Ветроэлектростанция

(51)03 1/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Сычик Василий Андреевич Сычик Людмила Николаевна(72) Авторы Сычик Василий Андреевич Сычик Людмила Николаевна(73) Патентообладатели Сычик Василий Андреевич Сычик Людмила Николаевна(57) Ветроэлектростанция, содержащая вертикальную опору, жестко закрепленную на фундаменте, два ветроколеса, станину с центральным валом, редуктор, электрогенератор,устройство разворота станины, отличающаяся тем, что содержит блок управления, выполненный с возможностью управления устройством разворота станины, расположенным на основании станины, и редуктором в зависимости от скорости вращения ветроколес,причем редуктор выполнен многоступенчатым и установлен на центральном валу, который выполнен в виде ведущего вала многоступенчатого редуктора и связан зубчатой передачей с валом электрогенератора первое ветроколесо со стороны воздействия ветра выполнено геликоидным и жестко соединено с центральным валом, второе ветроколесо многолопастным или геликоидным, жестко установленным на центральном валу в зоне максимального завихрения воздушного потока первым ветроколесом. 8098 1 2006.06.30 Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии. Известна ветроэлектростанция, описанная в 1. Ветроэлектростанция содержит установленную на основании поворотную платформу, размещенную в ней раму, ветродвигатель, барабанное ветроколесо, которое установлено на воздухонаправляющем корпусе с входным конфузором и выходным соплом, электрогенератор, размещенный на платформе и кинематически связанный с ветроколесом. Станция снабжена вентилятором и двумя дополнительными ветродвигателями. Однако такого типа ветроэлектростанция обладает сложной конструкцией, невысокими надежностью в работе и КПД. В патенте России 2 рассмотрена ветроэлектростанция, которая содержит поворотное основание, закрепленные на нем две стойки с подшипниковыми опорами и установленный в них вал, связанный с лопастями, и электрический генератор. Каждая лопасть размещена между соседними стойками и выполнена в виде закрепленных на валу между шарниром двух штанг и связанного с ними паруса. Эта электростанция также обладает сложной конструкцией и невысоким КПД. Прототипом предлагаемого изобретения является ветроэлектростанция 3, которая содержит трехфазный синхронный генератор, насаженный на первый вал. К заднему торцу генератора жестко прикреплен фланцем второй вал. Ветроколесо установлено на первом валу, а другое ветроколесо установлено на втором валу. Лопатки ветроколес расположены так, что имеют противоположно направленные углы атаки. Для обеспечения выпрямления генерируемого напряжения в полости фланца установлен выпрямительный мост. Генератор установлен на станине, которая свободно вращается относительно вертикальной оси для ориентации ветроколес по направлению ветра. Недостатками ветроэлектростанции-прототипа являются а) используются обычные, не геликоидные ветроколеса, что существенно снижает коэффициент использования энергии ветра б) ветроколеса вращаются в противоположных направлениях, что резко снижает результирующий механический момент на валу ветроэлектростанции и соответственно снижается ее КПД в) из-за отсутствия редуктора существенно снижается при малых ветронагрузках частота генерируемой ЭДС, причем величина ЭДС нестабильна и зависит от напора ветра. Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента использования энергии ветра и коэффициента полезного действия. Поставленная задача достигается тем, что в ветроэлектростанции, содержащей вертикальную опору, жестко закрепленную на фундаменте, два ветроколеса, станину с центральным валом, редуктор, электрогенератор, устройство разворота станины, также содержится блок управления, выполненный с возможностью управления устройством разворота станины, расположенным на основании станины, и редуктором в зависимости от скорости вращения ветроколес, причем редуктор выполнен многоступенчатым и установлен на центральном валу, который выполнен в виде ведущего вала многоступенчатого редуктора и связан зубчатой передачей с валом электрогенератора первое ветроколесо со стороны воздействия ветра выполнено геликоидным и жестко соединено с центральным валом, второе ветроколесо - многолопастным или геликоидным, жестко установленным на центральном валу в зоне максимального завихрения воздушного потока первым ветроколесом. