Вітроенергоагрегат

1. Вітроенергоагрегат, що містить вітроколесо, яке кінематично через редуктор з'єднано з першим насосом, що гідравлічно з'єднано з першим гідродвигуном, який кінематично з'єднано з першим генератором, а також датчики швидкості вітроколеса та першого генератора, перший слідкувальний гідророзподільник, з'єднаний з першим гідродвигуном та гідробаком, а також блок керування, який відрізняється тим, що він містить перший регульований дросель з пропорційним керуванням, перший кроковий двигун та датчик швидкості вітру, перший насос через перший дросель з пропорційним керуванням з'єднаний з гідробаком, датчики швидкості вітродвигуна, першого генератора та вітру з'єднані з блоком керування, який з'єднаний з першим дроселем, перший слідкува U 2 35532 1 3 35532 що гідравлічно з’єднаний з першим гідродвигуном, який кінематично з’єднаний з першим генератором, а також датчики швидкості вітроколеса та першого генератора, перший слідкувальний гідророзподільник, з’єднаний з першим гідродвигуном та гідробаком, а також блок керування. [Див. Деклараційний патент на винахід України №48545А, опубл. Бюл. №8 від 15.08.2002p.]. Недоліком відомого технічного рішення є те, що при підключенні генератора навантаження на вітродвигун і насос різко зростає, а це призведе до зменшення частоти обертання генератора і його вихідних параметрів, і потужність на валу вітродвигуна при змінах швидкості вітру не буде відповідати потужності генератора. Крім того, неможливо забезпечити роботу вітроенергоагрегату зі стабільними вихідними параметрами, якщо потужність вітрового потоку, що діє на вітродвигун, менше потужності генератора. Всі ці недоліки зменшують коефіцієнт корисної дії вітроенергоагрегату. В основу корисної моделі покладено задачу удосконалити вітродвигун шля хом введення додаткових пристроїв в схему керування вітроенергоагрегату, що забезпечить підвищення ефективності, надійності та безпеки роботи та збільшення коефіцієнта корисної дії вітроенергоагрегата. Поставлена задача виконується тим, що в ві троенергоагрегаті, що має вітроколесо, яке кінематично через редуктор зв’язано з першим насосом, що гідравлічно з’єднаний з першим гідродвигуном, який кінематично з’єднаний з першим генератором, а також датчики швидкості вітроколеса та першого генератора, перший слідкувальний гідророзподільник, з’єднаний з першим гідродвигуном та гідробаком, а також блок керування, згідно корисної моделі, він має перший регульований дросель з пропорційним керуванням, перший кроковий двигун та датчик швидкості вітру, перший насос через перший дросель з пропорційним керуванням з’єднаний зі гідробаком, датчики швидкості вітродвигуна, першого генератора та вітру з’єднані з блоком керування, який з’єднаний з першим дроселем, перший слідкувальний гідророзподільник виконаний двохлінійним поворотного типу, встановлений між першим гідродвигуном та гідробаком, кінематично з’єднаний з першим двигуном, а через перший кроковий двигун функціонально з’єднаний з блоком гідрокерування, який з’єднаний з споживачем енергії генератора. Він також має другий та третій регульовані дроселі з пропорційним керуванням, другий та третій шагові двигуни, муфти з гідравлічним керуванням та гідророзподільники, вітроколесо через редуктор та другу і третю муфти з’єднаний з другим і третім насосами, які гідравлічно з’єднані відповідно з другим та третім гідромоторами, а через другий та третій дроселі з пропорційним керуванням - зі гідробаком, другий та третій гідромотор кінематично зв’язані відповідно з другим та третім генераторами, другий та третій датчики швидкості яких зв’язані з блоком керування, що функціонально з’єднаний з другим та третім дроселями, а через другий та третій шагові двигуни, а також другий та третій слідкуючі гідророзподільники - з другим та третім гідромоторами, при цьому муфти виконані з гідравлічним керуванням, 4 через гідравлічні розподільники з’єднані з першим насосом та гідробаком, а їх органи керування функціонально зв’язані з блоком керування. На Фіг. 1 зображено вітроенергоагрегат, що розглядається, на Фіг. 2 вітроенергоагрегат з двома додатковими гідросистемами. Вітроенергоагрегат (Фіг. 1) має вітроколесо 1, вал 2 якого кінематично через редуктор 3 з’єднаний