Ветроэнергостанция “Тополь”

(51) 03 3/00 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ техническом здании в виде башни с машинными отделениями, и соединенных с генераторами и регулируемыми по весу механическими аккумуляторами энергии, лопасти ветроагрегатов одной гранью закреплены к радиальным осям шарнирно попарно в горизонтальном положении,зеркально, одни снизу, другие сверху радиальных осей, к тем же граням лопастей закреплены регулируемые противовесы, придающие лопастям невесомость, а к противоположным граням одним концом соединены регулирующие угол открытия лопастей шарнирные тяги с амортизаторами, другим концом тяги соединены с кольцевыми элементами,на которых установлены захваты для блокирования раскрытия лопастей, при этом, ветроагрегаты имеют кольцевой рельсовый путь, который жестко закреплен снизу к радиальным осям лопастей головкой рельса вниз и опирается на установленные на консолях башни колеса с валами и шкивами,передающими вращательное движение ветроагрегатов к генераторам. Ветроагрегаты устанавливают на больших высотах от поверхности земли, где ветер постоянный(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Корпорация БАЗИС-А(57) Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроэнергоустановкам карусельного типа больших мощностей, электроэнергию которых можно использовать для промышленных целей городов и населенных пунктов, а также для подпитки линий электропередач, находящихся между городами. Задачей изобретения является создание ветроэнергостанции большой мощности,повышенного КПД, обеспечивающей возможность надежной бесперебойной выработки электроэнергии для промышленного использования. Ветроэнергостанция выполнена в виде автономных ветроагрегатов, установленных на 24777 Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроэнергоустановкам карусельного типа больших мощностей, электроэнергию которых можно использовать для промышленных целей городов и населенных пунктов, а также для подпитки линий электропередач, находящихся между городами. Известен ветродвигатель карусельного типа,содержащий вертикальный вал и присоединенные к нему лопасти, расположенные парами во взаимно перпендикулярных плоскостях. Вал выполнен в виде поворотной трубы, имеющей возможность поворачиваться вокруг своей оси, эта труба надета на другую трубу меньшего диаметра, нижним концом заглубленную в грунт основания. Лопасти,расположенные на разной высоте, выполнены в виде рам с клапанами, представляющими собой пластины со стержнями, шарнирно прикрепленными к рамам(Пат.2211946, кл. 03 3/06, оп. 10.09.2003 г.). Недостатком ветродвигателя является большое количество пространственных сооружений,удерживающих лопастные клапаны, что приводит к значительным ветровым сопротивлениям конструкции. При вращении лопастей клапаны,переходя от рабочего в противоположное ветру движение, открываются под воздействием ветрового потока и, прежде чем занять положение,параллельное ветру, переходят в колебательное движение,оказывающее дополнительное сопротивление движению ветродвигателя, что приводит к вибрации конструкции. Указанные конструктивные особенности снижают КПД ветродвигателя. Кроме того, данная конструкция с вертикальным рабочим валом не может быть сооружена большой высоты, где ветер постоянный,поэтому она не может вырабатывать большое количество электроэнергии. Известна ветроэнергостанция карусельного типа,которая содержит вертикальный трубчатый вал,верхний конец которого размещен в подшипнике крестовины, а нижний кинематически соединен с генератором электрического тока. В устройстве установлены ярусами ветроагрегаты, выполненные в виде дискообразной конструкции, содержащей кольцевые элементы в виде концентричных ободов и радиальные оси с закрепленными шарнирно на осях лопастями с образованием зазора между валом и срезанной кромкой лопасти. В зазорах размещены кольца, соединенные тягами с механизмом регулирования угла поворота лопастей. При этом,лопасти установлены под углом к плоскости концентричных ободов нижнего яруса (Пат.2049263, кл. 03 3/00, оп. 27.11.1995 г.). Недостатки конструкции состоят в том, что лопасти, закрепленные к горизонтальным осям и находящиеся под острым углом к вертикали, при воздействии ветра переходят в горизонтальное положение при обратном движении к ветру. При этом затраченная энергия ветра для поднятия лопастей в горизонтальное положение приводит к потере ветровых усилий для вращения ветродвигателя. Кроме того, т.