Вітроенергоагрегат

Винахід відноситься до вітроенергетики та може бути використаний для одержання електричної енергії від енергії вітру. Відомі вітроенергоагрегати, що містять вежу, встановлений на ній вітродвигун у вигляді вітроколеса, кінематичне зв'язаний з генератором та датчиком швидкості вітроколеса (Див. А.С.СССР №1371628 і №1521400, МКВА01С25/16, БВ№5, 1988р.та БВ№42, 1989р.). Недоліком відомих те хнічних рішень є їх низька надійність і безпека роботи та можливість виходу з ладу, відриву лопатей при сильних та ураганних вітрах. Відомий вітроенергоагрегат, що містить вежу, встановлений на ній вітродвигун, кінематично зв'язаний з насосом, що через гідромотор живить автоматизовану систему а також механізм повороту лопатей вітроколеса з приводом від кінематично зв'язаного з ним підпружиненого гідроциліндра односторонньої дії, підключеного до насоса, де частота обертання вітроколеса регулюється встановленим у нагнітальну гідролінію насоса регульованим дроселем (Див. А.С. СССР №1178933, МКВF03D09/00, Б.В. №34, 1985p.). Недоліком відомого технічного рішення є недостатня надійність і безпека роботи, особливо при сильних та ураганних вітра х, а також нестабільність частоти обертання вала гідромотора. Найбільш близьким технічним рішенням (прототипом) є вітроенергоагрегат, що має вітродвигун, кінематично зв'язаний через вал і редуктор з першим насосом, який гідравлічно з'єднаний паралельно через перший двопозиційний гідророзподільник з першим гідродвигуном і клапаном тиску, зв'язаний з гідробаком, при цьому перший гідродвигун кінематично зв'язано з генератором регулюємої потужності і датчиком швидкості, зв'язаним функціонально через релейний елемент з блоком керування і з органом керування додаткового гідророзподільника, паралельно якому в зливній лінії першого гідродвигуна встановлено регулятор витрат, др угий двопозиційний гідророзподільник і третій двопозиційний гідророзподільник, гідравлічно зв'язані через, відповідно, другий і третій гідродвигуни, відповідно, з другим і третім клапанами тиску, при цьому другий і третій гідродвигуни кінематично зв'язані, відповідно, з першим і другим генераторами постійної потужності, є другий і третій насоси, які гідравлічно зв'язані, відповідно, з другим і третім двопозиційними гідророзподільниками, при цьому перший, другий і третій насоси гідравлічно зв'язані через, відповідно, перший, другий і третій зворотні клапани з пневмогідравлічним акумулятором і двопозиційним гідророзподільником, який функціонально зв'язаний з першим і другим реле тиску, а блок зрівняння тисків зв'язано гідравлічно з входом і виходом першого гідродвигуна, а функціонально через цифровий перетворювач з блоком керування, а вихід генератора регулюємої потужності електричне з'єднано з першим і другим датчики потужності і першим перемикачем, а другий і третій генератор функціонально зв'язані, відповідно, з другим і третім перемикачем, а в зливних лініях другого і третього гідромоторів встановлено регулятори витрат. (Див. Патент на винахід України №37062 А, опубл. в Б. №3 від 16.04.2001). Недоліком цього технічного рішення є те, що при зміні швидкості вітру регулює мий генератор може працювати на потужності менш ніж 40% від свого номіналу, що значно знижує коефіцієнт корисної дії генератора і установки в цілому. До недоліків можна віднести те що систему важко зупинити при ураганному вітрі а також для профілактичних цілей. Всі ці недоліки зменшують коефіцієнт корисної дії вітроенергоагрегату. В основу цього винаходу поставлена задачу удосконалити вітроенергоагрегат шляхом заміни регулюючих пристроїв в схемі управління, заміни нерегулюючих генераторів на регулюючі і зміни циклу спрацювання апаратури, що забезпечить підвищення ефективності, надійності та безпеки роботи та збільшення коефіцієнта корисної дії вітроагрегата. Новим є те, що вітроенергоагрегат має вітродвигун, кінематично зв'язані через вал, з датчиком швидкості, і редуктор з насосами, які гідравлічно з'єднаний з трипозиційними гідророзподільниками, далі паралельно з