Вітроенергоагрегат

Вітроенергоагрегат, що має вітродвигун, кінематично зв'язаний через вал і редуктор з першим насосом, який гідравлічно з'єднаний паралельно через перший двопозиційний пдророзподільник з першим пдродвигуном і клапаном тиску, зв'язаний з пдробаком, при цьому перший пдродвигун кінематично зв'язаний з генератором регульованої потужності і датчиком швидкості, зв'язаним функціонально через релейний елемент з блоком керування і з органом керування додаткового пдророзподільника, параллельно якому в зливній лінії першого пдродвигуна встановлено регулятор витрат, другий і третій ДВОПОЗИЦІЙНІ пдророзподіль 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, МКВ А 01 G 25/16, БВ № 5, 1988 р та БВ№ 42,1989 р) Недоліком відомих технічних 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, кинематично зв'язаний з насосом, що через гідромотор живить автоматизовану систем, а також механізм повороту лопатей вітроколеса з приводом від кинематично зв'язаного з ним підпружиненого гідроциліндра ники, гідравлічно зв язані через, ВІДПОВІДНО, другий і третій пдродвигуни, ВІДПОВІДНО, з другим і третім клапанами тиску, при цьому другий і третій пдродвигуни кінематично звязані, ВІДПОВІДНО, З першим і другим генераторами постійної потужності, який відрізняється тим, що він має другий і третій насоси, які гідравлічно зв'язані, ВІДПОВІДНО, З другим і третім двопозиційними пдророзподільниками, при цьому перший, другий і третій насоси гідравлічно зв'язані через, ВІДПОВІДНО, перший, другий і третій зворотні клапани з пневмопдравлічним акумулятором і двопозиційним пдророзподільником, який функціонально зв'язаний з першим і другим реле тиску, а блок зрівняння тисків зв'язаний гідравлічно з входом і виходом першого пдродвигуна, а функціонально через цифровий перетворювач з блоком керування, а вихід генератора регульованої потужності електрично з'єднано з першим і другим датчиками 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 односторонньої дії, підключеного до насоса, де частота обертання вітроколеса регулюється встановленим у нагнітальну гід рол ІНІЮ насоса регульованим дроселем (Див А С СССР № 1178933, МКВ F03D9/00, Б В № 34, 1985 р ) Недоліком відомого технічного рішення є недостатня надійність і безпека роботи, особливо при сильних та ураганних вітрах, а також нестабільність частоти обертання вала гідромотора Найбільш близьким технічним рішенням (прототипом) є вітроенергоагрегат, що має вітродвигун, кинематично зв'язаний через вал і редуктор з першим насосом, який гідравлічне з'єднаний паралельно через перший двопозиційний пдророзподільник з першим пдродвигуном і клапаном тиску, зв'язаний з пдробаком, при цьому перший пдродвигун кінематичне зв'язано з генератором регулюємої потужності і датчиком швидкості, зв'язаним функціонально через релейний елемент з ю ю 00 48545 блоком керування і з органом керування додаткового пдророзподільника, паралельно якому в зливній лінії першого пдродвигуна встановлено регулятор витрат, другий двопозиційний пдророзподільник і третій двохпозиціинии пдророзподільник, гідравлічно зв'язані через, ВІДПОВІДНО, другий і третій пдродвигуни, ВІДПОВІДНО, з другим і третім клапанами тиску, при цьому другий і третій пдродвигуни кінематично зв'язані, ВІДПОВІДНО, З першим і другим генераторами постійної потужності (Див Заявка № 94063349 від 10 06 1994, опубл Офіційний бюлетень "Промислова власність" № 4 від 29 серпня 1997 р) Недоліком цього технічного рішення є те, що при підключенні першого і другого генераторів постійної потужності другого і третього генераторів навантаження на вітродвигун і насос різко зростає, а це призведе до зменшення частоти обертання генератора і його вихідних параметрів Оскільки генератори мають постійну потужність то неможливо забезпечити їх оптимальний режим роботи Так як потужність на валу вітродвигуна при змінах швидкості вітру не буде відповідати сумарній потужності працюючих генераторів Крім того, неможливо забезпечити роботу вітроагрегату зі стабільними вихідними параметрами, якщо потужність вітрового потоку, що діє на вітродвигун менше потужності генератора регулюємої потужності Всі ЦІ недоліки зменшують коефіцієнт корисної дії вітроенергоагрегату В основу цього винаходу покладено задачу удосконалити вітроенергоагрегат шляхом введення додаткових пристроїв в схему управління вітроенергоагрегату, що забезпечить підвищення ефективності, надійності та безпеки роботи та збільшення коефіцієнта корисної дії вітроагрегата Ця задача розв'язується тим, що у вітроенергоагрегаті, що має