з насосом 4. Насос гідравлічно з’єднаний з гідродвигуном 5, який кінематично з’єднаний з генератором 6. Вітроенегроагрегат також включає гальмо 7, датчики 8 та 9 швидкості вітроколеса 1 та генератора 6, слідкувальний гідророзподільник 10, з’єднаний з генератором 5 та гідробаком 11, а також блок 12 керування та запобіжний клапан 13. Вітроенергоагрегат має регульований дросель 14 з пропорційним керуванням, кроковий двигун 15 та датчик 16 швидкості вітру. Насос 4 через дросель 14 з’єднаний з гідробаком 11. Датчики 8, 9 та 16 з’єднані з блоком 12 керування, який з’єднаний з дроселем 14. Слідкувальний гідророзподільник 10 встановлений між гідродвигуном 5 та гідробаком 11 та кінематично з’єднаний з гідродвигуном 5 і шаговим двигуном 15. Блок 12 керування функціонально з’єднаний з шаговим двигуном 15 та споживачем 17 енергії генератора 6. Вітроенергоагрегат (Фіг. 2) може мати також регульовані дроселі 18, 19 з пропорційним керуванням, шагові двигуни 20, 21, муфти 22, 23 з гідравлічним керуванням, гідророзподільники 24, 25, запобіжні клапани 26 та 27. Вал 2 вітроколеса 1 через редуктор 3, муфти 22 та 23 може бути з’єднаний з насосами 28 та 29. Ці насоси можуть бути гідравлічно зв’язані з гідромоторами 30, 31, а через дроселі 18 та 19 - з гідробаком 11. Гідромотори 30, 31 можуть бути відповідно кінематично зв’язані з генераторами 32, 33, а їх датчики 34, 35 швидкості - з блоком 12 керування. Блок 12 керування може бути функціонально з’єднаний з дроселями 18 та 19, а через шагові двигуни 20, 21 та слідкуючі гідророзподільники 36, 37 - з гідромоторами 30, 31. Муфти 22, 23 можуть бути виконані з гідравлічним керуванням, через гідравлічні розподільники 24, 25 з’єднані з насосом 4 та гідробаком 11, а їх органи керування функціонально зв’язані з блоком керування. Як блок 12 керування може бути використана електронно-обчислювальна машина (ЕОМ). Споживачем може бути енергосистема змінного або постійного струму малої або великої потужності. Органи пропорційного керування регульованих дроселів можуть бути виконаними електричними, як і шагові двигуни. Вітроенергоагрегат (Фіг. 1) працює таким чином. При відсутності вітру або при дуже малій швидкості вітру, що вимірюється датчиком 6 швидкості вітру, сигнал з блоку 12 керування на гальмо 7 не надходить і вітроколесо не обертається. При цьому сигнал з датчиків 8, 9 швидкості вітроколеса 1 та генератора 5 до блока 12 керування не поступають , сигнал з блоку керування 12 на орган пропорційного керування дроселя 14 не подається і дросель закритий. 5 35532 При досягненні вітром швидкості, при якій генератор 6 може передавати споживачу мінімально допустиму потужність та працювати при заданій частоті обертання, блок керування (або ЕОМ) подає сигнал на відключення гальма 7 і вітроколесо 1 через вал 2 починає обертати насос 4, від якого робоча рідина поступає до гідромотора 5. Одночасно від блоку 12 керування поступає сигнал на кроковий двигун 15, який починає обертати втулку гідророзподільника 10 з заданою частотою, і гідромотор 5, що починає обертатись, передає крутний момент на генератор 6. Сигнали з датчиків 8, 9 швидкості вітроколеса 1 та генератора 6 поступають до блоку 12 керування, а звідти сигнал подається на орган пропорційного керування дроселя 14, який відкривається на величину, при якій у гідросистемі насос 4 - гідромотор 5 утворюється тиск, відповідний навантаженню генератора 6, що працює при частоті обертання, обумовленій частотою обертання шагового двигуна 15. При збільшенні навантаження на генераторі 6 частота його обертання через збільшення витоків у гідросистемі зменшується і сигнал від датчика 9 швидкості генератора 6 поступає до блоку 12 керування, який подає сигнал на органи пропорційного керування дроселя 14 на зменшення площі його прохідного отвору. Витрата робочої рідини, що поступає до гідромотора 5, збільшується на величину збільшення витоків, у результаті чого частота обертання гідромотора 5 залишається у межах заданих її значень. При збільшенні швидкості вітру сигнал від датчика 6 швидкості вітру подається на блок 12 керування, який подає сигнал споживачу 17 на збільшення енергії. що споживається споживачем. Якщо при цьому збільшується частота обертання вітроколеса 1 та