Вітроенергетична установка

Реферат: Вітроенергетична установка містить, розміщений на щоглі вітродвигун з ротором, акумулятор енергії та генератор електричного струму. Акумулятор енергії виконаний у вигляді ресивера, розміщеного у порожнині щогли, щонайменше двох, закріплених нерухомо та симетрично на щоглі, першого та другого пневмоциліндрів одно- чи двосторонньої дії з пружними мембранами та третього пневмоциліндра двосторонньої дії з пружною мембраною, вхід якого з'єднаний з ресивером, мембрана третього пневмоциліндра кінематично з'єднана з ротором генератора електричного струму, а вітродвигун, встановлений у верхній частині щогли, має вертикальну вісь обертання, що виготовлена у вигляді кривошипного механізму з ділянкою, що обертається, з якою кінематично з'єднані одні кінці штовхачів, другі кінці яких з'єднані з мембранами, відповідно, першого та другого пневмоциліндрів з можливістю їх одночасного руху у протилежних напрямках, у першого та другого пневмоциліндрів є клапан, призначений для з'єднання кожного із згаданих пневмоциліндрів з порожниною ресивера та клапан холостого ходу для зміни рівня навантаження на вітродвигун, а установка забезпечена системою управління, призначеною для відкривання та закривання клапанів холостого ходу пневмоциліндрів з можливістю забезпечення безперервного підкачування повітря до ресивера і зміни амплітуди та частоти коливань мембрани третього пневмоциліндра для підтримання заданого значення електричної напруги на виході генератора електричного струму під час обертання ротора вітродвигуна при зміні швидкості вітру. UA 80504 U (12) UA 80504 U UA 80504 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до вітроенергетики, а саме, до вітроенергетичної установки з вертикальною віссю обертання ротора і призначена для роботи в умовах не лише сильних, а і слабких та помірних вітрів і перетворення енергії таких вітрів у електричну енергію. Найбільш близькою до пропонованої за кількістю суттєвих ознак є вітроенергетична установка, що містить, розміщений на щоглі вітродвигун з ротором, акумулятор енергії та генератор електричного струму [Патент РФ № 2176030, МПК7 F03D9/00; Опубліковано: 20.11.2001]. Згадана установка є недостатньо ефективною при її використанні при слабких та помірних вітрах (із швидкістю 2-4 метри на секунду). Окрім сказаного у згаданій конструкції застосовані пневмогідравлічний акумулятор, мотор-генератор, зворотний та пропорційний клапани, послідовно розташовані між гідронасосом та гідромотором, напірна гідролінія, гідрозамок, вхід якого підключений до напірної гідролінії та гідромультиплікатор, що суттєво ускладнює конструкцію, а тому і збільшує її собівартість. В основу корисної моделі поставлена задача створення такої вітроенергетичної установки, яка б була ефективною не лише при сильних, а і при слабких та помірних вітрах та мала б меншу собівартість. Поставлена задача вирішується за рахунок створення умов для накопичення енергії вітру у ресивері і її наступного використання для вироблення генератором електричного струму напруги потрібного значення. Пропонована, як і відома вітроенергетична установка, містить, розміщений на щоглі вітродвигун з ротором, акумулятор енергії та генератор електричного струму, а, відповідно до пропонованої корисної моделі, акумулятор енергії виконаний у вигляді ресивера, розміщеного у порожнині щогли, щонайменше двох, закріплених нерухомо та симетрично на щоглі, першого та другого пневмоциліндрів (пневмонагнітачів) одно- чи двосторонньої дії з пружними мембранами та третього пневмоциліндра двосторонньої дії з пружною мембраною, вхід якого з'єднаний з ресивером, мембрана третього пневмоциліндра кінематично з'єднана з ротором генератора електричного струму, а вітродвигун, встановлений у верхній частині щогли, має вертикальну вісь обертання, що виготовлена у вигляді кривошипного механізму з ділянкою, що обертається, з якою кінематично з'єднані одні кінці штовхачів, другі кінці яких з'єднані з мембранами, відповідно, першого та другого пневмоциліндрів з можливістю їх одночасного руху у протилежних напрямках, у першого та другого пневмоциліндрів є клапан, призначений для з'єднання кожного із згаданих пневмоциліндрів з порожниною ресивера та клапан холостого ходу для зміни рівня навантаження на вітродвигун, а установка забезпечена системою управління, призначеною для відкривання та закривання клапанів холостого ходу пневмоциліндрів з можливістю забезпечення безперервного підкачування повітря до ресивера і зміни амплітуди та частоти коливань мембрани третього пневмоциліндра для підтримання заданого значення електричної напруги на виході генератора електричного струму під час обертання ротора вітродвигуна при зміні швидкості вітру. Пропонована вітроенергетична установка дозволяє перетворювати енергію не лише сильних, а і слабких та помірних вітрів у електричну енергію завдяки зменшенню кількості нагнітаючих циліндрів. Так, при швидкості вітру недостатній для вироблення електричної енергії у традиційній вітроенергетичній установці, пропонована установка дозволяє накопичувати протягом деякого часу енергію у акумуляторі-ресивері, а потім імпульсно передавати її до генератора електричного струму, який перетворить накопичену у акумуляторі-ресивері енергію стисненого повітря у електричний струм. Суть пропонованої конструкції пояснюється на схематичному кресленні. Вітроенергетична установка містить, розміщений на щоглі 1 вітродвигун 2 з вертикально розташованим ротором 2, акумулятор енергії та генератор електричного струму 3. При цьому акумулятор енергії виконаний у вигляді ресивера 4, розміщеного у порожнині щогли 1, щонайменше двох, закріплених нерухомо та симетрично на щоглі 1, першого 5 та другого 6 пневмоциліндрів (пневмонагнітачів) одно- чи двосторонньої дії з пружними мембранами та третього пневмоциліндра 7 двосторонньої дії з пружною мембраною. Вхід третього пневмоциліндра 7 з'єднаний з ресивером 4. Мембрана третього пневмоциліндра 7 кінематично з'єднана з ротором генератора електричного струму 3. Вітродвигун 2 з ротором 2 встановлений у верхній частині щогли 1. Ротор вітродвигуна 2 з'єднаний з вертикальною віссю 8. Частина вісі 8 виготовлена у вигляді кривошипного механізму з ділянкою 9, що обертається. Із ділянкою 9 вісі 8 кінематично з'єднані одні кінці штовхачів 10, другі кінці яких з'єднані з мембранами, відповідно, першого 5 та другого 6 пневмоциліндрів з можливістю їх одночасного руху у протилежних напрямках під час обертання ротора вітродвигуна 2 з віссю 8. У першому 5 та другому 6 пневмоциліндрах є клапани, призначені для з'єднання кожного із згаданих пневмоциліндрів з порожниною ресивера 1 UA 80504 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 4 /не показано/ та клапани холостого ходу 11, призначені для зміни рівня навантаження на вітродвигун 2. Установка забезпечена системою управління, призначеною для відкривання та закривання клапанів 11 холостого ходу пневмоциліндрів з можливістю забезпечення безперервного підкачування повітря до ресивера 4 і зміни амплітуди та частоти коливань мембрани третього пневмоциліндра 7 для підтримання заданого значення електричної напруги та частоти струму на виході генератора електричного струму 3 під час обертання ротора вітродвигуна 2 при зміні швидкості вітру. Система управління має блок 12, регулятор 13 та датчик тиску повітря у ресивері 4 /не показано/. Блок 12 призначений для створення у ресивері 4 певного тиску повітря шляхом генерування електричних сигналів з одного боку на відкривання-закривання клапанів холостого ходу 10 пневмоциліндрів 5 і 6, а з другого - до регулятора 13, призначеного для завдання певної амплітуди та частоти коливань мембрани третього пневмоциліндра 7 і, таким чином, отримування на виході з генератора 3 електричного струму із заданими параметрами напруги та частоти. Як блок 12 може бути використаний мікропроцесорний блок певним чином запрограмований, описаний на сайті http://www.promsat.com/list/segnetics/ Як регулятор 13 може бути використаний типовий пневомрегулятор з електричним керуванням та з інтегрованим електроклапаном, описаний на сайті http://www.ito.kiev.ua/asco/pneumokla.html Як датчик тиску повітря у ресивері 4 може бути застосований типовий електронний датчик тиску, описаний на сайті http://www.bdsensors.ua/products/pressure.php Пропонована вітроенергетична установка працює так. При номінальній швидкості вітру ротор вітродвигуна 2 обертає вісь 8 з ділянкою 9, що примушує рухатись у протилежних напрямках у вертикальній площині штовхачі 10 і коливатися мембрани пневмоциліндрів 5 і 6 і закачувати повітря до ресивера 4. Блок 12 за допомогою регулятора 13 примушує шток пневмоциліндра 7 виконувати коливальні рухи з амплітудою та частотою, необхідною для підтримування електричної напруги та частоти електричного струму на виході генератора 3. При слабких та помірних вітрах (із швидкістю близько 2 метрів на секунду) ротор вітродвигуна 2 обертається, але його швидкість і обертовий момент є недостатніми для створення достатнього робочого тиску пневмоциліндрами 5 і 6 (пневмонагнітачів), необхідного для підтримання безперервного номінального значення електричної напруги електричного струму на виході з генератора 3. У цьому випадку блок 12 системи управління відкриває частину клапанів холостого ходу 10 у пневмоциліндрах 5 і 6, що приводить до їх виключення, зменшує навантаження на ротор вітродвигуна 2 і забезпечує постійне підкачування повітря до ресивера 4 і створення у ньому потрібного тиску, регулюючи продуктивність установки в цілому. При досягненні заданого значення тиску повітря у ресивері 4 блок 12 за допомогою регулятора 13 приводить у дію шток третього пневмоциліндра 7, який, здійснюючи коливальні рухи із заданою амплітудою та частотою, змушує отримати на виході генератора 3 електричний струм. При зменшенні значення тиску у ресивері 4, генератор 3 переходить у режим очікування. Таким чином, у пропонованій вітроенергетичній установці створені умови для перетворення енергії не лише сильних, а і слабких та помірних вітрів у електричну енергію шляхом накопичення енергії вітру у ресивері 4 і її наступного використання для вироблення генератором 3 електричного струму із значенням напруги потрібного значення. Кількість таких пневмоциліндрів (пневмонагнітачів), як 5 і 6 може бути більшою за два і залежить від максимальної потужності вітроенергетичної установки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Вітроенергетична установка, що містить, розміщений на щоглі вітродвигун з ротором, акумулятор енергії та генератор електричного струму, яка відрізняється тим, що акумулятор енергії виконаний у вигляді ресивера, розміщеного у порожнині щогли, щонайменше двох, закріплених нерухомо та симетрично на щоглі, першого та другого пневмоциліндрів одно- чи двосторонньої дії з пружними мембранами та третього пневмоциліндра двосторонньої дії з пружною мембраною, вхід якого з'єднаний з ресивером, мембрана третього пневмоциліндра кінематично з'єднана з ротором генератора електричного струму, а вітродвигун, встановлений у верхній частині щогли, має вертикальну вісь обертання, що виготовлена у вигляді кривошипного механізму з ділянкою, що обертається, з якою кінематично з'єднані одні кінці штовхачів, другі кінці яких з'єднані з мембранами, відповідно, першого та другого пневмоциліндрів з можливістю їх одночасного руху у протилежних напрямках, у першого та другого пневмоциліндрів є клапан, призначений для з'єднання кожного із згаданих 2 UA 80504 U 5 пневмоциліндрів з порожниною ресивера та клапан холостого ходу для зміни рівня навантаження на вітродвигун, а установка забезпечена системою управління, призначеною для відкривання та закривання клапанів холостого ходу пневмоциліндрів з можливістю забезпечення безперервного підкачування повітря до ресивера і зміни амплітуди та частоти коливань мембрани третього пневмоциліндра для підтримання заданого значення електричної напруги на виході генератора електричного струму під час обертання ротора вітродвигуна при зміні швидкості вітру. Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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