початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2171913

Вітроенергетичні установки (ВІТРЯК)

Ім'я винахідника: Сайданов В.О .; Агафонов О.М .; Булат В.А .; Кузьмін О.О .; Баюра М.І.
Ім'я патентовласника: Військовий інженерно-технічний університет
Адреса для листування: +191185, Санкт-Петербург, вул. Захаріївська, 22, ВІТУ, бюро з винахідництва і патентної роботі
Дата початку дії патенту: 2000.06.14

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема до вітроенергетичним установкам для автономного електро- і теплопостачання споживачів об'єктів, де відсутні можливості подачі теплової та електричної енергії від зовнішнього енергосистеми. Технічний результат, що полягає в підвищенні ефективності вітроенергетичної установки для спільного вироблення електричної і теплової енергії та покращення її енергетичних характеристик на сталих і перехідних режимах, досягається тим, що в вітроенергетичної установки, яка містить інвертор, випрямляч, акумуляторну батарею, а й синхронну електричну машину з приводом від вітродвигуна і синхронну електричну машину з приводом від двигуна внутрішнього згоряння, підключені через автоматичні вимикачі до шин споживачів електричної енергії, причому перша синхронна електрична машина і підключена через автоматичний вимикач і випрямляч до акумуляторної батареї, яка паралельно підключена через автоматичний вимикач і інвертор до шин споживачів електричної енергії, відповідно до винаходу до шин додатково через автоматичний вимикач підключений електричний котел, водяний контур якого з'єднаний із зовнішнім теплової мережею споживачів теплової енергії, яка і через запірно-регулюючу арматуру з'єднана з тепловим акумулятором і водяними контурами теплообмінників-утилізаторів отбросной теплоти наддувочного повітря, мастильного масла, охолоджувальної рідини і відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння, причому установка і додатково забезпечена датчиками електричної і теплової навантажень, встановленими відповідно на шинах споживачів електричної енергії та в тепловій мережі споживачів теплової енергії, які через виконавчі механізми з'єднані з системою автоматичного управління вітроенергетичної установкою.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема до вітроенергетичним установкам (ВЕУ) для автономного електро- і теплопостачання споживачів об'єктів, де відсутні можливості подачі теплової та електричної енергії від зовнішнього енергосистеми.

Відомі ВЕУ, що складаються з підключених до шин споживачів асинхронної електричної машини з приводом від вітродвигуна і синхронної електричної машини з приводом від двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) [1,2].

Недоліками відомих ВЕУ є: по-перше, наявність перерви в електропостачанні споживачів в проміжках часу між моментами відключення вітроелектричної установки (ВУ) при зменшенні величини швидкості вітру нижче початкової (швидкість, при якій ВУ починає виробляти електроенергію) або збільшенні останньої вище максимальної (швидкість, при якій ВУ виводиться з роботи і переходить у флюгерний режим) і включення з прийомом повного навантаження енергоустановки (ЕУ) з ДВС; по-друге, погана якість перехідного процесу і низька економічність при пуску ДВС.

Відома і ВЕУ, що складається з підключених до шин споживачів електроенергії першої синхронної електричної машини з приводом від ДВС, акумуляторної батареї (АБ) і другий синхронної електричної машини з приводом від вітродвигуна, яка для скидання надлишкової енергії вітру заземлена [3] - найбільш близький аналог.

Недоліком відомої ВЕУ є її відносно низька економічність, тому що надлишкова енергія вітрового потоку, що перевищує електричну потужність споживачів електроенергії і АБ, корисно не використовується, а скидається, а й корисно не використовується отбросная теплота наддувочного повітря, мастила, охолоджуючої рідини і відпрацьованих газів ДВС.

Завдання винаходу - підвищення ефективності ВЕУ і поліпшенні її енергетичних характеристик на сталих і перехідних режимах.

