Курсовая работа: Проектирование и изготовление ветродвигателя

С целью предупреждения поломок ветроколеса 8 при высоких скоростях наружного ветра и для возможности регулирования величины подаваемого потока воздуха к ветроколесам (поддержание заданной мощности установки) на верхней части перегородок 5 установлены вертикально на шарнирах заслонки 12, управляемые (изменением угла наклона) с помощью тросов 13. Это управление может быть как ручным (лебедками), так и автоматическим (с помощью датчиков от скорости ветра в трубе 1 или частоты вращения ветроколеса 8).

В каналах 6 установлены устройства 14 для сжигания утилизированного газа. Устройства расположены на кольцевой трубе 15, к которой газ подводится по газоводу 16. Через указанные газоводы и устройства может в каналы 6 подаваться и поток горячего воздуха от печей сжигания биологических отходов.

Ветроэлектростанция работает следующим образом. Поток ветра любого направления, встречая на своем пути открытый со всех сторон шатер 2, входит через окна в каналы 6 и, сужаясь между вертикальными перегородками 5, внутренней поверхностью шатра 2 и вогнутой поверхностью конуса 4, устремляется к центру и снизу вверх в полость вертикальной вытяжной трубы 1. При сужении потока воздуха скорость его движения возрастает в несколько раз. Величина ускорения зависит от величины соотношения фронтальной площади задуваемого общего потока воздуха в шатер 2 и площади внутреннего сечения вертикальной вытяжной трубы 1. Необходимо учитывать потери скорости потока от трения частиц воздуха между собой, трения их о стенки каналов (от качества их поверхностей), о выступы. Затем ускоренный поток воздуха попадает на лопасти нижнего ветроколеса 8, вращает его, создавая крутящий момент на валу 7 (на наружной его части), который кинематически связан с валом генератора 9.

Ротор генератора получает вращение и начинает вырабатывать электроток для потребителя. Далее, поток воздуха, отдав часть энергии нижнему ветроколесу устремляется к лопастям верхнего ветроколеса 8. Угол разворота плоскостей лопастей верхнего и нижнего ветроколес регулируется в зависимости от скорости потока воздуха и наиболее оптимального режима работы. Крутящий момент от верхнего ветроколеса передается на вал 7 (на внутреннюю его независимо вращающуюся часть) и от него на вал инерционного аккумулятора 10. Но внутренний вал 7 имеет возможность переключаться на другой генератор или другой какой-либо механизм.

Для повышения эффективности работы ветра (особенно в регионах с низкой среднегодовой его скоростью) и для повышения степени регулирования и стабильности работы ветроагрегатов в каналы 6 шатра 2 в устройства 14 по газоводу 16 и трубе 15 подается утилизированный газ, например от факелов нефтепромыслов или нефтеперерабатывающих заводов, который сгорая в потоках воздуха нагревает его, улучшает конвекцию и тягу в вытяжной трубе 1, а также создает лучшие условия для регулирования и поддержания стабильности работы ветроагрегатов. Если отсутствует факельный газ, но вблизи от ветроэлектростанции имеются отходы биомасс (городские свалки, отходы лесозаготовок, отходы ферм и т.п.), то можно, сжигая эти отходы в печах, подавать в каналы 6 через газоводы 16 и устройства 14 горячий воздух. В случае возникновения больших скоростей наружного ветра и образования в вертикальной вытяжной трубе 1 сверхдопустимых ураганных скоростей в потоке, то с целью предохранения от поломок ветроколес и других элементов, путем натяжения тросов 13, наклоняют заслонки 12 и часть потока отсекается, завихряется, что снижает его скорость. Заслонки 12 могут практически полностью перекрыть доступ ветра к ветроколесам (на период, например профилактического осмотра состояния ветроколес).

Внутреннее помещение конуса 4 может быть весьма значительным (например при строительстве ветроэлектростанций мощностью в 5-6 тысяч киловатт) и может быть использовано не только для размещения генераторов и приборов управления станцией, но и какого-либо технологического оборудования для производства той или иной продукции (при обеспечении звуком и теплоизоляции) и может быть выполнено в два и три этажа.

