Ветроагрегат с системой ориентации и ограничения синхронной угловой скорости ветротурбины

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроагрегат с системой ориентации и ограничения синхронной угловой скорости ветротурбины имеет опору с цевочной шестерней и вертикальной осью с установленной на ней головкой ветроагрегата, устройство, реагирующее на направление ветра, выполненное в виде шторки, насаженной на выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата с возможностью поворота не менее чем на 90°, и расположенной по ветру за шторкой крыльчатки, насаженной на верхний конец вертикального, проходящего через выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата вала, имеющего на нижнем конце ведущую шестерню, кинематически связанную с цевочной шестерней, а также силовой противодействующий механизм и воспринимающую давление ветра лопату, штанга которой механически связана со шторкой, штанга лопаты связана со шторкой посредством шарнира с возможностью поворота не менее чем на 90° в вертикальной плоскости, параллельной направлению ветра, при этом ось шарнира пересекает ось вертикального вала, в головке ветроагрегата, соосно с полой осью установлена первая коническая шестерня, находящаяся в зацеплении со второй конической шестерней, закрепленной на штанге лопаты соосно с осью шарнира, а силовой противодействующий механизм имеет точки приложения силы между шторкой и ободом шкива, установленного на штанге лопаты соосно с осью шарнира. Изобретение направлено на повышение точности ограничения синхронной угловой скорости ветроагрегата. 2 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для энергоснабжения бытовых и производственных потребителей энергии.

Известен ветроагрегат с горизонтальной осью вращения ветротурбины (RU №2535194 С2), ограничение синхронной угловой скорости, а, следовательно, и максимальной мощности в котором на расчетном уровне при возрастании скорости ветра сверх установленной величины осуществляется выводом ветротурбины из-под ветра. Ограничение осуществляется с помощью лопаты, воспринимающей давление ветра, шторки и крыльчатки, воздействующей на механизм поворота ветротурбины.

При этом необходимо совпадение закона изменения угла поворота боковой лопаты от скорости ветра (γл=ƒ(V)) с законом изменения угла поворота ветротурбины от скорости ветра (γт=ƒ(V)), при котором синхронная угловая скорость постоянна при всех скоростях ветра выше расчетной. В ветроагрегате, принятом за прототип, это обеспечивается использованием присутствующего в системе ограничения силового противодействующего механизма (пружины) с нелинейной, строго определенной зависимостью силы противодействия от угла поворота лопаты.

Недостатком данного ветроагрегата является то, что на практике затрудняется изготовление и монтаж такого противодействующего механизма, допускается при этом отклонение от его требуемых характеристик. Это в итоге приводит и к отклонению уровней ограничения, как угловой скорости, так и связанной с ней максимальной мощности ветроэнергетического агрегата от их заданных значений.

Задачей настоящего изобретения является упрощение изготовления и монтажа системы ограничения синхронной угловой скорости и соответствующей ей максимальной мощности ветроэнергетического агрегата, повышение точности ограничения и, следовательно, повышение надежности ветроагрегата в целом за счет устранения указанных недостатков.

Технический результат достигается тем, что в ветроагрегате с системой ориентации и ограничения синхронной угловой скорости ветротурбины, имеющем опору с цевочной шестерней и вертикальной осью с установленной на ней головкой ветроагрегата, устройство, реагирующее на направление ветра, выполненное в виде шторки, насаженной на выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата с возможностью поворота не менее чем на 90°, и расположенной по ветру за шторкой крыльчатки, насаженной на верхний конец вертикального, проходящего через выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата вала, имеющего на нижнем конце ведущую шестерню, кинематически связанную с цевочной шестерней, а также силовой противодействующий механизм и воспринимающую давление ветра лопату, штанга которой механически связана со шторкой, штанга лопаты связана со шторкой посредством шарнира с возможностью поворота не менее чем на 90° в вертикальной плоскости, параллельной направлению ветра, при этом ось шарнира пересекает ось вертикального вала, в головке ветроагрегата, соосно с полой осью установлена первая коническая шестерня, находящаяся в зацеплении со второй конической шестерней, закрепленной на штанге лопаты соосно с осью шарнира, а силовой противодействующий механизм имеет точки приложения силы между шторкой и ободом шкива, установленного на штанге лопаты соосно с осью шарнира.