к. лопасти находятся в наклонном положении и сориентированы так, что 2 при движении ветра в обратном положении лопастей они работают на взлет, а при движении по ветру - на посадку, это приводит к перекосу работы механизмов устройства и выходу его из строя. В варианте повышенной мощности ветроэнергостанции, где оси лопастей расположены немного выше их центра, предполагалось, что сопротивление ветровому потоку уменьшится при открытии лопасти, но, учитывая, что верхняя часть лопасти также движется по направлению к ветру,лопасть не сможет своевременно перейти в горизонтальное положение, в связи с чем,уменьшится КПД ветроэнергоустановки. Недостатком конструкции является также большое количество крепежных деталей лопастей, что снижает работоспособность данной конструкции. Задачей изобретения является создание ветроэнергостанции большой мощности,повышенного КПД, обеспечивающей возможность надежной бесперебойной выработки электроэнергии для промышленного использования. Для достижения указанного технического результата ветроэнергостанция карусельного типа,включающая установленные ярусами ветроагрегаты,выполненные в виде дискообразной конструкции,содержащей кольцевые элементы и радиальные оси с закрепленными шарнирно на осях лопастями,согласно изобретению выполнена в виде автономных ветроагрегатов установленных на техническом здании в виде башни с машинными отделениями, и соединенных с генераторами и регулируемыми по весу механическими аккумуляторами энергии, лопасти ветроагрегатов одной гранью закреплены к радиальным осям шарнирно попарно в горизонтальном положении,зеркально, одни снизу, другие сверху радиальных осей, к тем же граням лопастей закреплены регулируемые противовесы, придающие лопастям невесомость, а к противоположным их граням одним концом соединены регулирующие угол открытия лопастей шарнирные тяги с амортизаторами, другим концом тяги соединены с кольцевыми элементами, на которых установлены захваты для блокирования раскрытия лопастей, при этом, ветроагрегаты имеют кольцевой рельсовый путь, который жестко закреплен снизу к радиальным осям головкой рельса вниз и опирается на установленные на консолях башни колеса с валами и шкивами, передающими вращательное движение ветроагрегатов к генераторам. Валы со шкивами снабжены храповыми механизмами. Техническое здание ветроэнергостанции снабжено лифтом. Выполнение ветроэнергостанции в виде автономных ветроагрегатов, установленных на капитальном техническом здании в форме башни обеспечивает возможность установки ветроагрегатов высоконад землей, на высоте с постоянным ветром, за счет чего возможна бесперебойная выработка электроэнергии для промышленного использования. Это позволяет использовать ветроэнергостанцию в районах с умеренными ветрами. Для установки 24777 ветроэнергостанции предлагаемой конструкции можно использовать также высотные административные и жилые здания. Выполнение ветроагрегатов автономными,соединенными с генераторами и механическими аккумуляторами энергии, позволяет обеспечить бесперебойную и высокую работоспособность всей конструкции в случае возможной поломки одного из элементов устройства ветроагрегата. В предлагаемом техническом решении ветроагрегаты вращаются вокруг башни технического здания ярусами, а сама башня является капитальной основой, несущей нагрузки,как ветровые, так и конструктивные от ветроагрегатов,что позволяет получить электроэнергию большой мощности с обеспечением надежности конструкции. В предложенной конструкции лопасти ветроагрегатов одной гранью закреплены к радиальным осям шарнирно попарно,горизонтально, одни сверху, другие снизу радиальных осей и параллельно движению ветра в обратном вращению ветроагрегата направлении,при этом к тем же граням лопастей закреплены регулируемые противовесы, придающие лопастям невесомость, что исключает при их закрытии сопротивление ветровому потоку. При работе лопастей по ветру они под воздействием ветра и противовесов открываются независимо