Вітроелектрична установка веу

1. Вітроелектрична установка, що містить трилопатевий вітродвигун, редуктор, асинхронний трифазний електричний генератор і блок керування, яка відрізняється тим, що трилопатевий вітродвигун має горизонтальну вісь обертання вітроколеса, яка збігається з напрямком вітру, до трилопатевого вітродвигуна приєднано двоступеневий циліндричний редуктор, що передає зусилля від трилопатевого вітродвигуна до електрогенератора, лопаті трилопатевого вітродвигуна виготовлені із пресованих алюмінієвих профілів з пустотілими каналами усередині, блок керування містить блок збудження електрогенератора, а також вітроелектрична установка додатково містить віндрозний пристрій, який постійно орієнтує трилопатевий вітродвигун на вітер, та відцентровий аеродинамічний регулятор кутової швидкості, який повертає лопаті навколо їх поздовжньої осі. 2. Вітроелектрична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що трилопатевий вітродвигун з двоступеневим циліндричним редуктором, асинхрон C2 2 (11) 1 3 82741 4 додатково містить електромагнітну муфту з обмоткривошипи виставлені таким чином, що при перекою керування, Вітроенергетична установка місбуванні щогл у верхньому вертикальному полотить додаткові конденсатори, пристрій стабілізації женні вони є у крайньому лівому положенні, що напруги, формувач імпульсів, що задає генератор відповідає максимальному розкриттю вітрил, причастоти, пристрій синхронізації і підсилювач, причому корпуси планетарних конічних редукторів чому вітродвигун через передавальний пристрій встановлено з можливістю вільного кругового обез'єднаний з датчиком швидкості і ведучим валом ртання навколо осі нерухомих центральних шеселектромагнітної муфти яка вихідним валом з'єдтерень, які є в горизонтальній площині, на корпусі нана з ротором n-полюсного багатошвидкісного планетарних редукторів встановлено черв'ячні асинхронного генератора, обмотки якого з'єднані з редуктори, а на валах черв'ячних коліс жорстко входом блоку комутації, вихід якого з'єднаний з встановлені по два крайні і центральні барабани з конденсаторами порушення, додатковими конденможливістю кругового обертання навколо осі, а саторами, з вихідними затискачами, пристроєм між цими барабанами встановлені муфти з можстабілізації напруги і формувачем імпульсів, що ливістю осьового переміщення для входження в з'єднаний з першим входом пристрою синхронізазачеплення з валом крайніх і центральних барації, а його другий вхід з'єднаний з генератором банів, а на корпусах планетарних конічних редукчастоти, що задає, вихід пристрою синхронізації торів встановлені електромагніти, а на крайніх і з'єднаний із входом підсилювача, а останній - з центральних барабанах встановлені електромагніобмоткою керування електромагнітної муфти. тні гальма, які зв'язані з корпусом, а на щоглах Спільними ознаками з пристроєм, що заявлявстановлені кронштейни, на яких шарнірно встається, є: вітродвигун, електричний генератор, приновлені на кожному валу вертикальні барабани, на стрій для передавання механічного зусилля від які намотані полотнища вітрил, та нижні вертикавітродвигуна до електричного генератора, блок льні барабани, на які намотані привідні канати регулювання електричного струму. крайніх і центральних барабанів, крім цього на Причинами, що перешкоджають одержанню вертикальних барабанах закріплені однією сторопотрібного технічного результату, є не досить вданою трикутні вітрила, а третьою вершиною - канало вибраний тип електричного генератора та віттами через блоки, які закріплені на кулісах через родвигуна. блоки з барабанами. Відомий вітроелектричний двигун [деклараційСпільними ознаками з пристроєм, що заявляний патент України на корисну модель №3277, ється, є: вертикальна колона з вітровим двигуном, МПК7 F03D1/00, 15.11.2004, бюл. №11, 