Ветроэнергетическая установка

 

Изобретение позволяет повысить выработку энергии путем расширения диапазона работы ветроэнергетической установки на номинальном режиме. При работе поддерживается постоянная, номинальная быстроходность установленного на опорной башне ротора 2, соответствующая максимальному коэффициенту мощности, путем подключения с помощью муфт 9 маховиков 8 при колебаниях скорости ветра. Маховики установлены на Двух вторичных валах 12 раздаточной механической коробки 10, к которым с помощью муфт включения подсоединены генераторы 4 и 7. К третьему вторичному валу подсоединено пусковое устройство 5. Маховики имеют переменный момент инерции и снабжены обгонными муфтами, обеспечивающими с помощью обечайки, планшайбы с клиновидными пазами, радиальным отверстием и подпружиненным толкателем и сепаратора с телами качения подключение маховиков к ротору через мультипликатор 3 при превышении скорости ветра своего среднего значения. При отклонении скорости ветра ниже среднего значения маховики подключаются к генераторам , Мультипликатор, выполненный в виде коробки передач с основной и дополнительными передачами, обеспечивает постоянство частоты вращения генераторов при любой рабочей скорости ветра, чем поддерживается высокий КПД генераторов и всей установки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з F 03 0 7/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4699915/06 (22) 06.06.89 (46) 07.10.91. Бюл. KL 37 (71) Днепропетровский государственный университет им. 300-летия воссоединения

Украины с Россией (72) Н.Н.Харченко, Г.К.Волков и Ю.А.Арышев (53) 621.548 (088.8) (56) Заявка Франции М 2319028, кл, F 03 D 3/00, опублик. 1977. (54) В ЕТРОЭН Е РГЕТИЧ Е СКАЯ УСТАНОВКА (57) Изобретение позволяет повысить выработку энергии путем расширения диапазона работы ветроэнергетической установки на номинальном режиме. При работе поддерживается постоянная, номинальная быстроходность установленного на опорной башне ротора 2, соответствующая максимальному коэффициенту мощности, путем подключения с помощью муфт 9 маховиков 8 при колебаниях скорости ветра, Маховики уста„„ЯХ„„1682621 А1 новлены на двух вторичных валах 12 раздаточной механической коробки 10, к которым с помощью муфт включения подсоединены генераторы 4 и 7, К третьему вторичному валу подсоединено пусковое устройство 5.

Маховики имеют переменный момент инерции и снабжены обгонными муфтами, обеспечивающими с помощью обечайки, планшайбы с клиновидными пазами, радиальным отверстием и подпружиненным толкателем и сепаратора с телами качения подключение маховиков к ротору через мультипликатор 3 при превышении скорости ветра своего среднего значения. При отклонении скорости ветра ниже среднего значения маховики подключаются к генераторам, Мультипликатор, выполненный в виде коробки передач с основной и дополнительными передачами, обеспечивает постоянство частоты вращения генераторов при любой рабочей скорости ветра, чем поддерживается высокий КПД генераторов и всей установки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил, 1682621

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается установок для выработки электроэнергии, Цель изобретения — повышение выработки энергии путем расширения диапазона работы на номинальном режиме, На фиг. 1 представлена ветроэнергетическая установка; на фиг. 2 — принципиальная схема установки; на фиг. 3 упрощенная конструктивная схема; на фиг.

4 изображены маховики с муфтой включения; на фиг. 5 — сечение А-А на фиг. 4.

Ветроэнергетическая установка содержит опорную башню 1, размещенный на ней ветряной ротор 2, связанный с ним мультипликатор 3, а также генератор 4 и пусковое устройство 5, подключенное к системе 6 управления. Установка также снабжена дополнительным генератором 7, маховиками

8, подключенными к системе.б управления муфтами 9 включения пускового устройства

5, генераторов 4 и 7 и маховиков 8, и раздаточной механической коробкой 10, имеющей первичный вал 11, подсоединенный к мультипликатору 3, и три вторичных вала 12.

Маховики 8 установлены на первом и втором валах 12. Генераторы 4 и 7 соединены с этими валами 12 через муфты 9 включения, а пусковое устройство 5 через соответствующую муфту 9 включения связано с третьим вторичным валом 12.

Мультипликатор 3 выполнен в виде коробки передач, имеющей основную и дополнительные передачи и снабженный механизмами их включения, подсоединенными к системе 6 управления.