от их веса,одна вниз, другая вверх от 0 до 90 зеркально по отношению к горизонтальной оси ветроагрегата в зависимости от заданных параметров, которые определяются шарнирными тягами с амортизаторами. Шарнирные тяги с амортизаторами одним концом закреплены к шарнирным граням лопастей, а другим - к кольцевым элементам ветроагрегатов. При открытии под заданным углом лопасти также расположены зеркально друг другу и центруют ветровой поток по отношению к горизонтальной оси ветроагрегата, что определяет надежную его работу. Вместе с тем, ветроагрегаты не имеют дополнительных крепежных элементов кроме наклонных грузовых тяг, которые имеют незначительную площадь поперечного сечения,служат тросовыми тягами и не оказывают значительного влияния на ветровой поток в местах расположения лопастей, чем и достигается высокий КПД ветроэнергостанции. Возможность бесперебойной выработки электроэнергии обеспечивается за счет равномерного размещения лопастей с регулируемыми противовесами по окружности в горизонтальном положении, которые по заданным параметрам ветрового потока раскрываются, а при движении против ветрового потока под воздействием противовесов переходят в горизонтальное положение. Лопасти открываются под углом от горизонтали в зависимости от скорости ветра. Чем сильнее ветровой поток, тем меньше угол открытия лопастей, так как скорость вращения ветроагрегата будет равна скорости ветра. Поэтому скорость ветра уравновешивает скорость вращения ветроагрегата, чем и определяет высокий кпд данной конструкции. На ветроагрегате имеются захваты, блокирующие открытие лопастей при ураганных ветрах. Установка в конструкции ветроэлектростанции механических аккумуляторов энергии на каждом ветроагрегате обеспечивает работу генераторов при отсутствии ветра и регулирует постоянные равномерные обороты, передаваемые к генераторам за счет их большого веса и служат маховиками. Ветроагрегаты предложенной конструкции работают при ветрах любого направления без какихлибо настроечных операций. На прилагаемых чертежах представлено предлагаемое изобретение. На фиг.1 изображена ветроэнергостанция - вид сверху в разрезе, на фиг. 2-вид сбоку ветроэнергстанции с фрагментами работы механизмов, на фиг.3 -схема работы лопастей с противовесами и тягами шарнирными, на фиг. 4 - механизмы, передающие вращательные движения от ветроагрегата к генератору и механическому аккумулятору энергии. Предлагаемая ветроэнергостанция карусельного типа состоит из технического здания 1 башенного типа большой высоты (типа труб ТЭЦ), верхняя часть которого представляет собой башню с консолями 2, расположенными вокруг башни поярусно, на которых закреплены подшипниковые опоры с валами 3, одним концом направленные в машинное отделение, а на других концах имеющие закрепленные на них колеса 4 с буртиками. Сверху на колеса 4 ярусами установлены ветроагрегаты 32 карусельного типа, которые состоят из кольцевых элементов внешних колец 5 и внутренних колец 6 и 13, жестко соединенных между собой радиальными осями 7 лопастей 8, которые лучеобразно, на равном расстоянии установлены перпендикулярно оси башни. Лопасти 8 расположены попарно,горизонтально зеркально - одни сверху, а другие снизу горизонтальной оси ветроагрегата 32 и соединены шарнирами 9 к радиальным осям 7. У осей 7 к одним граням лопастей 8 закреплены регулируемые противовесы 10,а к противоположным граням лопастей 8 одним концом соединены регулируемые шарнирные тяги 11 с амортизаторами 12, а другим концом тяги соединены с кольцами 5 и 13. Снизу к радиальным осям 7 в расположении вертикальных стоек 15 жестко закреплены рельсовые кольцевые пути 14 головкой рельсов вниз, контактирующие с колесами 4. Для конструктивной жесткости ветроагрегатов в узлах соединения внутренних колец 6 с осями 7 лопастей 8 установлены вертикальные стойки 15, к которым к верхним концам закреплены наклонные грузовые тяги 16, и горизонтальные обвязки 17,другими концами наклонные грузовые тяги 16 закреплены к внешним кольцам 5. По диагонали между кольцами 5 и 6 установлены дополнительные ребра жесткости 18. На внешних 5 и внутренних кольцах 13 закреплены захваты 31, блокирующие раскрытие лопастей 8, соединенные с источником электроэнергии (на