Ветроэлектрическая станция

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Сычик Василий Андреевич(72) Авторы Сычик Василий Андреевич Клепко Валентин Валентинович(73) Патентообладатель Сычик Василий Андреевич(57) Ветроэлектрическая станция, содержащая основание, вертикальную опору, вал, связанный с лопастями, электрический генератор, отличающаяся тем, что она снабжена редуктором, блоком управления, зубчатой конической передачей, на вертикальной опоре цилиндрической формы посредством подшипниковых узлов установлен пустотелый секционный вал с лопастями, при этом зубчатая коническая передача размещена на основании пустотелого секционного вала, связана посредством редуктора с электрическим генератором, а лопасти очерчены профилем, показанным на фиг. 3 чертежей. Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована для выработки электрической энергии. Известна ветроэлектростанция 1, которая содержит установленную на основании поворотную платформу, размещенную в ней раму, ветродвигатель, барабанное ветроколесо,75842011.10.30 которое установлено на воздухонаправляющем корпусе с входным конфузором и выходным соплом, электрогенератор, размещенный на платформе и кинематически связанный с ветроколесом. Станция снабжена вентиляторами и двумя дополнительными ветродвигателями. Недостатками такой ветроэлектростанции являются сложная конструкция, невысокие надежность в работе и КПД. Прототипом предлагаемой полезной модели является ветроэлектрическая станция 2,которая содержит основание, закрепленные на ней 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 ним паруса. Недостатками ветроэлектрической станции-прототипа являются 1. Сложная конструкция, обусловленная наличием стоек с установленным на них валом и связанных лопастями сложной парусности. 2. Невысокие коэффициент использования энергии ветра и КПД вследствие малой рабочей площади лопастей, упрощенной конструкцией, ухудшенной обтекаемостью ветром. 3. Из-за отсутствия редуктора существенно снижается при малых ветронагрузках частота генерируемой ЭДС, причем величина ЭДС нестабильна и зависит от напора ветра. Техническим результатом полезной модели является повышение коэффициента использования энергии ветра и КПД. Поставленная задача достигается тем, что ветроэлектрическая станция, содержащая основание, вертикальную опору, вал, связанный с лопастями, электрический генератор,снабжена редуктором, блоком управления, зубчатой конической передачей, на вертикальной опоре цилиндрической формы посредством подшипниковых узлов установлен пустотелый секционный вал с лопастями, при этом зубчатая коническая передача размещена на основании пустотелого секционного вала, связана посредством редуктора с электрическим генератором, а лопасти очерчены профилем, показанным на фиг. 3 чертежей. Сущность полезной модели поясняют чертежи, где на фиг. 1 изображена в разрезе конструкция ветроэлектрической станции, на фиг. 2 - разрез секционного вала с лопастями, а на фиг. 3 - профиль лопастей секционного вала. Конструктивно ветроэлектрическая станция (ВЭС) состоит из основания 1, на котором размещена вертикальная опора 2 цилиндрической формы. На опорных подшипниках 3,размещенных на вертикальной опоре 2, установлен пустотелый секционный вал 4, на верхних секциях которого размещены лопасти 5.На основании пустотелого секционного вала 4 механически жестко закреплена зубчатая коническая передача 6, связанная через вал 7 с редуктором 8, который механически связан с валом 9 электрического генератора 10. Секции пустотелого секционного вала 4 с лопастями 5 механически закреплены на подшипниковых узлах 11, жестко механически установленных на вертикальной опоре 2. Блок управления 12 электрически связан с редуктором 8 и электрическим генератором 10. Нижняя секция пустотелого секционного вала 4 совместно с редуктором 8, электрическим генератором 10 и блоком управления 12 защищены кожухом 13, а на вершине вертикальной опоры 2 размещена защитная крышка 14. Основание 1 заданных размеров изготовлено из железобетона и размещено