Работа заявляемого устройства поясняется кинематической схемой, изображенной на фиг. 1 (вид сбоку) и фиг. 2 (вид сверху).

Ветроагрегат состоит из ветротурбины (на чертеже не показана) с горизонтальной осью, установленной в головке 1 ветроагрегата, насаженной с возможностью поворота на 360° на вертикальную ось 2 опоры 3. Верхняя часть опоры снабжена жестко связанной с опорой цевочной шестерней 4, соосной с осью 2 опоры 3. Шторка 5 насажена с возможностью поворота не менее чем на 90° на полую вертикальную ось 6, установленную в головке 1. Вместе с расположенной по ветру за шторкой крыльчаткой 7, насаженной на верхний конец вала 8, проходящего через ось 6, шторка образует устройство, реагирующее на направление ветра. Вал 8 на нижнем конце имеет ведущую шестерню 9, кинематически связанную с цевочной шестерней 4.

Лопата 10, воспринимающая давление ветра, установлена на конце штанги 11. Штанга механически связана с возможностью поворота не менее чем на 90° в вертикальной плоскости, параллельной направлению ветра, со шторкой 5 посредством шарнира 12, ось которого пересекает осевую линию вала 8. В головке 1 установлена неподвижно соосно с полой осью 6 первая коническая шестерня 13, находящаяся в зацеплении со второй конической шестерней 14, соосной оси шарнира и жестко связанной со штангой.

Штанга 11 лопаты под действием силового противодействующего механизма с точками приложения силы между шторкой и ободом шкива 15, прижата к упору 16, ограничивающему поворот штанги. В качестве силового противодействующего механизма в данном варианте исполнения устройства использована пружина 17, работающая на растяжение. При конкретном выполнении устройства возможно применение спиральной пружины или вместо пружины груза 18 (на чертеже груз изображен штрихами), подвешенного к ободу шкива 15.

Работает заявляемое устройство следующим образом.

Если скорость ветра не превышает установленную для данного агрегата величину, штанга 11 лопаты 10 пружиной 17 прижата к упору 16 и находится в вертикальном положении. При отклонении направления ветра от направления оси ветротурбины (направление О-О), воздушный поток, набегая на крыльчатку с той или другой стороны шторки 5, приводит крыльчатку во вращение в том или ином направлении. За счет механической передачи через вал 8 и ведущую шестерню 9 на цевочную шестерню 4 головка 1 ветроагрегата поворачивается в сторону ветра. Это продолжается до тех пор, пока шторка не установится в положение, при котором задувание ветра на лопасти крыльчатки станет одинаковым с той и другой сторон шторки и вращение крыльчатки прекратится. Таким образом, плоскость ветротурбины всегда будет устанавливаться перпендикулярно направлению ветра.

При увеличении скорости ветра сверх установленной величины штанга лопаты под действием напора набегающего на лопату потока воздуха, преодолевая сопротивление пружины, повернется на угол у, тем больший, чем больше скорость ветра. На этот же угол по отношению к направлению ветра за счет сцепления между собой конических шестерен 13 и 14 повернется и шторка 5. Крыльчатка 7 начнет вращаться и установит в конечном итоге головку 1 в такое положение, при котором линия, соединяющая центр шторки и ось крыльчатки, будет совпадать с направлением ветра. При этом на угол γ по отношению к направлению ветра будет повернута теперь и ось ветротурбины. Это скомпенсирует влияние повышенной скорости ветра на синхронную угловую скорость турбины.

