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 RU2231679

Вітроелектростанція З підвищеним ККД

Ім'я винахідника: Бяков Євген Михайлович (RU); Арсентьев Олександр Арсентійович (RU); Бяков Олексій Євгенович (RU); Бяков Андрій Євгенович (RU)
Ім'я патентовласника: Бяков Євген Михайлович (RU); Арсентьев Олександр Арсентійович (RU); Бяков Олексій Євгенович (RU); Бяков Андрій Євгенович (RU)
Адреса для листування: 424000, Республіка Марій Ел, г.Йошкар-Ола, а / я 29, А.А. Арсентьева
Дата початку дії патенту: 2002.04.15

Винахід відноситься до вітроенергетики і являє собою установку для перетворення енергії вітру в електричну енергію.

Технічний результат, що полягає в підвищенні потужності вітроелектростанції, забезпеченні незалежності частоти обертання валу турбіни від зміни швидкості вітрового потоку, забезпеченні самоорієнтації ветроагрегата до вітру, забезпечується за рахунок того, що в вітроелектростанції, що містить енергоагрегат, що має повітряну турбіну, механічно пов'язану з генератором, турбінний конфузор , зовнішню оболонку, дифузор, відповідно до винаходу енергоагрегат забезпечений, принаймні, двома додатковими радіально розташованими конфузора, мають звужуються по ходу повітряного потоку камери його стиснення з утворенням на виході кожної з них кільцевого щілинного ежектора, а по осі енергоагрегату в його затурбінном просторі розташований відбивач ежектірующее потоків, при цьому лопаті турбіни виконані розширюються в бік максимального діаметра турбіни.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до вітроенергетики і являє собою вітроелектростанцію, тобто установку для перетворення енергії вітру в електричну енергію.

Відомі вітроенергетичні установки, що перетворюють кінетичну енергію повітряних потоків шляхом безпосереднього впливу вітру на лопаті вітроколеса або турбіни [1]. Однак вони недостатньо ефективні.

Для підвищення ефективності вітроенергетичних установок в ряді їх конструкцій був застосований принцип подвійного впливу на турбіну прискореного потоку на вході і розрідження з боку вихідного каналу [2, 3, 4].

Описаний в [2] вітроагрегат містить зовнішній та внутрішній конфузор, повідомлену з ними викидних трубу, розміщену співвісно з внутрішнім конфузорів, і встановлену в останньому повітряну турбіну, пов'язану з генератором. Зовнішній конфузор забезпечений внутрішніми спіральними направляючими і розташований коаксіально початкової частини викидної труби, в якій виконані поздовжні вікна, причому напрямні тангенциально примикають до крайок вікон. Повітряний потік, прискорюючись в каналах, утворених спіральними направляючими, створює розрідження в вікнах викидної труби і забезпечує прискорений вихід потоку з затурбінного простору.

Однак така конструкція не забезпечує повне використання кінетичної енергії ежектірующее потоків і створює в викидної трубі лише незначне розрідження.

Описана в [3] станція містить конфузор, турбіну, з'єднаний з нею генератор, розташовані з двох сторін повітрозабірні частини введення зовнішніх повітряних потоків, роздільник потоків, що розподіляє входить повітряний потік по двох каналах - впускного і випускного, камеру стиснення, в якій розташована турбіна, вузол відведення повітряного потоку за турбіною в зону зниженого тиску.

У станції має місце значна втрата внутрішньої енергії потоку як у впускному каналі, з'єднаному з камерою стиску, внаслідок повороту його на 270 °, так і потоку в випускному каналі, що проходить через систему повітропроводів з декількома поворотами в зону зниженого тиску. Це не дозволяє здійснити перетворення енергії повітряних потоків з високим ККД, ефективно використовувати внутрішню енергію потоку і його енергію тиску.

Відома вітроенергетична установка, що містить конфузор, турбіну, зовнішню оболонку, встановлене на осі симетрії установки центральне тіло (всередині якого на одній осі з турбіною розміщений генератор), обтічник [4] - найближчий аналог.

Кільцеві зазори між поверхнями центрального тіла, обтічника і зовнішньої оболонки за рахунок різниці енергій - надходить в конфузор повітряного потоку і розрідження на донному зрізі установки забезпечують зростання швидкості повітряного потоку і в ежектірующее перетинах каналів, створюваних зазначеними поверхнями, дозволяють збільшити кінетичну енергію потоків, тим самим створити розрідження в затурбінном просторі.

Однак досягнення ефективного режиму роботи цієї установки можливо тільки при досить високих швидкостях вітрового потоку. Крім того, в цій установці і мають місце значні втрати внутрішньої енергії основного потоку в каналі "конфузор - турбіна - дифузор" за рахунок побудови звужуються ежектірующее каналів на шляху потоку в преддіффузорном просторі.