Це досягається тим, що в ВЕУ для спільного вироблення електричної і теплової енергії, що містить інвертор, випрямляч, акумуляторну батарею, а й синхронну електричну машину з приводом від вітродвигуна і синхронну електричну машину з приводом від двигуна внутрішнього згоряння, обидві синхронні електричні машини підключені через автоматичні вимикачі до шин споживачів електричної енергії, причому перша синхронна електрична машина і підключена через автоматичний вимикач і випрямляч до акумуляторної батареї, яка паралельно підключена через автоматичний вимикач і інвертор до шин споживачів електричної енергії, на відміну від відомого аналога, до шин споживачів електричної енергії додатково через автоматичний вимикач підключений електричний котел (ЕК), водяний контур якого з'єднаний із зовнішнім теплової мережею споживачів теплової енергії, яка і через запірно-регулюючу арматуру з'єднана з тепловим акумулятором (тА) та водяними контурами теплообмінників-утилізаторів отбросной теплоти наддувочного повітря, мастила, охолоджуючої рідини і відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння. На шинах споживачів електричної енергії та в тепловій мережі споживачів теплової енергії встановлені відповідно датчики електричної і теплової навантажень, які через виконавчі механізми з'єднані з системою автоматичного управління (САУ) ВЕУ.

Усунення перерви в енергопостачанні споживачів з одночасним поліпшенням якості перехідного процесу при пуску ДВС, поліпшення параметрів виробляється електричного струму, паливної економічності ДВС і зниження кількості шкідливих викидів з відпрацьованими газами ДВС у пропонованій установці в порівнянні з найбільш близьким аналогом можливою завдяки тому, що до складу ВЕУ додатково вводиться ЕК і утилізатори низько потенційного тепла ЕУ з ДВС, тА, а й САУ ВЕУ з датчиками електричної і теплової навантажень.

Пропонована ВЕУ дозволяє в режимах харчування споживачів від ВУ виключити роботу ЕУ з ДВС. Наявність АБ дозволяє уникнути частих пусків ЕУ з ДВС при короткочасних вітроенергетичних затишшя, що дозволяє економити моторесурс ДВС і покращує її техніко-економічні характеристики. Наявність ЕК і утилізаторів низько потенційного тепла ЕУ з ДВС дозволяє максимально корисно використовувати всю енергію, що виробляється ВЕУ, в тому числі і для отримання теплової енергії для постачання споживачів теплоти. Наявність ТА дозволяє акумулювати надлишкову енергію ВЕУ, коли її вироблення перевищує потреби споживачів як електричної, так і теплової енергії. Наявність САУ ВЕУ з відповідними датчиками дозволяє оперативно перерозподіляти вироблювану ВЕУ енергію між споживачами відповідних видів енергії, АБ і ТА. Все це в сукупності дозволяє підвищити ефективність ВЕУ.

Відмінними (новими) ознаками пропонованого винаходу по відношенню до найбільш близького аналогу є такі зміни конструкції установки: по-перше, додаткове приєднання до шин споживачів електричної енергії через автоматичний вимикач ЕК, водяний контур якого підключений через запірно-регулюючих органів до ТА і теплової мережі споживачів теплоти; по-друге, підключення до теплової мережі теплообмінників-утилізаторів отбросной теплоти наддувочного повітря, мастила, охолоджуючої рідини і відпрацьованих газів ДВС, колінчастий вал якого з'єднаний з другої синхронної електричної машиною; по-третє, введення до складу ВЕУ САУ з датчиками теплової та електричних навантажень, що в сукупності дозволяє підвищити ефективність ВЕУ шляхом додаткової вироблення і акумулювання теплової енергії в електричному котлі за рахунок надлишкової енергії вітру і утилізації отбросной теплоти ДВС, а й перерозподілу виробленої енергії між споживачами теплової та електричної енергії відповідно до графіків їх навантажень.

З існуючого рівня техніки не відомі ВЕУ на базі ВУ і ЕУ з ДВС для спільного вироблення електричної і теплової енергії, що включають в себе одночасно всі перераховані ознаки, що дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого винаходу критерію "винахідницький рівень".