2004р.], редуктор і генератор. який виконано у вигляді вертикальної колони, вітПричинами, що перешкоджають одержанню рових коліс, механізмів передач, редуктора і генепотрібного технічного результату, є надмірна ратора, який відрізняється тим, що на вертикальскладність конструкції. ній колоні шарнірно встановлено підставку з Відома вітроенергетична установка [заявка можливістю вільного обертання навколо осі в гоРосійської Федерації на винахід №2003116804, ризонтальній площині, на лівому кінці підставки на МПК7 F03D1/00, дата публікації 2005.09.10], що осі встановлено опору, яка зафіксована в вертикамістить основу, розміщений на основі вертикальльному положенні розкосом, а на колоні жорстко ний ротор із закріпленими на роторі увігнутими закріплена в горизонтальній площині і перпендилопатями, привід електричного генератора, електкулярно до осі опори підставка, на краях якої встаричний генератор, блок стабілізації параметрів новлені планетарні редуктори повітряних коліс електричного струму. Установка містить горизонтаким чином, що конічні сонячні шестерні жорстко тальний концентратор повітряних потоків у вигляді з'єднані з нею, а корпуси планетарних редукторів циліндричного барабана, закріпленого на валу встановлені з можливістю вільного обертання наротора вітроенергетичної установки, лопаті вітровколо осі, а зірочки, які закріплені на корпусах реенергетичної установки розміщені із зовнішнього дукторів, з'єднані ланцюговою передачею з зірочбоку горизонтального концентратора повітряних ками вала, який через шківи редуктора пасовою потоків і з'єднані тримачами з валом ротора із мопередачею з'єднаний з валом генератора, причому жливістю кутового переміщення щодо валу ротоміж колоною і підставкою встановлена стабілізара, на тримачах лопатей шарнірно закріплені паційна площина, а основою вітрового колеса є корльці-штовхачі, що упираються в пази-гнізда диска, пус конічного планетарного редуктора, на якому в скріпленого з валом ротора вітроенергетичної одній площині з інтервалом 120° рівномірно по установки. На тримачах лопатей вітроенергетичної колу жорстко встановлені три трубчаті щогли, на установки розміщені елементи, що забезпечують кінцях яких в їхній площині і перпендикулярно до розкриття лопатей при відсутності повітряного їхніх осей жорстко закріплені три напрямні, на кінпотоку, що набігає на них, і амортизують різке взацях щогл, у площині, перпендикулярній до осі наємне переміщення лопатей із тримачами при раппрямних, встановлені осі куліс, причому на осі товій зміні швидкості повітряних потоків. Вітроеневстановлені куліси, які шатунами з'єднані з повзургетична установка також може містити ном, що розміщений на напрямній, а через щогли вертикальні верхній і нижній концентратори повітвстановлені вали, на кінцях яких розміщені конічні ряних потоків, що мають можливість переміщення сателітні шестерні, які входять в зачеплення з непо вертикалі щодо лопатей вітроенергетичної рухомою центральною шестірнею, і кривошипи, які установки, відкриваючи або закриваючи доступ до через шатуни з'єднані з повзунами, на кулісах одних повітряних потоків. Вітроенергетична установнією вершиною зафіксовані трикутні тканинні вітка додатково містить механізм автоматичного розрила, які з однієї сторони закріплені на ролику, а криття або закриття зазору між вертикальними 5 82741 6 В основу винаходу поставлена задача у вітроверхнім і нижнім концентраторами повітряних поелектричній установці, шляхом зміни конструктивтоків, залежно від швидкості повітряних потоків, них елементів і введення додаткових пристроїв, що набігають на лопаті вітроенергетичної установзабезпечити підвищення стабільності електропоски. Механізм автоматичного розкриття або закриттачання та надійності в експлуатації тя зазору між вертикальними верхнім і нижнім конПоставлена