До загальних недоліків розглянутих аналогів слід віднести відсутність рішень по підтриманню сталості вихідного параметра - частоти обертання валу повітряної турбіни від зміни вхідного - швидкості вітрового потоку, відсутність самоорієнтації вітроагрегатів до вітру.

Завданням цього винаходу є усунення зазначених недоліків, а саме підвищення потужності вітроелектростанції, забезпечення незалежності частоти обертання валу турбіни від зміни швидкості вітрового потоку, самоорієнтація ветроагрегата до вітру.

Це завдання вирішується тим, що в вітроелектростанції, що містить енергоагрегат, що має повітряну турбіну, механічно пов'язану з генератором, турбінний конфузор, зовнішню оболонку, дифузор, енергоагрегат забезпечений принаймні двома додатковими радіально розташованими конфузора, мають звужуються по ходу повітряного потоку камери його стиснення з освітою на виході кожної з них кільцевого щілинного ежектора, а по осі енергоагрегату в його затурбінном просторі розташований відбивач ежектірующее потоків, при цьому лопаті турбіни виконані розширюються в бік максимального діаметра турбіни. Лопаті турбіни мають можливість автоматичної зміни "кута атаки" до площини повітряного потоку, перпендикулярній осі обертання. Енергоагрегат встановлений на самопозиціонується платформі з можливістю обертання на ковзанках по замкнутому в коло монорельсу. Привід до осі обертання платформи виконаний знизу. Механізм самоорієнтації платформи містить електропривод і два датчика положення, один з яких встановлений на осі обертання покажчика напрямку вітру, а інший - на валу шестерні, кут повороту і напрямок обертання якої відповідають повороту вала обертання платформи. Вітроелектростанція має поворотний штурвал для ручної установки платформи в стартове положення. Тоководов напруги від генератора енергоагрегату виведені через порожнину валу осі обертання платформи.

Фиг.1 представлений енергоагрегат вітроелектростанції	Фиг.2 - самопозиціонується платформа вітроелектростанції
Фіг.3 - аксонометрична проекція вітроелектростанції	Вітроелектростанція містить встановлений на самопозиціонується платформі енергоагрегат, що має повітряну турбіну 1, вал 2 якої механічно пов'язаний з генератором 3, турбінний конфузор 4, радіально з ним розташовані конфузор 5 і 6, які забезпечені звужуються по ходу руху повітряного потоку камерами 7 і 8 стиснення потоку з освітою на виході кожної з них кільцевих щілинних ежекторів 9 і 10. Лопаті турбіни 1 виконані розширюються в бік її максимального діаметра. По осі енергоагрегату в його затурбінном просторі розташований конічний відбивач 11 ежектірующее потоків, який утворює з зовнішньою оболонкою 12 енергоагрегату діффузорний вихідний канал 13. Лопаті турбіни 1 мають можливість зміни "кута атаки" до площини повітряного потоку, перпендикулярній осі обертання турбіни 1, за допомогою електроприводу, який складається з тахогенератора 14, електродвигуна 15, редуктора 16, валу передачі руху 17, що проходить через порожнину валу 2 турбіни 1 до механізму повороту, розташованому в ступиці 18 турбіни 1, обтічника 19. Платформа енергоагрегату містить раму 20, встановлену на ковзанках 21 з можливістю обертання на замкнутому в коло монорейці 22, до якої прикріплений порожній вал 23, обертання до якого передається від електродвигуна 24 через редуктор 25 і шестерний механізм 26. механізм самоорієнтації платформи має і два датчика положення, один з яких 27 встановлений на осі обертання покажчика напрямку вітру (флюгера) 28, а інший 29 - на осі обертання шестерні шестеренчатого механізму 26, кут повороту якої дорівнює куту повороту вала 23 рами 20. Для ручної установки платформи в стартове положення служить поворотний штурвал 30. тоководов напруги від генератора 3 енергоагрегату виведені через порожнину 31 вала 23.

Вітроелектростанція працює наступним чином. Вільний повітряний потік, що рухається уздовж поверхні зовнішньої оболонки 12 енергоагрегату, за рахунок ежекції створює розрідження на донному зрізі 32 дифузора 13. Причому зона ефективного впливу цього потоку, який бере участь у створенні розрідження, становить не менше одного діаметра донного зрізу енергоагрегату, тобто в цьому процесі бере участь кільцевої повітряний потік, найбільший діаметр якого не менше трьох діаметрів донного зрізу. Енергію цього потоку можна визначити за допомогою першого закону термодинаміки або розрахувати за формулою для визначення пружної енергії газу, або іншими відомими способами.

Вступник під вхідний перетин конфузора 6 повітряний потік має певний запас енергії, розраховувати відомими способами.

