Ветроэлектростанция Петли

(51) 03 5/00 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ диэлектрических дисков 4, установленных на подшипниках 10 базового вала 9 и траверс с клиновидными сегментами 11 и расположенными на них обмотками 2 индукционного ротора,вращаемого вокруг базового вала 9 ветропарусами 19. Для увеличения КПД ветропривода его элементы выполнены в виде ветропарусов 19, расположенных непосредственно на внешней стороне траверс 5 индукционного ротора, а угол их раскрытия обеспечивает муфта управления ветропарусами 24, в свою очередь, регулируемая электромагнитами вариации ветропарусов 26. Техническим результатом является снижение тормозного момента М ротора и увеличение КПД ветропривода,малозатратная выработка электроэнергии при ветряном потоке 4-5 м/сек. Стационарная ветроэлектростанция представляет собой сооружение в виде вертикальных колоннбашен, установленных на конусообразных опорахфундаментах, выполняющих так же функции электрощитового помещения. По окружности каждой колонны-башни,являющихся электрогенераторами, расположены ветропарусы,установленные на траверсах индукционного ротора. Ветряной поток, независимо от его направления,воздействует на ветропарусы, приводя во вращение ротор электрогенератора. Электроэнергия,выработанная сверх номинального значения,приложена к электромагнитам муфты управления ветропарусами, удерживая обороты ротора в заданных пределах. Для обеспечения штормовой устойчивости встро электростанция выполнена в виде двух колоннбашен, базовые валы которых соединены между собой в концевой верхней части горизонтальной балкой, фиксированной тросами-растяжками.(57) Согласно мировой статистике 95 всех выпускаемых в мире ветроэлектростанций трехлопастные с горизонтальной осью, которым присущи два существенных недостатка 1. Низкий Коэффициент полезного действия ветропривода. 2. Значительный тормозной момент М ротора всех известных элекгрогенераторов. Поэтому проблема увеличения КПД встропривода и снижение тормозного момента М ротора электрогенераторов является весьма актуальной. В заявляемой ветроэлектростанции основой конструкции является электрогенератор, где для снижения тормозного момента ротора электрогенератора магниты 13 статора скомпонованы в сектроно-дисковые магнитоблоки 1, закрепленные один за другим с зазором между их полюсами на неподвижном базовом валу 9, а между ними расположены свободно вращаемые вокруг базового вала 9 диэлектрические обоймы-кассеты 3,в ячейки которых вставлены обмотки 2 индукционного ротора,смонтированные на клиновидных сегментах 11 траверс 5 из алюминиевого сплава, а сами траверсы закреплены на периферии диэлектрических опорных дисков 4,вращаемых ветроприводом 19, установленным непосредственно на внешней стороне траверс 5 индукционного ротора, состоящего из опорных Изобретение относится к возобновляемым энергоисточникам для выработки электроэнергии ветроприводом в мобильном и стационарном вариантах на мощности от 100 Вт до 10 МВт и более. Предшествующий уровень техники. Согласно мировой статистике 95 всех выпускаемых в мире вегрогенераторов трехлопастные с горизонтальной осью. Современная высокотехнологичная конструкция в электрогенераторы ветряков установлены сильные неодимовые постоянные магниты, лопасти имеют профиль, близкий к профилю самолетного крыла. Известен универсальный генератор,вырабатывающий электрическую энергию при воздействии природных сред,обладающих кинетической энергией ( 2103782 С 1, 1998). Генератор состоит из полого цилиндрического статора с прикрепленной к нему облицовкой, в которую заделана рабочая проволочная обмотка. Статор жестко закреплен на неподвижной оси и охвачен с зазором цилиндрической конструкцией ротора, вращающегося на оси. Ротор снабжен прикрепленными к нему изнутри постоянными магнитами и снаружи сточен ребрами, к которым крепятся сменные лопасти. Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является модель униполярной динамо-машины М.Фарадея,содержащая неподвижные магниты, а между их полюсами установлен медный диск, к оси и периферии которого подсоединены электрощетки, а к ним подключены гальванометры (Кудрявцев П.С. Фарадей. М. Просвещение, 1969, с. 32-33). При равномерном вращении диска, в результате магнитной индукции наводилась разность потенциалов электрического тока между центром и периферией диска, и гальванометры показывали постоянное отклонение. При вращении диска в обратном направлении,направление тока изменялось на противоположное. Однако все известные ветроэлектрогенераторы обладают двумя общими существенными недостатками 1. Низкий коэффициент полезного действия лопастного ветропривода. 