редукційними клапанами, та зворотними клапанами, через цапфу, далі через двопозиційні розподільники, фільтри, через гідропідсилювачі, насоси з'єднані з гідродвигунами з датчиками тиску. Гідродвигуни кінематично з'єднані з генераторами і датчиками швидкості, зв'язаними функціонально з блоком керування ЕОМ, і гідравлічно через двопозиційний гідророзподільник, паралельно зворотному клапану з гідробаком. Блок з пневмогідроакумулятора, датчиків тиску, блоком керування і двопозиційним розподільником потрібні для зрізу пиків тисків. Для контролю тиску використовуємо манометри з золотниками включення. Порівняння даного технічного рішення з іншими технічними рішеннями говорить про те, що вітроенергоагрегати самі по собі відомі, але заміна керуючих елементів на гідропідсилювачі для першого, другого та третього насосів які, гідравлічно зв'язані, відповідно, з першим, другим і третім двопозиційними гідророзподільниками і першим, другим і третім гідродвигунами, при цьому перший, другий і третій насоси гідравлічно зв'язані через, відповідно, перший, другий і третій зворотні клапани з пневмогідравлічним акумулятором, і двопозиційним гідророзподільником, який функціонально зв'язаний з першим і другим реле тиску, а датчики тиску зв'язані гідравлічно з входом гідродвигунів, а функціонально ЕОМ, а на вході генераторів розташовані датчики потужності. Зміні способу керування дозволяють зробити висновок про те що дане технічне рішення може бути використане у господарстві з достатнім ефектом, що полягає у підвищенні ефективності, надійності та безпеки роботи вітроенергоагрегата з збільшенням коефіцієнту корисної дії. На кресленні показана принципова гідросхема вітроенергоагрегату. Вітроенергоагрегат має вітродвигун 1, кінематично зв'язаний через вал 2, з датчиком швидкості 3, і редуктор 4 з насосами 5, 6 і 7, які гідравлічно з'єднані з трипозиційними гідророзподільниками 8, 9, 10, далі паралельно з редукційними клапанами 11, 12 та 13, та зворотними клапанами 14, 15, 16, через цапфу 21, далі через двопозиційні розподільники 22, 31, 40, фільтри 23, 32, 41, через гідропідсилювачі 26, 35, 44, насоси з'єднані з гідродвигунами 27, 36 та 45, з датчиками тиску 30, 39, 48. Гідродвигуни кінематично з'єднані з генераторами 28, 37, 46 і датчиками швидкості 29, 38, 47, зв'язаними функціонально з блоком керування ЕОМ, і гідравлічно через двопозиційний гідророзподільник 50, паралельно зворотному клапану 51 з гідробаком 52. Блок з пневмогідроакумулятора 17, датчиків тиску 18 та 19, блоком керування 49 і двопозиційний розподільник 20 потрібні для зрізу пиків тисків. Для контролю тиску використовуємо манометри 25, 34 та 43 з золотниками включення 24, 33 та 42. Вітроенергоагрегат працює в такій послідовності. Вся схема складається з трьох однакових гілок, регулювання відбувається по всім трьом гілкам в залежності від швидкості вітр у. При слабкому вітрі обертається колесо вітроустановки (ВК) з частотою 40об/хв, приводячи в дію вал 2, який з'єднаний з редуктором 4 (дільником потоку), з передатним відношенням ,на виході отримуємо частоту обертання 1690об/хв. Ви хідні вали редуктора 4, в даній схемі їх три, зв'язані з насосами 5, 6 і 7. При цьому насоси 6 і 7 працюють на холостому ходу, розподільники 9 і 10 знаходяться в положенні, коли рідина поступає зворотно в бак 52. З насоса 5 рідина через трипозиційний розподільник 8, через цапфу 21 далі через двопозиційний розподільник 22, фільтр 23 і далі через гідропідсилювач 26 поступає на гідродвигун 27, приводячи в дію вал генератора 28. Вал гідродвигуна 27 з'єднаний з валом генератора 28, тобто при зміні швидкості вітру чи навантаження на валу генератора 28 ЕОМ видає сигнал на гідропідсилювач 26 який регулює частоту обертання і крутний момент на валу гідродвигуна 27. При зміні швидкості вітру, в бік зростання, збільшується витрата на насосі 5, ЕОМ починає обробляти значення зміни величин з датчиків швидкості вітру 3 і датчика крутного моменту на валу генератора 29. Після обробки цих значень ЕОМ подає сигнал на гідропідсилювач 26 тим самим