Она будет сохраняться на постоянном заранее установленном уровне при всех скоростях ветра, выше расчетной величины, если зависимость угла поворота штанги лопаты (при постоянном моменте сопротивления силового противодействующего механизма) от скорости ветра будет совпадать с зависимостью, которая необходима для ограничения на постоянном уровне синхронной частоты вращения турбины.

В заявляемом устройстве это условие соблюдается.

Действительно, составляющая скорости ветра, перпендикулярная плоскости ветротурбины

Откуда

Угол γс, при котором Vт постоянна при любой скорости ветра V и равна номинальной скорости Vтн

Так как синхронная угловая скорость турбины

то и синхронная угловая скорость турбины при γ=γс и, следовательно, Vт=Vтн

где R - радиус турбины, будет постоянной, т.е ограниченной на уровне номинальной синхронной угловой скорости.

Составляющая скорости ветра, перпендикулярная поверхности лопаты,

Тогда сила давления ветра на лопату

где Сх - коэффициент лобового сопротивления;

ρ - плотность воздуха, кг/м3;

S - площадь лопаты, м2;

Момент, развиваемый лопатой, пропорционален квадрату косинуса угла отклонения лопаты от вертикального положения, равного в данном устройстве углу отклонения оси турбины от направления ветра γ

где Lш - плечо приложения силы, равное длине штанги, м

Момент сопротивления Мс силового противодействующего механизма не должен зависеть от угла поворота рычага лопаты. Для груза это условие соблюдается абсолютно, а для пружины - если пружина будет иметь минимальную жесткость. Однако и при жесткой пружине увеличение силы сопротивления пружины при увеличении γ можно скомпенсировать пропорциональным уменьшением радиуса шкива 15.

Величина момента сопротивления устанавливается такой, чтобы он был равен моменту лопаты при номинальной скорости ветра

Тогда, если скорость ветра превысит номинальную скорость турбины, момент лопаты превысит момент сопротивления силового противодействующего механизма, лопата и турбина повернутся на угол γ, при котором снова установится равенство моментов

Откуда

т.е. угол поворота ветротурбины под действием лопаты соответствует величине γс, при которой синхронная угловая скорость турбины постоянна при скорости вера начиная от расчетной скорости и выше.

Таким образом, так как боковая лопата в заявленном устройстве после поворота турбины остается повернутой по отношению к направлению ветра на угол γс, а не устанавливается перпендикулярно направлению ветра, как в устройстве, принятом за прототип, для обеспечения необходимого закона изменения γ от скорости ветра не требуется силовой противодействующий механизм с моментом сопротивления, имеющим сложную зависимость от γ. В заявляемом устройстве используется силовой противодействующий механизм с постоянным моментом сопротивления. Это упрощает изготовление и монтаж системы ограничения синхронной частоты вращения и, как следствие, максимальной мощности турбины ветроагрегата, повышает точность ограничения и надежность ветроагрегата в целом.

Ветроагрегат с системой ориентации и ограничения синхронной угловой скорости ветротурбины, имеющий опору с цевочной шестерней и вертикальной осью с установленной на ней головкой ветроагрегата, устройство, реагирующее на направление ветра, выполненное в виде шторки, насаженной на выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата с возможностью поворота не менее чем на 90°, и расположенной по ветру за шторкой крыльчатки, насаженной на верхний конец вертикального, проходящего через выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата вала, имеющего на нижнем конце ведущую шестерню, кинематически связанную с цевочной шестерней, а также силовой противодействующий механизм и воспринимающую давление ветра лопату, штанга которой механически связана со шторкой, отличающийся тем, что штанга лопаты связана со шторкой посредством шарнира с возможностью поворота не менее чем на 90° в вертикальной плоскости, параллельной направлению ветра, при этом ось шарнира пересекает ось вертикального вала, в головке ветроагрегата, соосно с полой осью установлена первая коническая шестерня, находящаяся в зацеплении со второй конической шестерней, закрепленной на штанге лопаты соосно с осью шарнира, а силовой противодействующий механизм имеет точки приложения силы между шторкой и ободом шкива, установленного на штанге лопаты соосно с осью шарнира.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветроэнергетике. Бортовой ветрогенератор, характеризующийся тем, что закреплен внутри корпуса, содержит ветроколесо, ротор и статор, выполненный из шихтованного магнитопровода с обмотками, закрепленные в герметичном кожухе, на торцевой части корпуса установлена заслонка регулятора контроля силы набегающего воздушного потока, с возможностью перевода ее в открытое и закрытое положение с помощью системы приводных механизмов, соединенной с вышеупомянутой заслонкой с помощью вала привода, а на осевом вале генератора, в передней его части, закреплены упорный пассивный подвес на постоянных магнитах и опорный пассивный подвес на постоянных магнитах, причем на задней части вышеупомянутого вала также закреплены опорный пассивный подвес на постоянных магнитах и упорный пассивный подвес на постоянных магнитах.