2. Присущий всем известным электрогенераторам тормозной момент М ротора требует значительных механических усилий на его преодоление, причем эти усилия - безвозвратные потери первичного привода. Магнитное поле статора, взаимодействуя с магнитным полем ротора, создает тормозной момент, действующий противоположно вращению ротора. Первичный двигатель, приводящий во вращение генератор, должен развивать момент, равный и противоположный тормозному,затрачивая значительную механическую энергию,преобразуемую в электрическую, а также индуцируются токи, называемые вихревыми токами. Эти токи вызывают нагрев ротора, статора, и на их 2 образование также расходуется определенная часть энергии. Поэтому проблема увеличения КПД ветропривода и снижение тормозного момента М ротора электрогенераторов является весьма актуальной. Сущность изобретения. Сущность изобретения состоит в том, что в заявляемой ветроэлектростанции основой конструкции является электрогенератор, где для снижения тормозного момента ротора электрогенератора магниты 13 статора скомпонованы в секторно-дисковые магнитоблоки 1, закрепленные один за другим с зазором между их полюсами на неподвижном базовом валу 9, а между ними расположены свободно вращаемые вокруг базового вала 9 диэлектрические обоймы-кассеты 3,в ячейки которых вставлены обмотки 2 индукционного ротора,смонтированные на клиновидных сегментах 11 траверс 5 из алюминиевого сплава, а сами траверсы закреплены на периферии диэлектрических опорных дисков 4,вращаемых ветроприводом 19, установленным непосредственно на внешней стороне траверс 5 индукционного ротора, состоящего из опорных диэлектрических дисков 4, установленных на подшипниках 10 базового вала 9, и траверс с клиновидными сегментами 11 и расположенными на них обмотками 2 индукционного ротора,вращаемого вокруг базового вала 9 ветропа-русами 19. Для увеличения КПД ветропривода его элементы выполнены в виде ветропарусов 19, расположенных непосредственно на внешней стороне траверс 5 индукционного ротора, а угол их раскрытия обеспечивает муфта управления ветропарусами 24, в свою очередь, регулируемая электромагнитами вариации ветропарусов 26. Техническим результатом является снижение тормозного момента М ротора и увеличение КПД ветропривода, малозатратная выработка электроэнергии при ветряном потоке 4-5 м/сек. Изобретение поясняется фигурами 1, 2, 2 А, 3,3 А, 4, 5, 6 и 7. На фиг.1 показана схема компоновочная ветроэлектростанции Петли (разрез вдоль базового вала (9), вид со стороны тросов-растяжек (27) 9. Базовый вал 18. Электрогенераторы Петли 19. Ветропарус 20. Конусообразный фундамент 21. Несущая труба 22. Втулки ветропаруса 23. Возвратная пружина ветропаруса 24. Муфта управления ветропарусами 25. Опорный подшипник муфты 26. Электромагниты вариации ветропарусов 27. Тросс- растяжка 28. Изолятор 29. Штырь муфты 30. Горизонтальная балка. На фиг.2 показан статор ветроэлектростанции Петли (разрез вдоль базового вала) 1. Секторно-дисковые магнитоблоки 4. Опорные диски ротора. 9. Базовый вал. 20. Конусообразный фундамент 21. Несущая труба 25. Опорный подшипник муфты 26. Электромагниты вариации ветропарусов 28. Изолятор 29. Штырь муфты 31. Электрощит. На фиг.2 А показан секторно-дисковой магнитоблок электрогенератора ветроэлектростанции Петли 12. Стальной секторный диск магнитоблока 13. Полюсы магнитов 14. Фиксаторы магнитов 15. Междусекторные стойки На фиг.3 показан ротор ветроэлектростанции Петли (разрез вдоль базового вала). 2. Индукционные обмотки 4. Опорные диски ротора 5. Траверсы ротора 9. Базовый вал 19. Ветропарус 20. Конусообразный фундамент 21. Несущая труба 22. Втулки ветропаруса 24. Муфта управления ветропарусами 25. Опорный подшипник муфты 26. Электромагниты вариации ветропарусов 28. Изолятор 29. Штырь муфты 30. Электрощит. На фиг. 3 А показана схема компоновочная индукционных обмоток ротора ветроэлектростанции Петли 2. Индукционные обмотки 3. Диэлектрическая кассета-обойма 4. Опорные диски ротора 5. Траверсы ротора 11. Клиновидные сегменты траверс ротора 17. Перегородки ячеек диэлектрической кассетыобоймы. На фиг.4 показан вариант установки ветропарусов на траверсы индукционного ротора ветроэлектростанции Петли 5. Траверса ротора 9. Базовый вал 11. Клиновидные сегменты траверс ротора 19. Ветропарус 20. Конусообразный