на грунте. Вертикальная опора 2 цилиндрической формы изготовлена из прочного, химически стойкого материала, например стали, диаметр которой зависит от ее высоты и может иметь ступенчатую форму. На основании вертикальной опоры туго посажен опорный подшипник 3 из стали, на котором механически жестко, например неразъемным резьбовым соединением, установлена нижняя секция пустотелого секционного вала 4, изготовленная из стали. Его внутренний диаметр на 2-5мм выше наружного диаметра вертикальной опоры 2, а наружный диаметр определяется общей вертикальной нагрузкой и необходимой жесткостью пустотелого секционного вала 4. Зубчатая коническая передача 6 обеспечивает преобразование вращательного движения пустотелого секционного вала 4 в вертикальной 2 75842011.10.30 плоскости во вращательное движение редуктора 8 и вала 9 электрического генератора 10 в горизонтальной плоскости. Возможно непосредственное соединение секционного вала 4 с многоступенчатым редуктором 8. Секции пустотелого секционного вала 4 с лопастями 5 последовательно механически неразъемны, например, резьбовым соединением устанавливаются на подшипниковые узлы 11. Пустотелый секционный вал 4 посредством зубчатой конической передачи 6, шестерни которого изготавливаются из легких, прочных, стойких к агрессивным средам сплавов, например из сплавов алюминия, соединен с многоступенчатым редуктором 8, коэффициент передачи которого может ступенями изменяться в широком интервале, например от 4 до 100 и более. Блок управления 12 контролирует скорость вращения пустотелого секционного вала 4 и при ее изменении в зависимости от интенсивности ветрового потока он изменяет коэффициент передачи редуктора 8, поддерживая оптимальную, угловую скорость вращения генератора и его ЭДС(1),где- магнитопотокосцепление генератора. Поскольку лопасти 5 расположены по окружности и вертикально, не требуется разворачивать вертикальную опору 2 по направлению ветра, что снижает потери электроэнергии, обеспечивает повышение КПД ВЭС. Лопасти 5 очерчены профилем, изображенным на фиг. 3. Такая форма лопастей 5, как показали результаты эксперимента, обеспечивает максимальный напор ветровой нагрузки на лопасти 5 и минимальное сопротивление при их вращении встречно ветру, то есть существенно возрастает скорость вращения пустотелого секционного вала 4 и коэффициент использования энергии ветра. Конструктивно каждая лопасть 5 представляет экспоненту с рабочей стороны и части экспоненты, сочлененные ветрорассекателем, с тыльной стороны. Число лопастей 5 в каждой секции пустотелого секционного вала 4 составляет от четырех до шестнадцати. Ветроэлектрическая станция работает следующим образом. При воздействии ветрового потока с любого направления на лопасти 5 пустотелого секционного вала 4 он начинает вращаться с заданной скоростью . Через размещенную на пустотелом секционном валу 4 через зубчатую коническую передачу 6 вращение передается на редуктор 8, который вращает вал 9 ротора электрического генератора 10. В последнем на его выводных клеммах генерируется полезная электрическая энергия, которая снимается в нагрузку. Блок управления 12 обеспечивает поддержание номинальной частоты генерируемого напряжения в пределах 505 Гц путем регулирования коэффициента передачи многоступенчатого редуктора 8, а также подключает дополнительную нагрузку на выходе электрического генератора при сильных порывах ветра. Создан лабораторный макет ветроэлектрической станции по представленной на фиг. 1 конструкции с профилем лопастей, указанным на фиг. 3. Созданная электростанция, в которой используются две восьмилопастные секции пустотелого секционного вала с рабочей площадью лопастей 12 м 2 при скорости ветра 3 м/с вырабатывает электроэнергию мощностью 3,2 МВт. Коэффициент использования энергии ветра и КПД в 1,5 раза выше указанных параметров в ветроэлектростанциях-аналогах. Промышленное освоение предлагаемой ветроэлектрической станции возможно на предприятиях электроэнергетики и машиностроения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4