Изобретение относится к области автономных систем электроснабжения, использующих энергию ветра и солнца. Ветросолнечная установка автономного электроснабжения состоит из ветродвигателя 1, механически соединенного с мультипликатором 2, который через обгонную муфту 3 механически соединен с генератором 4 электрической энергии, являющимся синхронным генератором с двухконтурной магнитной системой, к которому подключены первый и второй диодные мосты 5 и 6, соответственно, при этом первый диодный мост 5 связан с инвертором 7, соединенным со стабилизатором 8 напряжения, соединенным с реле 9 обратного тока, подключенного к однофазной сети 10 переменного напряжения, к которой подключена система управления 11, соединенная с инвертором 7, с системой 12 ориентации солнечных батарей, управляемой устройством 13 ориентации по солнцу, на котором расположены гибкие солнечные панели 14, подключенные к контроллеру 15 заряда аккумуляторных батарей, который соединен с балластной нагрузкой 16 в виде электрических нагревательных элементов и аккумуляторными батареями 17, причем второй диодный мост 6 соединен с компаратором 18 напряжения, имеющим петлю гистерезиса и выход которого соединен с системой 11 управления и с базой силового транзистора 19, через который идет подключение аккумуляторных батарей 17 к инвертору 7 напряжения, к системе 11 управления подсоединены бензогенератор 20 и реле 21 подключения бензогенератора 20 к однофазной сети 10 переменного напряжения, к однофазной сети 10 переменного напряжения подключены потребители 22 электрической энергии.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Аэроветроэнергостат противообледенительный содержит воздухоплавательный модуль и причальный узел, связанные привязными тросами и трос-кабелем, при этом воздухоплавательный модуль включает в себя мягкую аэростатную оболочку с внутренним каркасом, а на внешней поверхности оболочки расположены меридианные ленты и сигнализаторы обледенения, а внутри оболочки располагается герметичный баллонет, днище которого выступает из оболочки, притянуто к ней меридианными лентами и служит крепежной базой для компрессора и рамной подвески, чья плоскость перпендикулярна ветру, с ветросиловым блоком, имеющим радиально-лопастную турбину, одетую на ось вращения, совпадающую с направлением ветра, с подветренного торца гондолы, в корпусе которой расположены мультипликатор и электрогенератор, привязные тросы протянуты от оконечностей боковин рамной подвески к двум соосным лебедкам, а трос-кабель свисает от гондолы до кабельной бухты, при этом лебедки и кабельная бухта находятся на подветренной стороне поворотной платформы причального узла.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветрогенератор содержит ветроколесо, связанное механическим валом с ротором электрической машины, которая через нормально-замкнутый первый ключ и выпрямительно-зарядное устройство соединена с аккумулятором и входом инвертора, который выходом подключен к нагрузке, таймер.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Лопасть ветротурбины с трансформирующимся профилем, включающая наконечник, выполненный в виде входной части, который изготовлен из плоских пластин, соединенных вертикальным шарниром, наконечник лопасти снабжен механизмом изменения расстояния между свободными концами плоских пластин наконечника, выполненным в виде двух тяг, каждая из которых шарнирно закреплена в двух точках - с плоской пластиной наконечника и с муфтой, свободно передвигающейся по направляющей штанге, соединяющей неподвижную часть стабилизирующей плоскости с вертикальным шарниром, расположенным во входной части наконечника, направляющая штанга снабжена отрегулированной пружиной, вставленной в телескопические цилиндры и соединяющей муфту со стопором, установленным на направляющей штанге, кроме того, муфта шарнирно соединена с дополнительной тягой, соединяющей ее с подвижной частью стабилизирующей плоскости.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка содержит башню, поворотное основание, ориентирующий элемент, ветроколесо, генератор.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Лопасть ветротурбины с изменяющимися размерами, включающая наконечник, который изготовлен из плоских пластин, соединенных шарниром.