фундамент 21. Несущая труба 22. Втулки ветропаруса 24. Муфта управления ветропарусами 25. Опорный подшипник муфты 26. Электромагниты вариации ветропарусов 28. Изолятор 29. Штырь муфты. На фиг. 5 показано расположение электромагнитов вариации ветропарусов и опорного подшипника муфты управления ветропарусами ветроэлектростанции Петли 4. Опорный диск ротора 3 5. Траверса ротора 19. Ветропарус 21. Несущая труба 22. Втулки ветропаруса 24. Муфта управления ветропарусами 25. Опорный подшипник муфты 26. Электромагниты вариации ветропарусов 28. Изолятор 31. Электрощит 32. Потолочная плита конусообразного фундамента. На фиг.6 показана муфта управления ветропарусами ветроэлектростанции Петли 4. Опорный диск ротора 5. Траверса ротора 9. Базовый вал 19. Ветропарус 21. Несущая труба 22. Втулки ветропаруса 24. Муфта управления ветропарусами 25. Опорный подшипник муфты 26. Электромагниты вариации ветропарусов 28. Изолятор 29. Штырь муфты 31. Электрощит 32. Потолочная плита конусообразного фундамента 33. Паз - ограничитель 34. Демпферная пружина. На фиг.7 показаны вариации парусов ротора ветроэлектростанции Петли (вид сверху) 19. Ветропарусы 22. Втулки ветропарусов 29. Штыри муфты управления ветропарусами Принцип работы устройства Стационарная ветроэлектростанция представляет собой сооружение в виде вертикальных колоннбашен, установленных на конусообразных опорахфундаментах, выполняющих так же функции электрощитового помещения(фиг.1). По окружности каждой колонны-башни, являющихся электрогенераторами, расположены ветропарусы 19,установленные на траверсах 5 индукционного ротора (фиг.3). Ветряной поток, независимо от его направления,воздействует на ветропарусы, приводя во вращение ротор электрогенератора. Электроэнергия,выработанная сверх номинального значения,приложена к электромагнитам 26 муфты управления ветропарусами, удерживая обороты ротора в заданных пределах. При вращении ротора ветропарусами (19) индукционные обмотки(2) пересекают перпендикулярно магнитные силовые линии между полюсами магнитоблоков (1). В результате в индукционных обмотках (2) возбуждается ЭДС,поступающая на электрощетки (7), далее на токосъемные кольца(токопроводящие подшипники). Множество независимых индукционных обмоток ротора позволяет включать их между собой параллельно, последовательно или комбинировано. Для обеспечения штормовой устойчивости ветроэлектростанция выполнена в виде двух колонн-башен, базовые валы которых соединены между собой в концевой верхней части горизонтальной балкой, фиксированной тросамирастяжками. Вариант изготовления изобретения. 1. Базовый вал отливка, прокат, мехобработка(сталь). 3. Диск секторно-дискового магнитоблока,прокат,вырезка,штамповка,мехобработка,напрессовка, сварка, пайка по центру длины корпусвтулки магнитоблока (сталь). 4. Междусекторные стойки вырезка, штамповка,мехобработка, сварка, пайка к диску магнитоблока(сталь). 5. Фиксаторы магнитов, вырезка, штамповка,мехобработка, сварка, пайка к периферии между секторных стоек (сталь). 6. Диэлектрические кассеты-обоймы, литье,формовка, штамповка. 7. Траверсы ротора с клиновидными сегментами литье из алюминиевого сплава. 8. Опорные диски траверс индукционного ротора(желательно диэлектрик), формовка, прессовка,мехобработка. 9. Индукционные обмотки ротора, намотка на клиновидных сердечниках (медь, алюминий). 10. Проходной блок-изолятор диэлектрик,формовка, мехобработка. 11. Секторные магниты, постоянные магниты,формовка, спекание, желательно Неодим Феррум Бор. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Ветроэлектростанция, содержащая ветродвигатель и электрогенератор, отличающаяся тем, что ветродвигателем являются ветропарусы,расположенные на траверсах индукционного ротора электрогенератора, на базовом валу которого по его длине один за другим жестко посажены секторнодисковые магнитоблоки, между полюсами которых установлены свободно вращаемые дисковые диэлектрические обоймы-кассеты, а в их ячейки вставлены обмотки индукционного ротора,изготовленные на клиновидных сегментах траверс,закрепленных на опорных диэлектрических дисках индукционного ротора, при этом электрогенератор содержит электромуфту управления ветропарусами и установлен вертикально на конусообразном фундаменте,выполняющем также функции электрощитового помещения,а ветроэлектростанция выполнена в виде двух колонн-башен, базовые валы которых соединены между собой в концевой верхней части горизонтальной балкой, фиксированной тросамирастяжками.