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен главный вид электростанции, а на фиг. 2 - форма ветроколес и циркуляция воздушного потока. Ветроэлектростанция структурно включает вертикальную опору 1 с ее подшипниковым узлом 2, станину 3, размещенную на подшипниковом узле 2. На подшипниках 4 станины 3 установлен в горизонтальном положении центральный вал 5, который одновременно является ведущим валом ступенчатого редуктора 6, связанного зубчатой передачей с элект 2 8098 1 2006.06.30 рогенератором 7. На конце центрального вала 5 со стороны воздействия ветра жестко установлено первое ветроколесо 8, выполненное геликоидным, на обратном конце центрального вала 5 жестко установлено второе ветроколесо 9. На станине 3 ветроэлектростанции размещен блок управления 10, и на ее основании расположено устройство разворота станины 11. Вертикальная опора 1 установлена и жестко закреплена на фундаменте 12. Станина 3 ветроэлектростанции выполнена из стали и является несущей конструкцией, на которой устанавливаются основные элементы центральный вал 5, редуктор 6, выполненный многоступенчатым, электрогенератор 7 и блок управления 10. На станине 3 размещены подшипники 4 центрального вала 5. Станина 3 своим основанием покоится на подшипниковом узле 2 вертикальной опоры 1 и с помощью устройства разворота станины 11,управляемого блоком управления 10, может поворачиваться вокруг оси и устанавливать ветроколеса 8 и 9 по направлению ветра. Электрогенератор 7 - это трехфазный генератор с вращающимся ротором, мощность которого определяется размерами ветроколес, минимальной скоростью ветра и находится в пределах 100 кВт 1 МВт. Его вал посредством зубчатой передачи связан с многоступенчатым редуктором 6, коэффициент передачи которого может ступенями изменяться в широком интервале, например от 4 до 100 и более. Главным валом многоступенчатого редуктора 6 является центральный вал 5, на концах которого закреплены ветроколеса 8 и 9. Блок управления 10 контролирует скорость вращения ветроколес 7, 8 и при ее изменении в зависимости от интенсивности ветрового потока блок управления 10 изменяет коэффициент передачи многоступенчатого редуктора 6, поддерживая оптимальной скорость вращения генератораи его ЭДС Е,где- магнитопотокосцепление генератора. Блок управления 10 также управляет устройством разворота станины 11, обеспечивая разворот ветроколес 8 и 9 по направлению ветра. Первое ветроколесо 8 выполнено геликоидным, поэтому при его вращении поступательный поток ветра преобразуется, как показано на фиг. 2, во вращательный (вихревой). Второе ветроколесо 9 выполнено обычным многолопастным или геликоидным, размещается на центральном валу 5 в зоне максимального завихрения воздушного потока. Расстояние между ветроколесом 8 и ветроколесом 9 по оси центрального вала 5 устанавливается в зависимости от размера лопастей и геликоид ветроколеса 8, скорости ветра и находится по уровню максимального завихрения воздушного потока в пределах 820 метров. Вертикальная опора 1 стальная, установлена неподвижно и жестко закреплена на железобетонном фундамента 12. Ветроэлектростанция работает следующим образом. При воздействии ветрового потока на ориентированные в его направлении ветроколеса 8 и 9 геликоидное колесо 8 начинает вращаться, создает вращательный воздушный поток, и установленное в зоне максимального завихрения воздушного потока ветроколесо 9 усиливает вращение центрального вала 5, то есть осуществляет повышение механического момента центрального вала 5, коэффициента использования энергии ветра, а следовательно и мощность электрогенератора 7. Блок управления 10 обеспечивает поддержание номинальной частоту генерируемого напряжения в пределах 505 Гц путем регулирования коэффициента передачи многоступенчатого редуктора 6 и устанавливает ветроколеса 8 и 9 по направлению действия ветра. Электроэнергия снимается в нагрузку с электрощита электрогенератора 7. Создан лабораторный макет ветроэлектростанции по представленной на фиг. 1 конструкции, который, как показали результаты лабораторных испытаний, эффективно использует энергию ветра. Созданная ветроэлектростанция, в которой рабочая длина лопасти первого ветроколеса равна 4 м, длина дуги геликоиды 3 м, второе ветроколесо восьмило 3 8098 1 2006.06.30 пастное с длиной лопасти 5 м при скорости ветра 3 м/с вырабатывает электроэнергию мощностью Р 240 кВт. Коэффициент использования энергии ветра и КПД ветроэлектростанции в 1,5 раз выше указанных параметров в ветроэлектростанциях-аналогах. Промышленное освоение предлагаемой ветроэлектростанции возможно на предприятиях электроэнергетики и машиностроения. Источники информации 1. Патент России 1746052 , МПК 03 3/02 // БИ 25, 07.07.92. 2. Патент России 16455598 , МПК 03 3/00 // БИ 16, 03.04.91. 3. Патент России 1787205 3, МПК 03 1/00 // БИ 1, 07.01.93. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4