На кресленні представлена ​​принципова схема пропонованої ВЕУ для спільного вироблення електричної і теплової енергії. ВЕУ містить першу синхронну електричну машину 1 з приводом від вітродвигуна 2, акумуляторну батарею 3, другу синхронну електричну машину 4 з приводом від ДВС 5, теплообмінники-утилізатори отбросной теплоти наддувочного повітря 6, мастила 7, охолоджуючої рідини 8, відпрацьованих газів 9 ДВС 5 , електрокотел 10, тепловий акумулятор 11, САУ 12 з датчиками електричної 13 і теплової 14 навантажень, інвертор 15 і випрямляч 16, автоматичні вимикачі 18, 19, 20, 21, 22, 23 і керований запірно-регулюючий орган 17. Причому перша синхронна електрична машина 1 підключена через автоматичні вимикачі 20, 23 і випрямляч 15 до АБ 3, а через інвертор 16 і автоматичний вимикач 21 - до шин споживачів електричної енергії. Через автоматичний вимикач 22 до шин споживачів електричної енергії підключений ЕК 10, водяний контур якого підключений до зовнішньої теплової мережі споживачів теплової енергії і через керований запірно-регулюючий орган 17 - до ТА 11. До зовнішньої теплової мережі і підключені теплообмінники-утилізатори 6, 7, 8, 9 ДВС 5, а і датчик теплового навантаження 14. Друга синхронна електрична машина 4 підключена через автоматичний вимикач 18 до шин споживачів електричної енергії, до яких і підключений датчик електричного навантаження 13, а через автоматичний вимикач 19 - до випрямляча 15. Представлена ​​на кресленні ВЕУ працює наступним чином в двох режимах функціонування: 1) режим енергопостачання від ВУ; 2) режим енергопостачання від ЕУ з ДВС.

Режим функціонування N 1. При досягненні швидкості вітру величини початкової швидкості для даної ВУ синхронна електрична машина 1 починає виробляти електроенергію. При цьому САУ 12 ВУ видає керуючий сигнал на включення автоматичних вимикачів 20, 21 і електрична енергія, що виробляється ветродвігателем 2, через випрямляч 15 і інвертор 16 надходить на шини споживачів. У міру збільшення швидкості вітру перша синхронна електрична машина 1 виробляє електроенергію в кількості, що перевищує поточну потребу споживачів, про що подає сигнал датчик 13 САУ 12. Остання відразу ж видає керуючий сигнал для включення автоматичних вимикачів 22, 23, і надлишок електроенергії, що перевищує потреби споживачів , надходить в ЕК 10 для нагріву теплоносія зовнішньої теплової мережі споживачів теплопостачання, а й на заряд АБ 3. у разі, коли надлишок енергії, що виробляється першої синхронної електричної машиною 1 з приводом від вітродвигуна 2, перевищує потреби споживачів теплової енергії зовнішньої теплової мережі, датчик 14 подає сигнал САУ 12, яка видає керуючий сигнал на відкриття запірно-регулюючого органу 17, і надлишкова теплова енергія акумулюється в тА 11. При короткочасних вітроенергетичних затишшя, коли значення швидкості вітру стає нижче величини початкової швидкості або вище максимального значення швидкості вітру для даної ВУ , і в випадках, коли швидкість вітру знижується нижче деякого значення, в результаті чого перша синхронна електрична машина 1 не забезпечує поточні потреби споживачів електричної і (або) теплової енергії, датчик 13 і (або) датчик 14 подають відповідні сигнали САУ 12, яка видає керуючі сигнали відповідно на відключення автоматичного вимикача 22 і на відкриття запірно-регулюючого органу 17, внаслідок чого дефіцит електричної енергії покривається за рахунок розряду АБ 3, а дефіцит теплової енергії - за рахунок теплоти, запасеної під час роботи в тА 11.