вала 2 насоса 4, то сигнал з датчика 8 швидкості вітроколеса передається блоку 12 керуванням звідти на орган пропорційного керування дроселя 14, який дає команду на зменшення площі його проточного перерізу, у результаті чого частота обертання генератора залишається у межах заданих її значень. Якщо допускається робота генератора 6 при різній частоті обертання, то при зміні швидкості вітру сигнали, що поступають з блоку 12 керування на кроковий двигун 15, орган пропорційного керування дроселя 14 та до споживача 16, змінюються таким чином, щоб забезпечити передачу максимально допустимої енергії від генератора 6 споживачеві 16, що відповідає заданій швидкості вітру. При цьому тиск у гідросистемі повинен бути у межах допустимого, а через дросель 14 зливатися у гідробак 11 мінімально допустима витрата, що забезпечує роботу системи при закритому запобіжному клапані 13. У випадку, коли вітроенергоагрегат включає в себе ще дві додаткові гідросистеми (Фіг. 2), аналогічні зображеним на Фіг. 1, він працює таким чином. При відсутності або дуже малій швидкості вітру, що вимірюється датчиком 6 швидкості вітру, сигнал з блоку 12 керування на гальмо 7 не поступає і вітроколесо 1 не обертається. 6 При посиленні вітру з блоку 12 керування поступає сигнал на відключення гальма 7, сигнали з блоку 12 керування на гідророзподільники 24 та 25 не поступають, муфти 22, 23 роз’єднують вал вітроколеса 1 та вали насосів 28, 29 і вітроенергоагрегат по Фіг. 2 працює аналогічно вітроенергоагрегату по Фіг. 1. При подальшому збільшенні швидкості вітру сигнал з блоку керування 12 надходить до органу керування гідророзподільника 24, який переключається у праву по Фіг. 2 позицію. У роботу підключається друга гідросистема та її система керування, що включає в себе насос 28, запобіжний клапан 26, дросель 18 з пропорційним керуванням, гідромотор 30, слідкувальний гідророзподільник 36, кроковий двигун 20, генератор 32 та його датчик 34 швидкості, яка працює аналогічно системи по Фіг. 1. При подальшому збільшені швидкості вітру з блоку 12 керування подається сигнал до органа керування гідророзподільника 25, який переключає його у праву по схемі Фіг.2 позицію. Робоча рідини від насоса 4 подається у гідроциліндр муфти 23, яка з’єднує кінематично вал 2 вітроколеса 1 та насоса 29. У роботу включається третя гідросистема та її система керування, що включає в себе насос 29, запобіжний клапан 27, дросель 19 з пропорційним керуванням, гідромотор 31, слідкувальний гідророзподільник 37, кроковий двигун 21, генератор 33 та його датчик 35 швидкості, яка теж працює аналогічно системі по Фіг. 1. При зменшенні швидкості вітру з блоку 12 керування подається команда спочатку на орган керування гідророзподільника 25, а при подальшому зменшенні швидкості вітру - на орган керування гідророзподільника 24. Якщо швидкість вітру ще зменшується , з блоку 12 керування знімається сигнал, що подається на гальмо 7, що зупиняє вал вітроколеса. Гальмо 7 також зупиняє вал вітроколеса у випадку, коли швидкість вітру досягає недопустимо високих значень. Таким чином, запропоноване технічне рішення дозволяє одержати електроенергію з вітроенергоагрегата при значно меншій швидкості вітру, ніж у прототипі, бо тут тиск у працюючій гідросистемі не обмежується настройкою переливного клапана, а залежить від навантаження генератора, тобто вітроенергоагрегат може вже працювати при значно меншому тиску гідросистеми, ніж прототип. Встановлення шагового двигуна у систему та його зв’язок з валом гідромотора через слідкувальний гідророзподільник поворотного типу значно підвищує точність підтримання заданої частоти обертання генератора при підключенні його до енергосистеми змінного струму. Вітроенергоагрегат може також використовува тися у енергосистемах постійного струму, наприклад, для зарядки акумуляторів та інше, а також у системах як змінного, так і постійного струму, як малих, так і великих фермерських господарств. Використання у вітроенергоагрегаті по Фіг. 2 трьох або більше трьох систем по Фіг. 1 значно розширює можливість його роботи як при дуже сильних, та і при малих швидкостях вітру. 7 Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 35532 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601