Контрроторная ветроустановка

(51) 03 7/06 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ отдельных энергопотребителей. Контроторная ветроустановка состоит из ветродвигателя с вертикальной осью воспринимающего поток ветра,мультипликатора, преобразующего вращательное движение ветродвигателя во вращательное движение роторных валов контрроторного генератора. Ветродвигатель закреплн при помощи подшипниковых опор на каркасе ветроустановки. Каркас ветроустановки крепится при помощи тросов на фундамент. Мультипликатор и контрроторный генератор размещены под ветродвигателем. Мультипликатор, при помощи шестеренчатых передач, обеспечивает встречные вращения ротора и контрротора, повышая, при этом, угловые скорости вращения этих элементов. В целях вывода из рабочего режима генератор имеет механизм вертикального перемещения. Изобретение позволяет повысить устойчивость и надежность основных элементов ветроустановки и обеспечить выработку электроэнергии при слабых ветровых потоках.(72) Орынбаев Сейтжан Ауесжанович Туманов Исакул Елегенович Бекбаев Амангельды Бекбаевич Джунисбеков Мухтар Шардарбекович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Изобретение относится к области устройств,предназначенных для получения электрической энергии путм использования возобновляемых источников энергии, в частности энергии ветрового потока, и может быть использовано для автономного энергоснабжения отдаленных,труднодоступных объектов, а также для целей Изобретение относится к области электроэнергетики и будет использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию для удаленных от электрических сетей потребителей, практически во всех погодноклиматических условиях. Изобретение относится в ветроэнергетическим установкам(ВЭУ),предназначенным для работы в широком диапазоне скоростей ветра, начиная со слабых значений от 2,0 м/с,и обеспечивающим возможность сохранности генератора в заданных условиях урагана (от 24,5 м/с). Большинство известных контрроторных ВЭУ Патент 4213057, кл 290-44, опубл. 1980 г.,Патент 1333821, опубликовано 30.08.1987 г. МПК 03 1/02, Патент 1787205,опубликовано 07.01.1993 г. МПК 03 1/02,Патент 1402706, опубликовано 15.06.1988 г. МПК 03 1/02 основаны на работе двух,расположенных друг за другом, турбин или одно в другом ветроколес,вращающихся в противоположных направлениях и соединнных с ротором и контрротором механическими связями различного типа. При этом, неравномерность вращения турбин (ветроколес) из-за нестабильного характера реальных воздушных потоков в атмосфере, усугубляется вторичными помехами от встречного вращения аэродинамических компонентов конструкции, что в конечном итоге приводит к низкому качеству электроэнергии,вырабатываемой ВЭУ. Действующие, по тому же техническому принципу,однотурбинные контрроторные установки или ненаджны из-за применения непрочных, недолговечных и подверженных деформациям гибких связей между турбиной и электромагнитными элементами генератора(коаксиальный вариант конструкции) или использования в тех же целях сложных мультипликаторных узлов (соосный вариант конструкции). Превышение атмосферными потоками номинальной скорости ветра, например,при переходе к сильному ветру (от 24,5 м/с), а затем урагану(от 32,6 м/с),скорость вращения ветродвигателя достигает критического значения. Если, при этом, ветродвигатель имеет неразъмную связь с генератором, то последний, самый ответственный и ценный механизм ВЭУ, в первую очередь подвергается разрушению. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является комплекс ветроэнергетический патент России 2340789 опубликовано 22.02.2007 г., МПК 03 7/06. Комплекс содержит контрроторные вертикальноосевые ветродвигатели на основе НМ-роторов Дарье с траверсами и крыльями аэродинамического профиля и многополюсный электрогенератор,снабжнный,дополнительно,планетарной суммирующей передачей,механизмом автоматического сцепления и электромеханическим тормозом. Недостатком данного комплекса является сложность конструкции, что приводит к проблемам 2 в обслуживании данного комплекса. Комплекс состоит из двух ярусов, причем нижний ярус приводится во вращение принудительно, то есть комплекс рассчитан на ветра со скоростью более 9 м/с. Также, не учтены возможности вывода электрогенератора из рабочего режима при сильных ветрах. По данным всемирной метеорологической организации и МАГАТЭ на большей части территории Казахстана (около 90) наблюдаются среднегодовые скорости ветра от 2 до 5 м/с, и поэтому использовать ВЭУ,для которых необходима рабочая скорость ветра более 9 м/с становиться просто не эффективно. Многие изготовители ВЭУ декларируют начало работы ВЭУ при очень низких скоростях (1,5-1,75 м/сек), а на практике при ветре 2,5-3,5 м/сек, ни одна из выпускаемых в настоящее время ВЭУ не может производить электрическую энергию, пригодную к употреблению. Технической задачей изобретения является обеспечение,при сохранении преимуществ однотурбинного привода и контрроторной конструкции генератора, большей устойчивости и наджности работы ВЭУ как при слабых ветрах от 2 до 5 м/с, так и вывод электрогенератора из рабочего режима при ураганных ветрах, также условий для безопасной эксплуатации и более