Режим функціонування N 2. У випадках тривалих вітроенергетичних затишшя або недостатньої вітрової активності САУ 12 подає керуючий сигнал на запуск ДВС 5. Після виходу ДВС 5 на номінальну потужність друга синхронна електрична машина 4 починає виробляти електричну енергію, САУ 12 подає керуючий сигнал на включення автоматичного вимикача 18 і відключення автоматичних вимикачів 20, 21 і електроенергія надходить на шини споживачів. При цьому в теплообмінниках-утилізаторах 6, 7, 8, 9 за рахунок утилизируемой отбросной теплоти ДВС 5 виробляється теплова енергія для споживачів зовнішньої теплової мережі. Під час пуску і виходу на номінальну потужність ДВС 5 харчування споживачів електроенергії здійснюється від АБ 3, а теплопостачання споживачів теплової енергії за рахунок запасеної в ТА 11, при цьому відповідно автоматичний вимикач 22 відключений, автоматичні вимикачі 21, 23 включені, а запірно-регулюючий орган 17 відкритий. У разі, коли друга синхронна електрична машина 4 з приводом від ДВС 5 виробляє електроенергію в кількості, більшій, ніж поточна потреба споживачів, і для того, щоб не знижувати навантаження на ДВС 5, тому що, по-перше, за умовами експлуатації небажана робота ДВС на пайових навантаженнях, а й часті перемикання навантажень; по-друге, зниження навантаження на ДВС призведе до зниження відповідних температур наддувочного повітря, мастильними масла, охолоджувальної рідини і відпрацьованих газів останнього, що призведе до дефіциту вироблюваної теплової енергії; по-третє, при роботі ДВС на пайових навантаженнях погіршується повнота згоряння палива і відбувається більш інтенсивне забруднення поверхонь теплообмінників-утилізаторів, що істотно знижує їх ефективність, а й збільшується токсичність відпрацьованих газів, САУ 12, отримавши сигнал від датчика 13, подає сигнали на включення автоматичних вимикачів 19, 22, 23 і відкриття запірно-регулюючого органу 17, і надлишок електроенергії надходить через випрямляч 15 на заряд АБ 3 і в ЕК 10 для нагріву теплоносія в зовнішній теплової мережі та акумулювання надлишкової теплової енергії в тА 11.

При посиленні вітру і закінчення заряду АБ установка переходить в режим функціонування N 1.

Таким чином, пропонована ВЕУ за рахунок наступних змін конструкції: по-перше, додаткового приєднання через автоматичний вимикач електричного котла, водяний контур якого підключений через запірно-регулюючих органів до теплового акумулятора і теплової мережі споживачів теплоти; по-друге, підключення до теплової мережі теплообмінників-утилізаторів отбросной теплоти наддувочного повітря, мастильними масла, охолоджувальної рідини і відпрацьованих газів ДВС, колінчастий вал якого з'єднаний з другої синхронної електричної машиною; по-третє, введення до складу ВЕУ САУ з датчиками теплової та електричних навантажень, забезпечує підвищення ефективності шляхом додаткової вироблення і акумулювання теплової енергії в електричному котлі за рахунок надлишкової енергії вітру і утилізації отбросной теплоти ДВС, перерозподілу виробленої енергії між споживачами теплової та електричної енергії в відповідно до графіків їх навантажень, а й усунення перерв в електропостачанні споживачів при відсутності вітру з одночасним поліпшенням енергетичних характеристик на сталих і перехідних режимах функціонування і може бути використана для гарантованого електроживлення споживачів, що не допускають розриву синусоїди напруги живлення, і теплопостачання споживачів.

Вищевикладене дозволяє зробити висновок про відповідність винаходу критерію "промислова придатність".

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Авторське свідоцтво СРСР N 1813918 від 07.05.93., БІ N 17.

2. Патент РФ N 2139444 від 10.10.99., БІ N 28.

3. Дьомін І. С. Використання вітроенергетичних установок для енергопостачання децентралізованих споживачів у важкодоступних районах Півночі. / Інститут економіки житлово-комунального господарства ім. І.Д. Памфілова - Серія теплопостачання і електропостачання, М.- 1990 року, с. 55-57.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Вітроенергетична установка для спільного вироблення електричної і теплової енергії, яка містить інвертор, випрямляч, акумуляторну батарею, а й синхронну електричну машину з приводом від вітродвигуна і синхронну електричну машину з приводом від двигуна внутрішнього згоряння, підключені через автоматичні вимикачі до шин споживачів електричної енергії, причому перша синхронна електрична машина і підключена через автоматичний вимикач і випрямляч до акумуляторної батареї, яка паралельно підключена через автоматичний вимикач і інвертор до шин споживачів електричної енергії, що відрізняється тим, що до шин споживачів електричної енергії додатково через автоматичний вимикач підключений електричний котел, водяний контур якого з'єднаний з зовнішньої теплової мережі споживачів теплової енергії, яка і через запірно-регулюючу арматуру з'єднана з тепловим акумулятором і водяними контурами теплообмінників-утилізаторів отбросной теплоти наддувочного повітря, мастила, охолоджуючої рідини і відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння, причому на шинах споживачів електричної енергії та в тепловій мережі споживачів теплової енергії встановлені відповідно датчики електричної і теплової навантажень, які через виконавчі механізми з'єднані з системою автоматичного управління вітроенергетичної установкою.

Версія для друку
Дата публікації 31.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів