Спосіб роботи вітроелектричної установки

Реферат: UA 76039 U UA 76039 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроелектричних установок (ВЕУ). Відомий спосіб роботи ВЕУ, коли лопаті обертаються довкола вертикальної осі [1]. Також відомий спосіб роботи ВЕУ, що полягає в обертанні лопатей у вертикальній площині [2]. Недоліками даних способів є залежність потужності від швидкості вітру і низький коефіцієнт використання установки, а також необхідність високої швидкості вітру для увімкнення ВЕУ. Відомий спосіб роботи вітроенергетичної установки з тепловим двигуном, що полягає в спалюванні палива в камері згорання наземної газотурбінної установки або поршневого двигуна, сполучених з електричним генератором [3]. Недоліками цього способу є: низька ефективність такого двигуна через витрату енергії на стиснення повітря перед камерою згорання, із-за потреби у великій кількості повітря та обмеженого об'єму камери згорання; невикористання енергії витічного реактивного струменя; необхідність в додатковому електричному генераторі. Потужні ВЕУ мають низьку швидкість обертання, порядку одного оберту за 5-10 секунд, і значний об'єм усередині лопаті. Наприклад, ВЕУ Т-600-48 [2], потужністю 600 кВт має діаметр ротора 48 м, а ширину лопаті порядку 1,3 м, а вітроустановка потужністю 7,5 МВт має діаметр 126 м, тобто довжина лопаті порядку 60 м, а висота до осі порядку 100 м. Це дає можливість здійснювати переміщення мас усередині лопаті і організувати ефективніше згорання палива за рахунок використання значного об'єму лопаті, яку можна використовувати як камеру згорання значного об'єму, як це має місце в повітряних кулях, а впуск повітря і викид згорілих газів здійснювати на різних висотах, тобто при різних атмосферних тисках, що підвищує ефективність циклу. Суть корисної моделі полягає в забезпеченні постійної потужності вітроустановки при зменшенні швидкості вітру, збільшенні вироблення енергії ВЕУ, підвищенні коефіцієнта використання ВЕУ і термодинамічного коефіцієнта корисної дії спалюваного палива, а також зменшенні стиснення повітря в циклі і витраченої на це роботи. Поставлена задача досягається за рахунок випуску газу у верхньому положенні лопаті, використання ВЕУ при менших пускових швидкостях вітру при спалюванні палива і при швидкостях нижче номінальних аж до нуля, забезпечення додаткової кількості руху ВЕУ при спалюванні палива, а також забезпечення роботи ВЕУ за відсутності вітру, значних розмірів камери згорання (лопаті) і можливості раціональніше організовувати процес горіння в часі і просторі. Здійснення способу роботи вітроелектричної установки показане на кресленні, де 1 - лопать; 2 - реактивний пальник; 3 - випускний отвір; 4 - впускний отвір. Фіг. а - положення увімкненого реактивного пальника при піднятті лопаті; Фіг. б - положення вимкненого реактивного пальника при опусканні лопаті. Спосіб роботи вітроелектричної установки полягає в наступному. У нижньому положенні лопаті 1 пальник 2 знаходиться внизу на краю лопаті (Фіг. а). Паливо до нього підводиться гнучкими паливопроводами від порожнистого вала ВЕУ або з ємкості, яка рухається разом з пальником для збільшення маси пальника з ємкістю та більшої зміни моменту інерції. Ємкість періодично може заповнюватися окремо, або тими ж шлангами з вала ВЕУ. При подачі палива на реактивний пальник 2 і запаленні палива витічні гази з реактивного пальника рухають його до осі ВЕУ, витісняючи повітря для спалювання з привісної зони. У верхньому положенні лопаті 1 подача палива припиняється, і реактивний пальник 2 під дією відцентрових сил рухається на край лопаті, витісняючи через випускний отвір 3 гази з порожнини лопаті (Фіг. б). Одночасно з витісненням газу з лопаті свіже повітря через впускний отвір 4 заповнює об'єм лопаті. У привісній частині лопаті вона сполучається з атмосферою для заповнення повітрям об'єму лопаті. У такому виконанні порожнина лопаті працює як відцентровий насос, затягуючи повітря в вісну зону і витісняючи гази на краю лопаті. Як варіант, впускні отвори і випускні отвори в лопаті можуть мати клапани для впускання повітря і випуску газів. Процес горіння можна організувати ефективніше як у просторі, так і в часі і без стиснення повітря. Можна подати його в камеру згорання в тій же великій кількості, що і при стискуванні в звичайних поршневих або газотурбінних установках. Процес відведення тепла здійснюється через поверхню лопаті і з викидом газу через випускний отвір 3. Термодинамічний цикл буде більш ефективним, оскільки викид газу проводиться на висоті 50-60 м більшій, ніж впуск, де тиск повітря внизу вище біля осі лопаті, ніж 1 UA 76039 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 угорі на краю лопаті, тобто за пропонованим способом робота ВЕУ ефективніша, ніж при роботі двигуна на землі за рахунок додаткового перепаду тиску між впуском і випуском газу. На відміну від поршневого двигуна, тут енергія згорілих газів передається (як на поршень) рухомому реактивному пальнику, і ці гази, здійснюючи роботу з переміщення пальника проти відцентрових сил, посилюють обертання ротора вітроустановки. У поршневому двигуні згорілі гази давлять на поршень і при розширенні переміщають його. Реакція згорання газів практично передається на шпильки кріплення голівки і не виконує корисної роботи. У пропонованому способі реакція струменя використовується для руху реактивного пальника (як поршня) до осі, тобто для здійснення роботи за рахунок реактивної сили, окрім роботи за рахунок тиску газу на реактивний пальник, як на поршень. З метою підвищення ефективності ВЕУ, при піднятті лопаті всередині неї спалюють паливо в реактивному пальнику з викидом з неї продуктів згорання, спочатку вздовж осі лопаті і з можливістю руху реактивного пальника вздовж осі лопаті, а потім з лопаті гази викидаються в атмосферу в напрямі, протилежному обертанню ротора ВЕУ. Переміщення реактивного пальника до осі зменшує момент інерції і прагне збільшити кутову швидкість і обертальний момент. Під дією реакції витічного струменя пальник зміщується до осі ротора ВЕУ і, досягши верхнього положення, вимикається. У результаті, при великому об'ємі лопаті через високу температуру суміші газу всередині лопаті великого розміру, при русі повітря на протоці при відкритих клапанах угорі і внизу лопаті, на лопать, окрім дії вітру, діє підіймальна сила Архімеда, що збільшує обертальний момент лопаті. Витічні гази з лопаті в напрямі, протилежному руху лопаті, за рахунок реакції струменя також створюють додатковий обертальний момент лопаті. Починаючи з верхнього положення, дія пальника припиняється, і в лопать втікає холодне повітря більшої густини, ніж гаряча газова суміш у період підняття лопаті, що збільшує вагу повітря і обертальний момент в лопаті, що опускається. Під дією відцентрових сил пальник зміщується на периферію лопаті, збільшуючи також обертальний момент. Крім того, зростає ККД теплового двигуна, оскільки відсутній процес значного стиснення повітря, як це має місце в поршневому двигуні або наземній газотурбінній установці, оскільки розміри камери згорання не обмежені зовсім малим простором під поршнем двигуна, і це дає можливість використовувати значну кількість повітря без його стиснення. Описаний спосіб роботи може здійснюватися як подачею палива всередину лопаті на реактивний пальник, що переміщається по напрямній осі вздовж лопаті по прямій, так і при встановленні рухливого реактивного пальника в напрямному циліндрі, подібно до поршня. Відмінністю в обох випадках є відсутність кривошипно-шатунного механізму. У пропонованому циклі горіння відбувається значно довше в порівнянні зі звичайним двигуном через більше переміщення по осі реактивного пальника (більшій довжині ходу пальника по лопаті). У повітряних кулях увімкнення пальника приводить до підвищення тиску і збільшення об'єму кулі, що дає додаткову підіймальну силу. У цьому випадку на лопать діє підіймальна сила Архімеда, яка різна - на лопатях із згоранням палива на етапі підйому однієї лопаті і зниження без згорання. На етапі заповнення її повітрям із-за значних розмірів лопаті - камери згорання і довгого часу згорання послідовно по довжині лопаті, є можливість спалити значну кількість повітря без істотного стиснення. Стиснення в циліндрі звичайного двигуна потрібне, аби двигун був компактним. Низький ступінь стиснення повітря в лопаті дозволяє не витрачати енергію на нагрівання повітря при значному стисненні. Робота на попереднє стиснення газу в існуючих двигунах завжди відбирається від потужності двигуна. У обертальній системі в лопатях цієї втрати можна уникнути, не говорячи вже про можливості більш організованого спалювання пального при повільному його спалюванні і у великому об'ємі. Якщо оснастити кінець лопаті випускним клапаном, то відкриття клапана у верхньому положенні кінця лопаті при значній її довжині, порядку 50 м, при великих потужностях вітроустановки сприятиме випуску газу в зону з меншим атмосферним тиском, тому впуск повітря внизу і випуск угорі сприятиме збільшенню потужності вітроустановки. Тут ефект такий же, як і у високій трубі котельної. На скільки підвищується ефективність котельної за рахунок високої труби, на стільки підвищується і ефективність вітроустановки за рахунок спалювання палива в лопаті, що має аналогічну довжину, що і дає додаткову перевагу перед наземній дизель-електростанції. Таким чином, пропонований спосіб роботи вітроелектричної установки дозволяє зменшити ввімкнення вітроустановки при меншій швидкості вітру за рахунок забезпечення додаткового 2 UA 76039 U 5 10 15 20 руху при спалюванні палива, і більш того, забезпечити роботу за відсутності вітру, чим і забезпечується постійна потужність вітроустановки, хоча на великій висоті вітер завжди існує. Джерела інформації: 1. Сафонов В.А. и др. Преобразование энергии ветра в электрическую. Севастополь. 2004. 102 с. 2. Сафонов В.А. и др. Некоторые вопросы конструирования и экстремальных режимов работы ветроэлектроустановок с горизонтальной осью вращения. Севастополь. 2004. 208 с. 3. Сафонов В.А. и др. Источники энергии на Земле. Севастополь. 2004. 248 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб роботи вітроелектричної установки, що містить ротор з лопатями і електрогенератор, що включає дію повітряного потоку на її лопаті і перетворенні енергії вітрового потоку в механічну енергію, а потім в електричну енергію, який відрізняється тим, що в лопаті подають паливо і спалюють його в реактивному пальнику у фазі підняття лопаті, і створюючи переміщення реактивного пальника у напрямі осі лопаті, забезпечують підведення повітря з атмосфери до пальника та викид згорілих газів з випускних отворів лопаті, а при опусканні лопаті подачу палива припиняють, забезпечуючи рух пальника на край лопаті. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що викид згорілих газів з випускних отворів лопаті виконується у напрямі, протилежному напряму руху лопаті. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3