удобного обслуживания. Поставленная задача решается за счет того, что на вал ветродвигателя устанавливается ведущая шестерня, которая приводит во вращение ведомые шестерни ротора генератора и вспомогательного вала с коэффициентом мультипликации . Вспомогательный вал мультипликатора,с установленными на ней шестеренками,обеспечивают обратное направление вращения вала контрротора генератора, увеличивая, при этом,угловую скорость вращения с коэффициентом мультипликации . В итоге вал ротора генератора вращается с коэффициентом мультипликации , а вал контрротора с коэффициентом мультипликации. Таким образом, встречное вращение ротора и контрротора генератора с коэффициентами мультипликациииувеличивает угловую скорость вращения генератора враза относительно скорости вращения ветродвигателя,тем самым обеспечивая стабильную выработку электрической энергии ветроустановкой при слабых ветрах от 2 до 5 м/с. В необходимых случаях (сверхнормативные скорости ветра и др. внештатные ситуации,ремонтно-восстановительные работы) независимое крепление к каркасу генератора позволяет легко,вручную или с помощью соответствующего механизма, опустить генератор вертикально и вывести из зацепления ведущие и ведомые элементы шестернчатой передачи, тем самым обезопасив от разрушения самые ответственные и ценные генераторные узлы ветроустановки. Технический результат повышение коэффициента использования во времени энергии ветра вне зависимости от его направления и скорости, обеспечение существенного увеличения выработки электроэнергии,упрощение конструкции,которое позволяет улучшить эксплуатационные характеристики, и приводит к снижению стоимости изготовления и эксплуатационных расходов, также к повышению надежности электроснабжения. Технический результат достигается путем внедрения в ветроустановки с вертикальной осью вращения мультипликатора, дающего возможность применить контрроторные генераторы и увеличить угловую скорость вращения. Описание ветроустановки. На чертежах представлена конструктивная схема предполагаемой контрроторной ветроустановки. На фиг.1 изображены составные части контрроторной ветроустановки ветродвигатель вертикально-осевой (в данном случае ротор Савониуса), каркас ветроустановки, тросовое крепление. На фиг.2 изображн мультипликатор ветроустановки. Мультипликатор имеет вал 1 для отбора мощности ветра,шестернки 2,закрепленные на валу ротора и вспомогательного вала, обеспечивающего противовращение вала контрротора, шестернку 3 вспомогательного вала,находящуюся в сцеплении с шестернкой 4 вала контрротора, подшипников 5, обеспечивающих крепление устройства на каркасе ветроустановки,контрроторного генератора 6, также устройство ручного вывода генератора из рабочего режима 7. Работа контрроторной ветроустановки. Под напором атмосферных потоков ветродвигатель с вертикальной осью приходит во вращательное движение. При вращении вала ветродвигателя 1 через шестернчатую передачу 2 вращение передается на вал ротора и вспомогательный вал с коэффициентом мультипликации. Вспомогательный вал передат вращение через шестерню 4 на вал контрротора генератора, также увеличивая через шестернчатую передачу скорость вращения враз, шестерня 3, закреплнная на валу контрротора генератора 6, обеспечивает противовращение вала контрротора генератора 6. При этом, угловая скорость вращения ротора увеличивается враз, а контрротора генератора при этом увеличивается враза относительно скорости вращения ветродвигателя. При достижении ветром скоростей, принятых в качестве критических для целостности приоритетных компонентов генератора 6,данный узел ветроустановки отсоединяется от мультипликтора при помощи устройства 7 и опускается вниз по направлению к фундаменту установки. При этом,взаимодействующие пары 1 и 2, 3 и 4 шестеренчатой передачи(преобразования) вращательного движения ветродвигателя во встречное вращение ротора и контрротора выходят из зацепления. После того как скорость ветра возвращается к номинальному значению, генератор 6 при помощи устройства 7 поднимается вверх до полного рабочего сопряжения парных элементов 1 и 2, 3 и 4 и присоединяется к ветродвигателю. Ветроустановка возобновляет работу в оптимальном и безопасном режиме. То же вертикальное перемещение генератора 6 вниз осуществляется при необходимости ремонта и иного обслуживания оборудования,что обеспечивает удобство проникновения к механизмам. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Контрроторная ветроустановка, содержащая ветродвигатель с вертикальной осью,электрогенератор, мультипликатор, преобразующий вращательное движение ветродвигателя во вращательное движение ротора и контрротора генератора, отличающаяся тем, что имеет вспомогательный вал с закреплнными на ней шестеренками, который при вращении вала ветродвигателя обеспечивает обратное к вращению ротора генератора вращение вала контрротора с коэффициентом мультипликации , где коэффициент мультипликации для вала ротора и вспомогательного вала со стороны ветродвигателя-коэффициент мультипликации для вала контрротора. 2. Контрроторная ветроустановка по п.1,отличающаяся тем, что имеет механизм вывода узла генератора из рабочего режима при критических значениях скорости ветра.