збільшуючи пропускну здатність 26 і збільшуючи витрату на гідродвигун 27. При збільшені витрати на гідродвигуні підвищується крутний момент на валу і збільшуємо ви хідну потужність генератора 28. При подальшому збільшені швидкості вітру, перша гілка виходить на максимум своєї потужності, при цьому гідропідсилювач 26 працює на максимальну пропускну здатність, генератор 28 вийшов на максимальну потужність і з ЕОМ подається сигнал на розподільник 9, таким чином починає працювати друга гілка і другий генератор 37. Регулювання відбувається по другій гільці. Як відомо, для того щоб установка працювала раціонально, генератор 37 повинен працювати мінімально на 40% своєї потужності, але при невеликій зміні швидкості вітру другий генератор 37 буде працювати менш ніж 40% своєї потужності, для того щоб цього не відбувалося ЕОМ, починає плавно зменшувати потужність генератора 28 і підвищува ти потужність на генераторі 37 до тих пір доки генератор 37 не вийде на 40% своєї потужності. Далі регулювання відбувається по першій гілці доти доки генератор 28 знов не вийде на максимум своєї потужності, після цього регулювання буде проводитись по другій гільці. При подальшому підвищені швидкості вітру і коли друга гілка вийде на максимальний режим, ЕОМ подається сигнал на розподільник 10 і починає працювати третя гілка. В цьому режимі також проводиться баланс потужностей між другою і третьою гілками. Далі регулювання проходить по тій самій схемі, як для першій і другій гілки. При зменшені швидкості вітру процедура зменшення вихідної потужності проводиться в зворотному порядку, тобто зменшуємо потужність на третій гілці до 40% потім зменшуємо по другій гілці до 60% потім відключаємо третю гілку, потім коли досягнемо 40% потужності на другій гілці зменшуємо потужність на 40% на першій гілці і вимикаємо другу. Для підтримання постійного тиску в системі, передбачено для кожної гілки, запобіжна регулююча система, яка включає переливні клапани 11, 12 і 13 і система зворотних клапани 14, 15 і 16 і акумулятора 17. Переливні клапани настроюють систему на потрібний тиск і в випадку сплеску тиску (невеликі пориви вітру), надлишок рідини поступає в бак 52, але відомо що переливні клапани мають певний час спрацювання, на цей випадок передбачені система зворотних клапанів і акумулятор. З одного боку зворотний клапан має підпор від гідроакумулятора а з іншого боку підводиться тиск гідролінії. При підвищенні тиску в магістраль клапан відчиняється і до спрацювання переливних клапанів надлишок рідини поступає в акумулятор 17. Коли акумулятор 17 заповниться, то підвищиться тиск на вході в акумулятор і спрацює клапан тиску (вер хньої межі) 18 і подасть сигнал на блок керування 49, а блок керування подасть сигнал на розподільник 20 і рідина поступить в бак 52. Коли тиск впаде, то спрацює регулятор тиску 19 (нижня межа) і подасть сигнал на блок керування 49, а він в свою чергу на розподільник 20 і золотник відітне акумулятор 18 від зливної магістралі. Двопозиційні розподільники 22, 31, 40 і 50 передбачені для випадку ремонту гідросистеми, вони перекривають подачу рідини на апаратуру і дають можливість провести демонтаж, заміну чи плановий ремонт гідроапаратури. При великих поривах вітру розподільники 8, 9 і 10 переключаються в нейтральне положення зупиняючи насоси 5, 6 і 7 які в свою чергу пригальмовують вітроколесо 1, захищаючи систему від перевантаження. Через зворотний клапан 51 відбувається заповнення бака рідиною (ручним насосом чи насосною установкою), при цьому розподільник 50 зачинений. Таким чином, запропоноване технічне рішення дозволяє отримати від вітродвигуна електроенергію з заданими електричними параметрами без встановлення в електромережу після генераторів складних електричних перетворювачів (перетворювачів частоти). Тут забезпечується збільшення отриманої від установки потужності при збільшенні сили вітру за рахунок ступінчатого автоматичного підключення генераторів, стабільний режим яких забезпечується гідроприводом, а автоматизація переключення - контролером.