Під впливом двох потоків енергії з боку вхідного каналу конфузора 6 і з боку донного зрізу 32 повітряний потік, стиснений в камері стиснення 8, в мінімальному перетині - кільцевої щілини кільцевого щілинного ежектора 10 досягає максимальної швидкості, тобто кінетична енергія потоку різко зростає. Відповідно, з ростом швидкості відбувається зниження тиску в цьому перерізі, величину якого позначимо Р ₁ <1. Це тиск буде істотно нижче, ніж тиск Р ₀ у вільному потоці.

За рахунок різкого зростання кінетичної енергії, зниження тиску в ежектірующее повітряному потоці ежектора 10 створюється розрідження в конусі цього потоку, основа якого знаходиться на задній кромці лопатей турбіни 1, а вершина на осьової лінії енергоагрегату на відстані, приблизно рівному діаметру турбіни.

Одночасно під впливом двох потоків енергії з боку вхідного каналу конфузора 5 і з боку розрідженого обсягу конуса розрідження, створюваного ежектором 10, повітряний потік, стиснений в камері стиснення 7, в мінімальному перетині - кільцевої щілини кільцевого щілинного ежектора 9 досягає максимальної швидкості, тобто його кінетична енергія різко зростає, значно перевищуючи кінетичну енергію потоку з кільцевого щілинного ежектора 10. Відповідно, з ростом швидкості в мінімальному перетині ежектора 9 відбувається зниження тиску, величину якого позначимо P _2. При цьому P ₂ <P _.

За рахунок різкого зростання кінетичної енергії, зниження тиску в ежектірующее повітряному потоці ежектора 9 створюється розрідження в конусі цього потоку, основа якого знаходиться на задній кромці лопатей турбіни 1, а вершина на осьової лінії енергоагрегату на відстані, приблизно рівному 3/4 діаметра турбіни 1.

Так, якщо умовно прийняти, що тиск у вихідний частини ежектора 10 складе P ₁ = 0,85 ... 0,9Р _0, то тиск P ₂ в вихідний частини ежектора 9 складе P ₂ = 0,7 ... 0,75Р _0. Мінімальний тиск повітряного потоку в затурбінной частини турбінного конфузора 4 і дорівнюватиме P _2.

Ежектірующее потоки ежекторів 9 і 10 в кільцевої площині контакту з поверхнею відбивача 11 мають певні запаси кінетичної енергії, концентріруемих в площині контакту з відбивачем 11. Ці ежектірующее потоки, відбиваючись в сторону дифузора 13, створюють додаткове розрідження в конусі затурбінного обсягу і в дифузорі 13.

На виході турбінного конфузора 4, в його мінімальному перетині встановлена ​​турбіна 1, і в цьому перерізі (на турбіні) швидкість повітряного потоку, збільшена в 1,2 рази за рахунок геометрії конструкції конфузора від взаємодії енергії, що надходить в конфузор 4 (на турбіну) повітряного потоку і розрідження, досягає максимальної величини. Кінетична енергія на турбіні 1 являє собою располагаемую роботу, яка буде перетворена в обертання турбіни 1 і пов'язаного з нею генератора 3 електричного струму.

Розрідження в зоні затурбінного простору зменшує тиск повітряного потоку на задні поверхні лопатей турбіни 1 при її обертанні. Це дозволяє використовувати в даному винаході замість традиційної "перообразной" форми робочих поверхонь лопатей (загостреною в сторону максимального діаметра турбіни 1) лопаті типу "зворотний парус", тобто з розширюється робочою поверхнею в сторону максимального діаметра турбіни 1.

Кінетична енергія повітряного потоку в конфузорі 4, що впливає на велику робочу поверхню лопаті, при цьому виробляє велику роботу, що забезпечує значне збільшення крутного моменту на валу турбіни 1, а отже, збільшення потужності вітроелектростанції.

Автоматичний поворот лопатей турбіни 1 зі зміною "кута атаки" лопатей в межах 15 ... 90 градусів до площини вхідного повітряного потоку дозволяє стабілізувати частоту обертання валу 2 турбіни 1, однозначно залежить від швидкості повітряного потоку в турбінному конфузорі 4, навантаження на валу генератора 3 , і тим самим підтримувати на рівні необхідних параметрів частоту напруги змінного струму, що виробляється генератором 3. Механізм повороту лопатей турбіни 1 працює наступним чином: сигнал з тахогенератора 14 у вигляді напруги постійного струму, пропорційного частоті обертання, визначає задану частоту обертання валу 2 турбіни 1. при підвищенні швидкості повітряного потоку, а отже, і частоти обертання валу 2 турбіни 1, вище встановленої напруга тахогенератора 14 зростає, видаючи сигнал, що включає електродвигун 15 на збільшення "кута атаки" лопатей з напрямком обертання, переданим через редуктор 16, вал передачі руху 17 на механізм повороту лопатей, розташований в маточині 18 турбіни 1, і, таким чином, частота обертання валу 2 турбіни 1 при сталості моменту навантаження на валу генератора 3 залишається рівною встановленої. При зменшенні швидкості повітряного потоку, а отже, і частоти обертання валу 2 турбіни 1, нижче встановленої, напруга тахогенератора 14 зменшується, видаючи сигнал, що включає електродвигун 15 на зменшення "кута атаки" лопатей з напрямком обертання, переданим через редуктор 16, вал передачі руху 17 на механізм повороту лопатей, розташований в маточині 18 турбіни 1, і, таким чином, частота обертання валу 2 турбіни 1 при сталості моменту навантаження на валу генератора 3 і залишається рівною встановленої.