задача вирішується тим, що вітцентраторами повітряних потоків виконаний у роелектрична установка, яка складається з триловигляді відцентрового регулятора, який передає патевого вітродвигуна, редуктора, асинхронного переміщення на блоко-тросовий механізм підйому трифазного електричного генератора, і блока кеабо опускання вертикальних верхнього і(або) нижрування, згідно з винаходом, трилопатевий вітроніх концентраторів повітряних потоків. Лопаті вітдвигун має горизонтальну вісь обертання вітрокороенергетичної установки розміщені на всій цилінлеса, яка збігається з напрямком вітру, до дричній поверхні горизонтального концентратора трилопатевого вітродвигуна приєднано двоступеповітряних потоків і виконані у вигляді пластинневий циліндричний редуктор, що передає зусиллусочок, що відходять від циліндричної поверхні ля від трилопатевого вітродвигуна до електрогегоризонтального концентратора повітряних потоків нератора, лопаті трилопатевого вітродвигуна по дотичним. Лопаті вітроенергетичної установки виготовлені із пресованих алюмінієвих профілів з розміщені на циліндричній поверхні горизонтальпустотілими каналами усередині, блок керування ного концентратора повітряних потоків з можливісмістить блок збудження електрогенератора, а татю розвороту на осі, розташованій на утворюючій кож вітроелектрична установка додатково містить циліндричну поверхні горизонтального концентравіндрозний пристрій, який постійно орієнтує трилотора для захоплення повітряних потоків, що набіпатевий вітродвигун на вітер, та відцентровий аегають. родинамічний регулятор кутової швидкості, який Причинами, що перешкоджають одержанню повертає лопаті навколо їх поздовжньої осі. потрібного технічного результату, є відносно надПерша додаткова відмінність полягає в тому, мірна складність конструкції, що істотно впливає що трилопатевий вітродвигун з двоступеневим на ціну вітроенергетичної установки. циліндричним редуктором, асинхронний трифазЗа прототип вибрана автономна вітроелектроний електричний генератор і віндрозний пристрій станція малої потужності [патент України на коризмонтовані на опорно-поворотному механізмі, який сну модель №13702, МПК7 Н02Р9/00; F03D3/00; установлений на опорі-трубі, причому електрогеF03D9/00, дата публікації 17.04.2006], яка містить нератор з двоступеневим циліндричним редуктовітродвигун, електричний генератор, пристрій для ром розміщені в середині кожуха, який захищає їх передавання механічного зусилля від вітродвигуна від дії несприятливих погодних умов. до електричного генератора, блок регулювання Друга додаткова відмінність полягає в тому, електричного струму, згідно з корисною моделлю, що лопаті трилопатевого вітродвигуна мають пояк вітродвигун вона містить трилопатевий напівстійний поперечний переріз, у пустотілих каналах сферичний аеродинамічного профілю вітродвигун, кожної лопаті натягнуто трос, який у випадку пояк електричний генератор - асинхронний трифазшкодження лопаті не дає їй можливості відірваний генератор з конденсаторами збудження, як тись від трилопатевого вітродвигуна. блок регулювання електричного струму - стабіліТретя додаткова відмінність полягає в тому, затор напруги, а також додатково містить редуктор що змонтований на опорно-поворотному механізмі і перетворювач числа фаз, який складається з віндрозний пристрій має розміщені з обох боків двох трансформаторів з різними коефіцієнтами крильчатки, завдяки яким трилопатевий вітродвитрансформації, що підключені до окремих фаз гун постійно орієнтується на вітер. виходу трифазного генератора, причому один конЧетверта додаткова відмінність полягає в тотакт первинної обмотки першого трансформатора му, що блок керування додатково містить блок приєднаний до одної з фаз асинхронного трифазстабілізатора напруги. ного генератора, а другий контакт первинної обмоП'ята додаткова відмінність полягає в тому, тки першого трансформатора приєднаний до сещо вітроелектрична установка ВЕУ додатково місредньої точки другого трансформатора, а вторинні тить джерело безперебійного живлення змінним обмотки обох трансформаторів з'єднані узгоджено струмом мережевої напруги, яке складається із і підключені до стабілізатора напруги, вихід якого зарядного пристрою, акумуляторної батареї та з'єднаний із споживачем. Коефіцієнт трансформаінвертора. 