Маховики 8 имеют переменный момент инерции и снабжены обгонными муфтами, каждая из которых выполнена в виде связанной с соответствующей муфтой 9 включения маховика 8 ведущей обечайки 13. установленной коаксиально вторичному валу 12, ведомой планшайбы 14, размещенной внутри обечайки 13 и имеющей клиновидныо пазы 15, выполненные íà ее периферии, и радиальное сквозное отверстие с установленным в нем подпружиненным толкателем 16, и жестко связанного с маховиком 8 сепаратора 17 с телами 18 качения (шарики или ролики), расположенными s клиновидных пазах 15.

Вторичный вал 12 снабжен клиновидной шпонкой 19. Одно из тел 18 качения контактирует с толкателем 16, а последний взаимодействует со шпонкой 19. Система 6 управления снабжена датчиком 20 скорости ветра. Генераторы 4 и 7 подключены к сети 21 потребителя при помощи стабилизаторов 22 напряжения и частоты. Толкатель 16 имеет наклонную плоскость 23.

При превышении скорости ветра порога чувствительности установки датчик 20 скорости ветра подает развернутый сигнал-характеристику ветропотока в систему 6

5 управления, где он обрабатывается, сравнивается с эталонным, расчетным и преобразуется в командный. Включаются пусковое .устройство 5 ротора 2 для вывода его на номинальный режим и муфта.9, соединяю10 щая его с коробкой 10. После достижения ротором 2 того числа оборотов, когда вращающиеся лопасти от взаимодействия с набегающим потоком воздуха создают крутящий момент, система 6 управления от15 ключает устройство 5 и после продолжения роста крутящего момента включает по мере увеличения числа оборотов по очереди генераторы 4 и 7, В зависимости от условий эксплуатации установка может комплекто20 ваться как одинаковой, так и различной мощностью генераторами 4 и 7.

В процессе раскручивания генераторов система буправления последовательно подключает к основной повышающей передаче

25 мультипликатора 3 поочередно дополнительные передачи до тех пор, пока при номинальном коэффициенте быстроходности не будет достигнут максимальный коэффициент мощности Ср.макс.

30 Параллельно этому процессу подключения дополнительных передач мультипликатора 3 идет подключение маховиков 8.

Включаются последовательно те маховики

8, которые. будут работать в номинальном

35 режиме. Процесс их включения идет под постоянным контролем программ системы 6 управления с использованием обратной связи.

Количество маховиков 8, подсоединяе40 мых к генераторам 4 и 7, и способ их подсоединения зависит от характера пульсаций ветра. При этом берется в расчет и время безветрия между двумя соседними импульсами. Так, при практически постоянном вет45 ре подключаются один или несколько маховиков 8, момент инерции которых будет достаточным, чтобы во время повышения скорости ветра накапливалась энергия, увеличивая угловую скорость ротора 2 выше

50 номинальной, а во время падения скорости ветра накопленная энергия реализуется на генераторы 4 и 7. При.этом колебания Z будут обеспечивать максимальное приближение к Ср.макс.

55 В случае резких порывистых ветров си-. стема 6 устанавливает такую дополнительную передачу, чтобы расчетная угловая скорость обеспечила 2, при котором коэффициент мощности Cpмакс с ростом скорости ветра не позволял бы механической мощно1682621

10 каются обечайкой 13 и прокручивают 15 планшайбу 14 также по часовой стрелке до упора в сепаратор 17 маховика 8. Маховик

8 начинает вращаться. В первоначальный

25 сти превышать номинальную мощность установленных генераторов 4 и 7, т,е, с ростом мгновенного значения скорости коэффициент Ño. уменьшается.

При этом к валу 12 подключаются те маховики 8, моменты инерции которых увеличиваются с ростом их угловой скорости. В первоначальном положении вал 12, вращаясь по часовой стрелке, не касается толкателя 16. Обечайка 13 может свободно проворачиваться в любом направлении. После включения муфты 9 она соединяется с обечайкой 13 и та приобретает ту же угловую скорость в, что и вал 12. Тела 18 увлемомент сепаратор 17 утапливает тела 18.

Сепаратор 17 отходит от тела 18 и оно вновь попадает в клиновую часть паза 15, захватывается обечайкой 13 и передает еще один импульс механической энергии маховику 8.

Так он постепенно начинает раскручиваться, не оказывая больших динамических нагрузок на вал 12.