вітродвигун, кінематичне зв'язаний через вал і редуктор з першим насосом, який гідравлічно з'єднаний паралельно через перший двохпозиціинии пдро-розподільник з першим пдродвигуном і клапаном тиску, зв'язаний з пдробаком, при цьому перший пдродвигун кинематично зв'язано з генератором регулюємої потужності і датчиком швидкості, зв'язаним функціонально через релейний елемент з блоком керування і з органом керування додаткового пдророзподільника, параллельно якому в зливній лінії першого пдродвигуна встановлено регулятор витрат, другий двохпозиціинии пдророзподільник і третій двохпозиціинии пдророзподільник, гідравлічно звязані через, ВІДПОВІДНО, другий і третій пдродвигуни, ВІДПОВІДНО, з другим і третім клапанами тиску, при цьому другий і третій пдродвигуни кинематично зв'язані, ВІДПОВІДНО, з першим і другим генераторами постійної потужності, новим є те, що він має другий і третій насоси, які гідравлічно зв'язані, ВІДПОВІДНО, з другим і третім двохпозиційними пдророзподільниками, при цьому перший, другий і третій насоси гідравлічно зв'язані через, ВІДПОВІДНО, перший, другий і третій зворотні клапани з пневмопдравлічним аккумулятором і двохпозиційним пдророзподільником, який функціонально зв'язано з першим і другим реле тиску, а блок зрівняння тисків зв'язано гідравлічно з входом і виходом першого пдродвигуна, а функціонально через цифровий перетворювач з блоком керування, а вихід генератора регулюємої потужності електрично 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 Порівняння данного технічного рішення з іншими технічними рішеннями говорить про те, що вітроенергоагрегати самі по собі ВІДОМІ Але наявність у вітроенергоагрегаті генератора регулюємої потужності, другого і третього насосів, які гідравлічно зв'язані, ВІДПОВІДНО, з другим і третім двопозиційними пдророзподільниками і другим і третім пдродвигунами, при цьому перший, другий і третій насоси гідравлічно зв'язані через, ВІДПОВІДНО, перший, другий і третій зворотні клапани з пневмопдравлічним аккумулятором, і двохпозиційним пдророзподільником, який функціонально зв'язаний з першим і другим реле тиску, а блок зрівняння тисків зв'язаний гідравлічно з входом і виходом першого пдродвигуна, а функціонально через цифровий перетворювач з блоком керування, а на вході генератора регулюємої потужності розташовані перший і другий датчики потужності і першим перемикачем, а перший і другий генератори постійної потужності функціонально зв'язані, ВІДПОВІДНО, з другим і третім перемикачами дозволяє зробити висновок про те, що дане технічне рішення явним чином не випливає з рівня техніки і може бути використане у господарстві з достатнім ефектом, що полягає у підвищенні ефективності, надійності та безпеки роботи вітроенергоагрегата і збільшенні коефіцієнта корисної дії На фігурі показана принципова пдросхема вітроенергоагрегату Вітроенергоагрегат має вітродвигун 1, кінематичне зв'язаний через вал 2 і редуктор 3 з першим насосом 4, який гідравлічно з'єднаний паралельно через перший двохпозиціинии пдророзподільник 5 з першим пдродвигуном 6 і клапаном тиску 7, з пдробаком 8 При цьому перший пдродвигун 6 кінематичне зв'язаний з генератором регулюємої потужності 9 і датчиком швидкості 10, зв'язаним функціонально через релейний елемент 11 з блоком керування 12 і з органом керування 13 додаткового пдророзподільника 14, паралельно встановлений додатковому пдророзподільнику 14 в зливній лінії першого пдродвигуна 6 регулятор витрат 15, а також другий двохпозиціинии пдророзподільник 16 і третій двохпозиціинии пдророзподільник 17 Другий двохпозиціинии пдророзподільник 16 і третій двохпозиціинии пдророзподільник 17 гідравлічно звязані, ВІДПОВІДНО, З другим пдродвигуном 18 і третім пдродвигуном 19,а також, ВІДПОВІДНО, з другим клапаном тиску 20 та третім клапаном тиску 21 При цьому другий пдродвигун 18 і третій пдродвигун 19 кінематичне зв'язані, ВІДПОВІДНО, з другим генератором 22 і третім генератором 23 Вітроенергоагрегат містить другий насос 24 і третій насос 25, які гідравлічно зв'язані, ВІДПОВІДНО, з другим двохпозиційним пдророзподільником 16 і третім двохпозиційним пдророзподільником 17 При цьому перший 4, другий 24 і третій 25 насоси гідравлічно зв'язані через, ВІДПОВІДНО, перший 26, 48545 другий 27 і третій 28 зворотні клапани з пневмопдравлічним аккумулятором 29, і двохпозиційним пдророзподільником ЗО, який функціонально зв'язаний з першим реле тиску 31 і другим реле тиску 32 При цьому блок зрівняння тисків 33 звязаний гідравлічно з входом і виходом першого пдродвигуна 6, а функціонально через цифровий