3 рази ції першого трансформатора більший у Шоста додаткова, до першої додаткової, від2 мінність полягає в тому, що опора-труба складавід коефіцієнта трансформації другого трансфорється із сполучених кріпленнями двох або трьох матора. секцій, на нижній секції знаходиться ключ, за доСпільними ознаками з пристроєм, що заявляпомогою якого запускають або зупиняють трилоється, є: наявність у конструкції пристроюпатевий вітродвигун. прототипу трилопатевого вітродвигуна, редуктора, Суть винаходу пояснюється кресленнями, де асинхронного трифазного електричного генератона Фіг 1 зображено загальний вигляд вітроелектра, і блока керування. ричної установки ВЕУ, на Фіг.2 зображено у збільПричинами, що перешкоджають одержанню шеному вигляді трилопатевий вітродвигун, на Фіг.3 потрібного технічного результату, є не досить вдазображено поперечний переріз лопаті, а на Фіг.4 ло вибраний тип вітродвигуна та відносна складнаведено структурно-функціональну схему вітроність електричної системи генератора. електричної установки ВЕУ. 7 82741 8 Вітроелектрична установка ВЕУ складається з можливість відірватись від трилопатевого вітротрилопатевого вітродвигуна 1, який розміщено на двигуна 1. валу 2. Вал 2 з'єднаний із двоступеневим циліндВітроелектрична установка ВЕУ працює у таричним редуктором 3, що передає обертальний кий спосіб. Трилопатевий вітродвигун 1 обертає момент асинхронному електродвигуну трифазного вал 2, який за допомогою двоступеневого циліндструму, який виконує функції електрогенератора ричногоредуктора 3, передає обертальний мо(на кресленнях не показано). Віндрозний пристрій мент електрогенератору (на кресленнях не пока4 орієнтує трилопатевий вітродвигун 1 на вітер. заний). Орієнтація за напрямком вітрового потоку Трилопатевий вітродвигун 1, двоступеневий цилівиконується за допомогою віндрозного пристрою ндричний редуктор 3, електрогенератор і віндроз4. Трилопатевий вітродвигун 1 по відношенню до ний пристрій 4 змонтовані на опорно-поворотному вітрового потоку знаходиться за опорою-трубою 5. механізмі (на кресленнях не показано), який устаОбертовий момент на трилопатевому вітродвигуні новлений на опорі-трубі 5, що складається з двох 1 створюється за рахунок впливу на кожну лопать або трьох секцій. Двоступеневий циліндричний 15 аеродинамічної підіймальної сили вітру. Поредуктор з електрогенератором знаходяться в стійне значення кутової швидкості обертання трисередині кожуха 6, який захищає їх від дії несприялопатевого вітродвигуна 1 в діапазоні швидкості тливих погодних умов. До опори-труби 5 приєднавітру (4,5-25м/с) забезпечує відцентровий аеродино чотири розчалки 7, які за допомогою тяг 8 принамічний регулятор 18. Якщо швидкість вітру бікріплені до якорів 9. Для регулювання та льша 25м/с, трилопатевий вітродвигун 1 автомазакріплення у вертикальному положенні опоритично вимикається. Обертовий момент від труби 5 розчалки 7 натягають за допомогою талтрилопатевого вітродвигуна 1 через двоступенерепів 10 з чотирьох боків. Стріла підйому 11 привий циліндричний редуктор 3 передається електзначена для того, щоб під час монтажу установки рогенератору, що генерує змінний трифазний повернути у вертикальне положення опору-трубу 5 струм. По розміщеному в середині опори-труби 5 навколо шарнірного механізму 12 за допомогою електричному кабелю (на кресленнях не показалебідки