Способ управления мощностью роторного ветродвигателя

 

Изобретение относится к механике, в частности к конструированию и производству ветроэнергетических установок для использования в различных областях хозяйственной деятельности человека, для индивидуальных нужд, а также при использовании в промышленных электросетях. Технический результат заключается в повышении коэффициента использования мощности ветрового потока ротором. Способ управления мощностью ветродвигателя осуществляется путем изменения частоты вращения ротора в виде тела вращения, снабженного концевыми диафрагмами, в зависимости от скорости набегающего воздушного потока, при котором в процессе вращения ротора линейную скорость поверхности принудительно вращаемого ротора изменяют в зависимости от скорости набегающего воздушного потока, исходя из следующего соотношения: V_л = (3,0...5,0) V_в.п, где V_л - линейная скорость поверхности ротора ветроколеса, V_в.п - скорость набегающего воздушного потока. В процессе вращения ротора линейную скорость ветроколеса в зоне его среднего диаметрального сечения изменяют в зависимости от скорости воздушного потока, исходя из следующего соотношения: V_ср.р. = (I, 0. ..1,6)· V_в.п., где V_ср.р. - линейная скорость ветроколеса в зоне среднего диаметрального сечения; V_в.п - скорость набегающего воздушного потока. 1 з. п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к механике, в частности к конструированию и производству ветроэнергетических установок для использования в различных областях хозяйственной деятельности человека, для индивидуальных нужд, а также при использовании в промышленных электросетях.

Известен способ управления мощностью ветродвигателя ветроэнергетической установки (РВЭУ) в зависимости от скорости набегающего ветрового потока путем изменения скорости вращения ротора ветроколеса (патент СССР N 7108, МКИ F 03 D 1/00,9/00, 1928). Способ предполагает размещение ВЭУ на круговом рельсовом пути и в зависимости от розы ветров РВЭУ занимает то или иное положение по азимуту.

Известный способ технологически трудно выполним, обладает малой достоверностью и низким коэффициентом использования мощности ветрового потока.

Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ управления мощностью роторного ветродвижителя (авт. свид. СССР N 1368230, МКИ F 03 D 9/02, БИ N 3-88), заключающийся в изменении частоты вращения ротора с концевыми диафрагмами в зависимости от скорости свободного воздушного потока, при этом в процессе осуществления способа производят изменение диаметра концевых диафрагм посредством кремальерного механизма и компьютера.

Известный способ обеспечивает постоянство подъемной силы на роторе ветроколеса.

Недостаток известного способа проявляется в том, что он не обеспечивает выбора оптимизации набегающего ветрового потока и, следовательно, снижает возможности управления оптимальным значением мощности ветродвигателя ВЭУ.

В основу заявленного изобретения положена задача управления оптимальным значением мощности роторного ветродвигателя путем повышения коэффициента использования мощности ветрового потока ротором.

Поставленная задача достигается тем, что в способе управления мощностью ветродвигателя ветроколеса путем изменения частоты вращения ротора в виде тела вращения, снабженного концевыми диафрагмами, в зависимости от скорости набегающего воздушного потока согласно изобретения в процессе вращения ветродвигателя линейную скорость поверхности, принудительно вращаемого ротора, изменяют в зависимости от скорости набегающего воздушного потока исходя из следующего соотношения V_л. = (3,0.........5,0)·V_в.п. где V_л. - линейная скорость поверхности ротора ветроколеса; V_в.п. - скорость набегающего воздушного потока.

Технологично чтобы в способе в процессе вращения ротора линейную скорость ветроколеса в зоне его среднего диаметрального сечения изменяют в зависимости от скорости набегающего воздушного потока исходя из следующего соотношения: V_ср.р. = (1,0........1,6)·V_в.п. где V_ср.р - линейная скорость ветроколеса в зоне его среднего диаметрального сечения V_в.п. - скорость набегающего воздушного потока.

На фиг.1 приведен вариант исполнения ротора; на фиг.2 - график зависимости мощности РВЭУ от отношения линейной скорости поверхности ротора ветродвигателя к скорости набегающего воздушного потока; на фиг.3 - график зависимости мощности РВЭУ от соотношения линейной скорости ветроколеса в зоне его среднего диаметрального сечения и скорости набегающего воздушного потока.

Способ осуществляют на примере работы РВЭУ по фиг.1., на которой условно показано ветроколесо 1 РВЭУ с конусообразными роторами 2 с концевыми диафрагмами 3, приводами 4 принудительного вращения роторов 2 вокруг своей продольной оси. Программируемый контроллер 5 системы 6 управления ВЭУ, получив сигнал с метеостанции о скорости ветра, формирует сигнал управления преобразователем 7 частоты напряжения переменного тока, который осуществляет питание двигателей 8 привода 4 роторов 2.

При этом линейную скорость поверхности 9 вращающегося ротора 2 задают исходя из экспериментально найденного соотношения V_л. = (3,0.................5,0)·V_в.п., где V_л. - линейная скорость поверхности ротора ветроколеса; V_в.п. - скорость набегающего воздушного потока;
Как следует из графической зависимости по фиг. 2, полученной на основе сравнительных испытаний заявленного изобретения и прототипа мощность (тягу) РВЭУ легко можно регулировать изменением соотношения:
V_л. = (3,0...................5,0)·V_в.п.,
не прибегая к сложной технологии регулировки диаметра концевых диафрагм. При этом показатель мощности - P% в заявленном способе приближается к 100%, а по прототипу этот показатель не более 50%.

Для получения оптимизации режима заявленного способа по фиг.3 с учетом показаний метеостанции коэффициент мультипликации редуктора-мультипликатора 10 и рабочую частоту вращения асинхронного генератора 11 экспериментально задают таким образом, чтобы генератор 11 работал в номинальном режиме при номинальной скорости ветра. При увеличении скорости ветра соответственно увеличивают тормозной момент и мощность генератора 11 до значения линейной скорости вращения в средней части ветроколеса в диапазоне согласно графической зависимости по фиг.3 V_ср.р. = (1,0...................1,6) ·V_в.п., при этом, как следует из графика, показатель мощности -P% при такой зависимости приближается к 100%, что по сравнению с прототипом не требует сложной технологии регулировки диаметра концевых диафрагм, при которой показатель мощности P% не более 50%.

На дату подачи заявки заявленный способ прошел испытания в аэродинамической трубе и завершается стадия промышленной апробации.

Формула изобретения

1. Способ управления мощностью роторного ветродвигателя ветроколеса ветроэнергоустановки путем изменения частоты вращения ротора в виде тела вращения, снабженного концевыми диафрагмами, в зависимости от скорости набегающего воздушного потока, отличающийся тем, что в процессе вращения ветроколеса линейную скорость поверхности принудительно вращаемого ротора изменяют в зависимости от скорости набегающего воздушного потока, исходя из следующего соотношения:
V_л = (3,0 ... 5,0) · V_в.п.,
где V_л - линейная скорость поверхности ротора;
V_в.п. - скорость набегающего воздушного потока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе вращения ротора линейную скорость ветроколеса в зоне его среднего диаметрального сечения изменяют в зависимости от скорости воздушного потока, исходя из следующего соотношения:
V_ср.р = (1,0 ... 1,6) V_в.п.,
где V_ср.р - линейная скорость ветроколеса в зоне среднего диаметрального сечения;
V_в.п. - скорость набегающего воздушного потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 05.03.2004

Извещение опубликовано: 27.08.2005        БИ: 24/2005

---