Изобретение относится к ветровым энергетическим установкам. Модуль преобразования энергии ветра содержит корпус 9, выполненный с возможностью перемещения по направляющему полотну 1, установленные корпусе 9 по меньшей мере один приемник 10 ветровой энергии, привод ориентации приемника 10 ветровой энергии относительно ветра и корпуса 9 и систему управления, а также устройство 6 генерации электроэнергии, выполненное с возможностью выработки электроэнергии при движении корпуса 1 по направляющему полотну 1 и при силовом взаимодействии с контактной направляющей 3, связанной с направляющим полотном 1.

Изобретение относится к системам преобразования энергии ветра в электроэнергию. Система преобразования энергии ветра в электрическую энергию содержит направляющее полотно, модули преобразования энергии ветра, включающие приемники ветровой энергии, выполненные с возможностью перемещения по направляющему полотну за счет энергии ветра, и устройство управления и согласования движением модулей преобразования энергии ветра, при этом направляющее полотно связано с контактной направляющей, взаимодействующей с модулями преобразования энергии ветра с обеспечением генерирования электрического тока при движении модулей преобразования энергии.

Изобретение относится к способам преобразования энергии ветра в электроэнергию. Способ преобразования энергии ветра в электрическую энергию заключается в том, что ветровую энергию, посредством аэродинамических рабочих органов, установленных на корпусе подвижных модулей преобразования энергии ветра, совершающих линейное перемещение по направляющему полотну, преобразуют в энергию движения модулей преобразования энергии ветра и электрическую энергию посредством устройства генерации электроэнергии.

Изобретение относится к средствам предотвращения обледенения лопастей ветряных генераторов. Способ состоит в направлении потока горячего воздуха внутри лопасти вдоль ее передней кромки.

Изобретение относится к ветряным генераторам и средствам противообледенения. Система противодействия обледенению лопастей ветряного генератора содержит основные компоненты: блок управления 5 подогревом воздуха, нагреватель 7 воздуха, блок управления 17 электронагревательной системы, электронагревательный элемент 13, переднюю 15 и заднюю 11 перегородки.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветровое турбинное устройство, содержащее первое вращаемое лопастное устройство и второе вращаемое лопастное устройство, выполненное с возможностью приводить во вращение первое лопастное устройство, причем первое вращаемое лопастное устройство содержит множество лопастей, выполненных с возможностью вращения вокруг первой оси, и средства изменения момента инерции первого вращаемого лопастного устройства в направлении, противоположном первой оси, при этом средства изменения момента инерции лопасти первого вращаемого лопастного устройства содержат ступицу на первой оси, причем указанная ступица соединена с лопастями первого вращаемого лопастного устройства и выполнена с возможностью вращения вместе с указанными лопастями, при этом указанная ступица содержит средства смещения момента инерции ступицы от первой оси.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка содержит башню, поворотное основание, ориентирующий элемент, ветроколесо, генератор.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка содержит башню, поворотное основание, ориентирующий элемент, ветроколесо, генератор.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ форсирования горизонтально-осевой ветровой турбины, заключающийся в том, что лопасть форсированной ветровой турбины выведена в комлевой части на закритический, по углу притекания воздушного потока, режим обтекания путем уменьшения угла относительной закрученности сечений выбранного прототипа лопасти с установкой по передней кромке такой лопасти предкрылка.