Таким образом предлагаемая конструкция ветроэлектростанции позволяет освободиться от строительства мощных и тяжеловесных башенных опор для установки ветроколес больших диаметров (60-80 и более метров), применения специальных и дорогостоящих материалов и технологий изготовления ветроколес и гондол для генераторов, что требует больших финансовых затрат. Позволяет иметь возможность регулировать режимы работы ветроагрегатов, их устойчивость в режиме работы при широких диапазонах скоростей наружного ветра, позволяет эксплуатировать их при низких (недоступных для существующих ветроагрегатов) скоростях ветра, и главное применение предлагаемой ветроэлектростанции при значительно меньшем (в 4-5 раз) диаметре ветроколеса позволит получить относительно большую мощность на ветроагрегате.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Ветроэлектростанция, содержащая концентратор потока воздуха, выполненный в виде приподнятого над землей шатра, ветроколесо с вертикальным валом, генератор электротока и инерционный аккумулятор, отличающаяся тем, что на горловине шатра концентратора размещена вертикальная вытяжная труба, в полости которой установлены одно или несколько ветроколес на вертикальных валах, кинематически связанных с валом генератора электротока и инерционным аккумулятором, а внутри шатра расположен конус с вогнутой поверхностью, причем внутренняя поверхность шатра и наружная поверхность конуса соединены между собой вертикальными перегородками, образующими сужающиеся воздушные каналы, направленные от периферии шатра к центру и снизу вверх к вертикальной вытяжной трубе и лопастям ветроколес, при этом на верхней части перегородок установлены шарнирно заслонки, регулирующие величину движущегося к ветроколесам потока воздуха.

2. Ветроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что в воздушных каналах концентратора размещены устройства для сжигания газа или подачи потоков горячего воздуха.

Приложение 5

КОМБИНИРОВАННАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Имя изобретателя: Улановский Я.Б. (RU); Лавров В.С. (RU); Габченко В.Ф. (RU); Селезнев И.С. (RU); Санков В.О. (RU)

Имя патентообладателя: ООО "СТРОЙИНЖИНИРИНГ СМ" (RU)

Адрес для переписки: 141980, Московская обл., г.Дубна, ул. Тверская, 9, кв.637, В.С. Лаврову

Дата начала действия патента: 2003.06.26

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно, к установкам, вырабатывающим электроэнергию для получения горячей воды с целью ее промышленного использования.

Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия (КПД) за счет утилизации выхлопных (горячих) газов двигателей и тепла рассеяния, а также в расширении областей промышленного использования установки. Комбинированная ветроэнергетическая установка, содержащая энерговоспроизводящий блок в виде лопастного ветродвигателя, связанного с ним нагнетателя воздушного потока и энергообеспечивающий и трансформирующий блок в виде воздушной турбины и подключенного к ней генератора, состыкованного с газотурбинным двигателем, согласно изобретению, снабжена блоком утилизации тепла и технологическим блоком, например, опреснения морской воды и очистки ее, выполненным в виде термодистиллятора и обратно-осмотического устройства, соединенных с блоком утилизации тепла, лопасти ветродвигателя выполнены расчлененными на секции с возможностью поворота их относительно друг друга и с возможностью поворота относительно их продольной оси, энерговоспроизводящий и трансформирующий блок выполнен с дополнительным, автономным двигателем внутреннего сгорания и соединенным с ним электрогенератором, который связан с генератором газотурбинного двигателя в единый энергоблок, при этом в системе управления имеется устройство, которое совместно с ЭВМ обеспечивает получение электрических параметров, аналогичных электросетевым, причем энерговоспроизводящий блок выполнен с устройством деления воздушного потока, связанного гибкой пневмотрассой с нагнетателем воздушного потока, причем нагнетатель выполнен программируемым, например, пневматическим и многоступенчатым, ступень низкого давления которого соединена с воздушной турбиной и с каждым элементом технологического блока, а ступень высокого давления - с устройством испарения воды термодистиллятора и обратно-осмотическим устройством, которые соединены с блоком утилизации тепла, при этом точка подключения пневмотрассы и электропитания выполнена единой, к которой подключены торсионные валы, связанные с лопастным двигателем и турбиной.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области использования энергии ветра в целях выработки электроэнергии, а также горячей и экологически чистой воды для использования в практических целях.

Известна ветроэнергетическая установка с тепловым двигателем, снабженная компрессором наддува, воздушной турбиной и компрессором, соединенным с ветродвигателем (см. патент Р.Ф. №2112153, 6 F 03 D 9/00, 9/02, 1995 г.).

Недостатками известного технического решения являются:

низкий КПД теплового двигателя;

сложность использования установки с электросетью из-за зависимости скорости вращения генератора от скорости ветра;

сложность и малая эффективность установки.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ветроэнергетическая установка с тепловым двигателем (Полезная модель №15759, 7 F 03 D 09/00, 2000 г.), установка содержит ветродвигатель, теплодвигатель, подсоединенные к электрогенератору, дополнительно содержит регуляторы оборотов в интервале допустимых значений, к недостаткам данного технического решения следует отнести:

конструктивную сложность агрегата;

низкий КПД газовой турбины из-за значительной величины теплового выброса после сжигания топлива, а также низкую экономичность;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12