перетворювач 34 з блоком керування 12 Вихід генератора регулюємої потужності 9 з'єднаний з першим 35 і другим 36 датчиками потужності і першим перемикачем 37, а другий генератор 22 і третій генератор 23 функціонально зв'язані, ВІДПОВІДНО, З другим 38 і третім 39 перемикачами При цьому другий пдродвигун 18 і третій пдродвигун 19 зв'язані з регуляторами витрат 40 і 41 ЛІНІЯ 42 з'єднана з споживачем, ЛІНІЯ 43 з'єднана з мережею Вітроенергоагрегат працює слідуючим чином При дуже слабкому вітрі вітродвигун 1 починає обертати вал 2 і через редуктор 3 починають обертатись перший 4, другий 24 і третій 25 насоси Робоча рідина від другого насоса 24 і третього насоса 25, ВІДПОВІДНО, через другий двохпозиційний пдророзподільник 16 і третій двохпозиційний пдророзподільник 17 надходить в бак 8, а від першого насоса 4 через перший двохпозиційний пдророзподільник 5 надходить в перший пдродвигун 6 Так як частоти обертання першого пдродвигуна 6 і генератора регулюємої потужності 9 нижче номінальної, сигнал на виході релейного елементу 11 дорівнює нулю і додатковий пдророзподільник 14 займає ліву по кресленню позицію, в результаті чого робоча рідина із першого пдродвигуна 6 через відкритий додатковий пдророзподільник 14 вільно зливається в пдробак 8 При посилені вітру частота обертання вітродвигуна 1 та першого насоса 4 збільшується Збільшується частота обертання першого пдродвигуна 6 та генератора регулюємої потужності 9, внаслідок чого сигнал з виходу релейного елементу 11 потрапляє до органа керування додаткового пдророзподільника 14, і перемикає його в праву по малюнку позицію Робоча рідина з першого пдродвигуна 6 через регулятор витрат 15 потрапляє в пдробак 8, в результаті чого генератор регулюємої потужності 9 працює при номінальній частоті обертання, що налагоджена регулятором витрат 15 На блок керування 12 поступає сигнал через цифровий перетворювач 34 від релейного елементу 11 і від блоку 33 зрівняння тисків на вході і виході пдродвигуна 6 В залежності від цих сигналів змінюється потужність на виході генератора регулюємої потужності 9 шляхом зміни струму в котушці збудження генератора регулюємої потужності 9 Тому потужність на виході генератора прямо залежить від потужності на вході в перший пдродвигун 6, тобто потужності на валу 2 вітродвигуна Електроенергія з заданими параметрами в залежності від положення перемикача 37 надходить до споживача по лінії 42 або в мережу по лінії 43 Збільшення швидкості вітру повинно привести до збільшення частоти обертання колеса, але це не відбувається, так як при збільшенні частоти обертання валу генератора регулюємої потужності 9 сигнал від датчика швидкості 10 через релейний елемент 11 потрапляє на блок керування 12 і збільшує струм збудження генератора регулюємої потужності 9 (збільшується його вхідна потужність) що підвищує навантаження на валу пдродвигуна 6, а значить і на виході насоса 4 При цьому крутний момент на валу насоса 4 збільшується, що сприяє гальмуванню вітроколеса 1 При досягненні максимальної потужності датчик потужності 35 через систему здійснює підключення першого генератора постійної потужності 22 (налаштованого на максимальне значення потужності, яка рівна максимальній потужності генератора регулюємої потужності 9 При цьому потужність генератора 9 зменшується до мінімального значення, так як при підключенні першого генератора постійної потужності 22 починає зменшуватись частота обертання і датчик швидкості 10 через блок керування 12 дає сигнал на зменшення струму збудження генератора регулюємої потужності 9 до значення, ВІДПОВІДНОГО номінальній частоті обертання При досягненні потужності максимального значення, аналогічно відбувається підключення другого генератора постійної потужності 23 і зменшення потужності генератора регулюємої потужності 9 При різких коливаннях швидкості вітру а також при перемиканнях генераторів можливе підвищення тиску в гідросистемі і виникнення гідравлічного удару Для запобігання цим явищем використано акумулятор 29, що з'єднаний через зворотні клапани 26, 27 і 28 ВІДПОВІДНО насосом Розрядка акумулятора здійснюється двухпозиційним пдророзподільником ЗО, який перемикається сигналами від реле тиску 31 і 32 налаштованих на верхнє і нижнє граничне значення тиску 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 ступінчастого автоматичного підключення генераторів, стабільний режим яких забезпечується пдроприводом, а автоматизація переключення - контролером 48545 25 28 27 29 15 14 А 13 Xf 31 І і/*>Гг-г ФІГ. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 з о 41