Изобретение относится к способу подачи электрической мощности имеющего несколько ветроэнергетических установок (100) ветрового парка (112) в сеть (120) электроснабжения, при этом каждая ветроэнергетическая установка (100) предоставляет электрическую мощность установки (PA), и сумма всех предоставляемых мощностей (PA) подается в качестве мощности парка (PP) в сеть (120) электроснабжения, и для каждой ветроэнергетической установки (100) задается заданное значение (PAsoll) установки для задания подлежащей предоставлению мощности (PA) установки, и заданное значение (PAsoll) установки регулируется с помощью регулятора (R1, R2) в зависимости от регулировочного отклонения (ΔР) в виде сравнения подаваемой парковой мощности (PPist) с заданным значением (PPsoll) подлежащей подаче парковой мощности (PP).

Изобретение относится к способу подачи электрической мощности имеющего несколько ветроэнергетических установок (100) ветрового парка (112) в сеть (120) электроснабжения, при этом каждая ветроэнергетическая установка (100) предоставляет электрическую мощность установки (PA), и сумма всех предоставляемых мощностей (PA) подается в качестве мощности парка (PP) в сеть (120) электроснабжения, и для каждой ветроэнергетической установки (100) задается заданное значение (PAsoll) установки для задания подлежащей предоставлению мощности (PA) установки, и заданное значение (PAsoll) установки регулируется с помощью регулятора (R1, R2) в зависимости от регулировочного отклонения (ΔР) в виде сравнения подаваемой парковой мощности (PPist) с заданным значением (PPsoll) подлежащей подаче парковой мощности (PP).

Изобретение относится к ветроколесам ветросиловых и ветроэлектроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения. Ветроколесо содержит ступицу, спицы, парусные лопасти и натяжные элементы, выполненные в виде упругого стержня, закрепленного первым концом в торце одной спицы, а парусная лопасть - в виде четырехугольного перегнутого по диагонали паруса, свободные углы которого соединены с вторым концом упругого стержня, а сама лопасть обернута вокруг спицы.

В заявке описан носитель компонентов для электрических/электронных конструктивных элементов (1, 2, 3), например, для комбинации с корпусом (4) замка или в качестве составной части корпуса (4) замка двери транспортного средства, содержащий подложку (4) и схемную структуру (6, 7) из токопроводящих дорожек, выполненную с возможностью соединения с подложкой (4) и образованную отдельными металлическими токопроводящими дорожками (6, 7).

Изобретение относится к ветроколесам ветросиловых и ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения, предназначенным для работы с электрогенераторами сегментного типа.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроагрегат с системой ориентации и ограничения синхронной угловой скорости ветротурбины имеет опору с цевочной шестерней и вертикальной осью с установленной на ней головкой ветроагрегата, устройство, реагирующее на направление ветра, выполненное в виде шторки, насаженной на выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата с возможностью поворота не менее чем на 90°, и расположенной по ветру за шторкой крыльчатки, насаженной на верхний конец вертикального, проходящего через выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата вала, имеющего на нижнем конце ведущую шестерню, кинематически связанную с цевочной шестерней, а также силовой противодействующий механизм и воспринимающую давление ветра лопату, штанга которой механически связана со шторкой, штанга лопаты связана со шторкой посредством шарнира с возможностью поворота не менее чем на 90° в вертикальной плоскости, параллельной направлению ветра, при этом ось шарнира пересекает ось вертикального вала, в головке ветроагрегата, соосно с полой осью установлена первая коническая шестерня, находящаяся в зацеплении со второй конической шестерней, закрепленной на штанге лопаты соосно с осью шарнира, а силовой противодействующий механизм имеет точки приложения силы между шторкой и ободом шкива, установленного на штанге лопаты соосно с осью шарнира. Изобретение направлено на повышение точности ограничения синхронной угловой скорости ветроагрегата. 2 ил.

Наверх