Система автоматичного регулювання частоти обертання валу 2 турбіни 1 може бути побудована виходячи з відомих схем і принципів теорії та практики побудови систем автоматичного управління електроприводами, замкнутих з контролю одного або декількох параметрів.

Встановлений на самопозиціонується платформі енергоагрегат вітроелектростанції наводиться в стартове положення (напрямком до вітру) за допомогою передавального зусилля повороту ручного штурвала 30, через шестерний механізм 26, порожнистий вал обертання 23, раму 20 на катки 21. Після перекладу вітроелектростанції в стартове положення і запуску генератор 3 виробляє електричний струм напругою 380 вольт, і вітроелектростанція переходить в режим автоматичної орієнтації до вітру.

Автоматична орієнтація вітроелектростанції до вітру здійснюється за сигналом неузгодженості датчиків положення 27 і 29, наприклад датчиків опору (змінних резисторів), встановлених на осях обертання покажчика напрямку вітру 28 і шестерні шестеренчатого механізму 26 у напрямку і частоті обертання, відповідним валу обертання 23, що включає електродвигун 24 , передає напрямок обертання через редуктор 25, шестерний механізм 26, вал обертання 23, раму 20 на катки 21. При зменшенні сигналу неузгодженості до "нуля" в зв'язку з доворотом платформи електродвигун 24 відключається, доворот припиняється, вітроелектростанція стає зорієнтованою до вітру. При зміні напрямку вітру в ту чи іншу сторону механізм довороту вітроелектростанції працює аналогічно.

Система автоматичної самоорієнтації і може бути побудована виходячи з відомих схем і принципів теорії та практики побудови систем автоматичного керування електроприводами.

Повітряна турбіна енергоагрегату вітроелектростанції працездатна навіть при незначних перепадах тиску. Вітроелектростанція здатна ефективно працювати при швидкостях вільного повітряного потоку V ₀ = 3 ... 7 м / с.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Вітроенергетика. Під редакцією Д. де Рензо. М .: Енергоіздат, 1982, с.81-86.

2. Авторське свідоцтво СРСР №1666801, МПК F 03 D 1/04, 1989.

3. Патент Японії 62-11190, МПК F 03 D 1/00, 1987.

4. Заявка PCT / WO 97/41351 (найближчий аналог).

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Вітроелектростанція, що містить енергоагрегат, що має повітряну турбіну, механічно пов'язану з генератором, турбінний конфузор, зовнішню оболонку, дифузор, що відрізняється тим, що енергоагрегат забезпечений принаймні двома додатковими радіально розташованими конфузора, мають звужуються по ходу повітряного потоку камери його стиснення з утворенням на виході кожної з них кільцевого щілинного ежектора, а по осі енергоагрегату в його затурбінном просторі розташований відбивач ежектірующее потоків, при цьому лопаті турбіни виконані розширюються в бік максимального діаметра турбіни.

2. Вітроелектростанція по п.1, що відрізняється тим, що лопаті турбіни мають можливість автоматичної зміни "кута атаки" до площини повітряного потоку, перпендикулярній осі обертання.

3. Вітроелектростанція за допомогою одного з п.1 або 2, яка відрізняється тим, що енергоагрегат встановлений на самопозиціонується платформі з можливістю обертання на ковзанках по замкнутому в коло монорельсу.

4. Вітроелектростанція за допомогою одного з пп.1-3, яка відрізняється тим, що привід до осі обертання платформи виконаний знизу.

5. Вітроелектростанція за допомогою одного з пп.1-4, яка відрізняється тим, що механізм самоорієнтації платформи містить електропривод і два датчика положення, один з яких встановлений на осі обертання покажчика напрямку вітру, а інший - на валу шестерні, кут повороту і напрямок обертання якої відповідають повороту вала обертання платформи.

6. Вітроелектростанція за допомогою одного з пп.1-5, яка відрізняється тим, що містить поворотний штурвал для ручної установки платформи в стартове положення.

7. Вітроелектростанція за допомогою одного з пп.1-6, яка відрізняється тим, що тоководов від генератора енергоагрегату виведені через порожнину валу осі обертання платформи.

Версія для друку
Дата публікації 28.11.2006гг

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