. 5, де: 1 - гондола; 2 - напрямна лопать; З - основна лопать; 5 - опора; 9 - обід лопаті; 10-О-подібний ролик; 11 - кільцеве з'єднання; 12 - рама лопаті; 13 - гнута опора; 14 - пропелер; 15 - поворотна шестірня.

Співвісна ВЕС працює наступним чином: вона має напрямну лопать 2, яка обертається назустріч основній лопаті З і закріплена до неї співвісно, основна лопать закріплена на гондолі 1, яка обертається навколо своєї осі і стоїть на опорі 5, що закріплена на фундаменті 4 (Фіг. 1, 2).

Вітровий потік обертає по вітру напрямну лопать 2, яка напрямним валом 7.1 за допомогою редуктора 8 передає зусилля сили вітру на вал 7, а ним - на основну лопать 3, яка рухається назустріч вітру, створюючи відносну силу, горизонтальна проекція якої обертає лопаті по колу і передає за допомогою вала 7 і редуктора 8 зусилля на генератор 6, який виробляє електричний струм (Фіг. 1, 2).

По колу кінців напрямної лопаті 2 за допомогою Т-кріплення 9.2 встановлено обід лопаті 9, який складається з двох половин, в яких за допомогою стяжних скоб 9.3 і болтового з'єднання 9.4 закріплено по краях канати 9.1 для компенсації радіальних зусиль, що виникають при обертанні (Фіг. 1, 2, 3).

По ободу лопаті 9 з двох сторін обертаються О-подібні ролики 10, які закріплені на рамі лопаті 12 з одного кінця, а другим кінцем рама лопаті закріплена в основній лопаті З за допомогою кільцевого з'єднання 11, яке дозволяє змінювати кут атаки основної лопаті З при роботі (Фіг. 1, 2, 3).

Ю-подібні ролики 10 встановлюються на ободі 9 з двох сторін по дві штуки і закріплюються за допомогою рами лопаті 12, кріплення якої до основної лопаті З відбувається двома кільцевими з'єднаннями 11 (Фіг. 3, 4).

Для збільшення ефективності співвісної ВЕС та зменшення габаритів на кінець основної бо лопаті З за допомогою гнутої опори 13 встановлюється перпендикулярно напрямку вітру пропелер 14, який при обертанні основної лопаті З надає додаткове зусилля, за рахунок збільшення швидкості обертання пропелера 14 (фіг. 5, б).

При обертанні пропелера 14 виникає реактивний момент, закручення струменя гвинта, гіроскопічний момент, момент, що виникає при несиметричному обтікання гвинта; всі вони діють в одну сторону і при гвинті лівого обертання повертають лопать З назустріч вітру, для запобігання цьому встановлюється рама лопаті 12, яка, обертаючись по ободу лопаті 9 (закріплена Т-кріпленням до напрямної лопаті 3) через О-подібні ролики 10 надає додаткове зусилля розгону від напрямної лопаті 2 (Фіг. 5, 6).

Основна лопать З може змінювати кут атаки до вітру, при цьому за допомогою поворотної шестірні 15 гнута опора 13 дозволяє пропелеру 14 мати перпендикулярний напрямок руху до вітру (Фіг. 5, 6).

При русі напрямної лопаті 2 по вітру вона закріплена співвісно на основній лопаті З і надає зусилля валом у вигляді сонячної шестерні 16.3 на сателіти 16.1, які закріплені водилом 16.2 до гондоли 1, обертаючи кільцеву шестерню 16.4 назустріч, яка закріплена у основній лопаті 3, (тобто планетарна передача 16 встановлюється всередині основної лопаті 3), зусилля від неї валом 7 передається на редуктор 8 і генератор 6, який виробляє струм (Фіг. 5).

Вся описана вище робота співвісної ВЕС дозволяє найбільш ефективно досягати заявлених технічних результатів.

З опису та креслень даної корисної моделі можна зрозуміти, що різні варіанти комбінацій елементів або їх покращення здійснені і знаходяться в межах даної корисної моделі.

Перелік позицій за кресленнями: 1 - гондола; 2 - напрямна лопать;

З - основна лопать; 4 - фундамент; 5 - опора; б - генератор; 7 - вал; 7.1 - напрямний вал;

Зо 8 - редуктор; 9 - обід лопаті; 9.1 - канат; 9.2 - Т-кріплення; 9.3 - стяжні скоби; 9.4 - болтове з'єднання; 10-О-подібний ролик; 11 - кільцеве з'єднання; 12 - рама лопаті; 13 - гнута опора; 14 - пропелер. 15 - поворотна шестірня; 16 - планетарна передача; 16.1 - сателіт; 16.2 - водило; 16.3 - сонячна шестірня; 16.4 - кільцева шестірня.

Claims (2)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Співвісна вітрова електростанція (далі пристрій), що містить: гондолу, лопаті, фундамент, опору, генератор, редуктор, яка відрізняється тим, що містить напрямну лопать, основну лопать, вал, напрямний вал, обід лопаті, канати, Т-кріплення, стяжні скоби, болтове з'єднання, М-подібні ролики, кільцеве з'єднання, раму лопаті, гнуту опору, пропелер, поворотну шестірню, планетарну передачу, сонячну шестірню, при цьому напрямна лопать і основна лопать рухаються співвісно; до напрямної лопаті за допомогою Т-кріплення закріплено обід лопаті; всередині ободу лопаті за допомогою стяжних скоб закріплені канати; по ободу лопаті з двох сторін обертаються О-подібні ролики, які закріплені на рамі лопаті; рама лопаті закріплена за допомогою кільцевих з'єднань до основної лопаті; вал напрямної лопаті, виконаний у вигляді сонячної шестірні, передає зусилля на основну лопать за допомогою планетарної передачі;

основна лопать має на кінці гнуту опору з пропелером; гнута опора може повертатися навколо осі за допомогою поворотної шестірні.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що О-подібні ролики виготовляються з гуми, пластмас, металічних сплавів, комбінованих сплавів та інших матеріалів; рама лопаті кріпиться за допомогою кільцевих з'єднань до основної лопаті щонайменше в одній точці; кількість О- подібних роликів, розташованих з двох сторін ободу лопаті, становить: два, чотири і більше.

З. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що водило сателітів планетарної передачі закріплено до гондоли, а кільцева шестірня закріплена у основній лопаті; обід лопаті має форму плоского аеродинамічного профілю; використовуються канати стальні, комбіновані, поліпропіленові (для зниження ваги), полімерні та інші. -- шк як ще Ко Е жк Її Еш Ї та Ж іже в ко Жов ях Й її Є; «3 НЯ н в- а ще о ! і і і їх нЕЗ ща поет ся КСМо а нех Мода й з Я КУ ОВК Журн а ща КОКО ЕН: ше яку Нр рі ПО Іі ЕЕ ШЕ

Фіг. 1