В установившемся режиме при равномерной угловой скорости вращения ротора

2 вал 12 и маховик 8 вращаются с одной и той же угловой скоростью. Центробежная сила удаляет массы на диаметр 0>. С ростом скорости ветра ротор 2 стремится вращаться быстрее. Увеличивается угловая скорость и маховика 8, При этом накапливаемая им энергия растет не прямо пропорционально росту числа оборотов, так как с их увеличением растет центробежная сила и D> увеличивается, что приводит к увеличению момента инерции маховика 8. Т.е. все возрастающее количество запасаемой энергии сдерживает рост числа оборотов. После падения скорости ветра и уменьшения угловой скорости ротора 2 сепаратор 17, вращаясь более ускоренно, увлекает за собой планшайбу 14. Тела 18 западают и одно иэ них накатывается на наклонную плоскость 23 толкателя 16, утапливает его и вводит в зацепление со шпонкой 19. Крутящий момент от маховика 8 передается на вал 12.

Став свободным от нагрузки генераторов 4 и 7, ротор 2 практически не теряет числа оборотов до следующего порыва ветра. А при длительном затишье между двумя смежными порывами ветра его угловая скорость может даже поддерживаться энергией маховика. При увеличении скорости ветра ротор 2 уже не будет предварительно значительно разгоняться до расчетной угловой скорости, чтобы выйти на Z>oM. Значит не будет потеряна энергия переходного пе30

55 риода, во время которого ротор 2 разгоняется до расчетной частоты, чтобы коэффициент Ср. был максимальным, т,е. диапазон номинального режима работы будет расширен.

При этом очень важным параметром является момент инерции самого ротора 2, так как его величина, особенно минимальное значение, существенно влияет на изменение коэффициента мощности при порывистых ветрах. Так как скорость ветра изменяется в самых широких пределах, то оптимальное значение минимальной величины момента инерции I gp ветроэнергетической установки конкретной мощности для данного региона с учетом среднестатистических данных изменения скорости ветра рассчитывается для Z„» и Ся. м,, исходя из . максимальной мгновенной скорости ветра

vMaxc во время порыва, измеренной в минутном цикле, а ширина диапазона минимального режима работы ветроустановки при других скоростях ветра с обеспечением

Ср.махс при Zoos для каждой конкретной скорости обеспечивается включением дополнительных маховиков 8.

Для предохранения ветроэнергетической установки от ветровых перегрузок передаточное число мультипликатора 3 основной передачи 4сн м. рассчитывается на максимальное значение порывов ветра, а диапазон работы при других скоростях ветра регулируется для обеспечения Ср.макс при ZaoM. применением дополнительных передач.

Правильный расчет момента инерции! ротора 2 и основного передаточного числа мультипликатора Iocs.M. позволяет согласно конкретных условий эксплуатации производить такие ветроэнергетические установки, которые позволят получить максимальный коэффициент использования энергии в широком спектре скоростей ветра.

Формула изобретения

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая опорную башню, размещенный на ней ветряной ротор, связанный с ним мультипликатор, а также генератор и пусковое устройство, подключенные к системе управления, отл и ч а ю ща я с я тем, что, с целью повышения выработки энергии путем расширения диапазона работы на номинальном режиме, установка снабжена дополнительным генератором, маховиками, подключенными к системе управления муфтами включения пускового устройства, генераторов и маховиков, и раздаточной механической коробкой, имеющей первичный вал, подсоединенный к мультипликатору, и три вторичных вала. при ем маховики

1682621 установлены на первом и втором валах, генераторы соединены с этими валами через муфты включения, а пусковое устройство через соответствующую муфту включения связано с третьим вторичным валом, 2. Установка по п, 1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что мультипликатор выполнен в виде коробки передач, имеющей основную и дополнительные передачи и снабженной механизмами их включения, подсоединенными к системе управления.

3. Установка поп. 1,отлич а ющаяс я тем, что маховики имеют переменный момент инерции и снабжены обгонными муфтами, каждая иэ которых выполнена в виде связанной с соответствующей муфтой включения маховика ведущей обечайкой. установленной коаксиально вторичному валу, ведомой планшайбы, размещенной внут5 ри обечайки и имеющей клиновидные пазы, выполненные на ее периферии, и радиальное сквозное отверстие с установленным в нем подпружиненным толкателем, и жестко связанного с маховиком сепаратора с тела10 ми качения, расположенными в клиновидных пазах, вторичный вал снабжен клиновидной шпонкой, одно иэ тел качения контактирует с толкателем, а последний взаимодействует, со шпанкой.

3602621

1682621

Составитель П. Баклушин

Редактор Е. Савина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Палий

Заказ l394 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101