або трактора. На нижній секції опориний) генерований змінний трифазний струм надтруби 5 знаходиться ключ 13, за допомогою якого ходить до блока керування і збудження 14, де відзапускають або зупиняють трилопатевий вітродвибувається контроль параметрів напруги, гун 1. Блок керування і блок збудження 14 забезкерування подальшим направленням трифазного печують контроль параметрів напруги, керування змінного струму до блока стабілізатора напруги, а подальшим направленням трифазного змінного також, забезпечення збудження асинхронного струму, а також роботу асинхронного електродвиелектродвигуна, що виконує функції електрогенегуна в режимі електрогенератора. Трилопатевий ратора (Фіг.4). Стабілізована трифазна напруга вітродвигун 1 складається з трьох лопатей 15 380В, 50Гц від блока стабілізатора напруги надхо(Фіг.2), які жорстко закріплені в махах 16, що, в дить до комутаційного пристрою, який працює в свою чергу, на підшипниках установлені в маточиавтоматичному і/або ручному режимі і керує трьонах 17. Відцентровий аеродинамічний регулятор ма варіантами режимів роботи: кутової швидкості 18 забезпечує можливість пово1) автономним, в якому стабілізована трифазроту лопатей 15 навколо їх поздовжньої осі за рана напруга 380В, 50Гц надходить до споживача; хунок відцентрових сил, що діють на грузи 19 під 2) резервним режимом, в якому стабілізована час обертання трилопатевого вітродвигуна 1. Грутрифазна напруга 380В, 50Гц надходить на зарядзи 19 жорстко закріплені на махах 16. Лопаті 15 ний пристрій, який випрямляє змінну напругу на виготовлені з алюмінієвих сплавів (ГОСТ 4784-97) постійну і заряджає акумуляторну батарею. Пометодом екструзії за ДСТУ Б В. 2.6-3-95 (ГОСТ стійна напруга з акумуляторної батареї надходить 22233-93) і мають форму пресованих профілів на інвертор, який перетворює постійну напругу в постійного поперечного перерізу з пустотілими змінну однофазну стабілізовану напругу 220В, каналами в середині. На Фіг.3 зображено попере50Гц, яка у випадку необхідності надходить до чний переріз лопаті, яка складається з корпусу 20, споживача. Зарядний пристрій, акумуляторна бав якому розміщені пустотілі канали 21-25. Форма, тарея та інвертор є складовими елементами джерозміри та розміщення пустотілих каналів були рела безперебійного живлення. визначені у результаті експериментальних дослі3) режим, за яким одночасно направляється джень різних варіантів пустотілих каналів, відбору споживачеві стабілізована трифазна напруга оптимальної форми та числа пустотілих каналів. 380В, 50Гц від комутаційного пристрою, а також Пустотілі канали мають такі функціональні признаоднофазна стабілізована напруга 220В, 50Гц від чення: інвертора. - зменшують вагу лопаті; Зворотній зв'язок з інвертора до електрогене- забезпечують підвищення міцності та надійратора може використовуватись для підтримання ності завдяки загартуванню алюмінієвого сплаву роботи електродвигуна в режимі електрогенератопо всій товщині стінок лопаті, при цьому зникає ра, коли швидкість вітрового потоку нижче можливість появи мікротріщин в корпусі лопаті; 4,5м/сек. Це дає можливість забезпечити більш - пустотілий канал 21, крім того, призначений тривалу та стабільну роботу вітроелектричної для виконання балансування лопатей; установки ВЕУ. - у пустотілі канали 22 і 25 протягують і фіксуПопередні іспити дослідної ВЕУ показали, що ють трос (на кресленнях не показаний), який на вітроелектрична установка працездатна, не повипадок механічного пошкодження лопаті не дає їй требує постійної присутності обслуговуючого персоналу. 9 82741 10 Вітроелектрична установка ВЕУ, що заявляексплуатації, може бути виготовлена на стандартється, порівняно проста за конструкцією, надійна в ному обладнанні. Комп’ютерна верстка О. Гапоненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601