чертеже не показан). В машинных отделениях здания 1 на валах 3 установлены с храповым механизмом шкивы 19 с 3 24777 ремнями 20, передающими вращательные движения от ветроагрегатов шкивам 21 генераторов 22, а ремни 23, направленные к шкивам 24, узлам приводов 25 и регулируемым по весу механическим аккумуляторам энергии 26, состоящим из круглых в плане вращающихся емкостей с радиальными перегородками. Техническое здание 1 оборудовано грузопассажирским лифтом 27 и монтажными тельферами 28. Для ремонтно-профилактических работ предусмотрены площадки 29, а на крыше башни технического здания 1 установлен монтажный кран 30. Башня ветроэнергоустановки может быть снабжена сигнальными огнями. Ветроэнергостанция действует следующим образом. Устанавливается невесомость лопастей 8 для расчетной скорости ветра. Для этого противовесы 10 регулируются так, чтобы до расчетной скорости ветра лопасти 8 находились в горизонтальном положении. При достижении необходимых скоростей ветра лопасти 8 переходят к вертикальному положению под таким углом к горизонтали, который регулируется шарнирными тягами 11 с амортизаторами 12. Под действием ветрового потока на лопасти 8 ветроагрегаты вращаются вокруг вертикальной оси башни технического здания 1, передвигаясь рельсовыми путями 14 по колесам 4. Ветроагрегаты приводят во вращательное движение последовательно колеса 4,валы 3, шкивы 19, ремни 20, шкивы 21 и электрогенераторы 22. Также ветроагрегаты приводят во вращательное движение последовательно шкивы 19, ремни 23, шкивы 24,узлы приводов 25 и механические аккумуляторы энергии 26. При вращении пустотелых аккумуляторов 26 по мере их раскручивания в отсеки емкостей заливается жидкость, увеличивая их вес, а в период затихания ветра аккумуляторы 26 по инерции, как маховики будут продолжать вращаться, передавая вращательное движение электрогенераторам 22. При этом дистанционным управлением лопасти 8 блокируются захватами 31 в горизонтальное положение, и ветроагрегаты останавливаются. При остановке механических аккумуляторов 26 жидкость с них сливается, уменьшая вес, а при возобновлении ветрового потока они опять переходят во вращательное движение. Учитывая, что ветроагрегаты 32 расположены высоко над землей, где ветер постоянный, остановка ветроагрегатов 32 производится только планово для профилактических работ. При сильном ветре ветроагрегаты 32 не повергаются разрушению, т.к. скорость их вращения может быть равна скорости ветра, а лопасти 8 под воздействием инерционных сил открываются под малым углом к горизонту и не получают больших ветровых нагрузок. Таким образом,предлагаемая ветроэнергостанция позволяет получить промышленную электроэнергию в больших объемах с высоким КПД при обеспечении надежной бесперебойной работы. За счет наличия множества автономных ветроаграгатов,расположенных ярусами и как минимум по два электрогенератора, а также возможности установления необходимого количества лопастей на ветроагрегатах появляется возможность создания ветроэнергостанции мощностью не менее 1000 квт/час электроэнергии. Затраты на строительство предложенной ветроэлектростанции составят значительно меньшую сумму, чем множество ветроустановок малой мощности,равных по мощности предложенной. Необходимо отметить,что ветроэнергостанции с вертикальной осью вращения по ряду технических и экономических характеристик превосходят пропеллерные ветроэнергостанции и до настоящего времени не имели простого и экономически оправданного решения конструкции. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветроэнергостанция карусельного типа,включающая установленные ярусами ветроагрегаты,выполненные в виде дискообразной конструкции,содержащей кольцевые элементы и радиальные оси с закрепленными шарнирно на осях лопастями,отличающаяся тем, что она выполнена в виде автономных ветроагрегатов, установленных на техническом здании в виде башни с машинными отделениями и соединенных с генераторами и регулируемыми по весу механическими аккумуляторами энергии, лопасти ветроагрегатов одной гранью закреплены к радиальным осям шарнирно попарно в горизонтальном положении,зеркально - одни снизу, а другие сверху радиальных осей, к тем же граням лопастей закреплены регулируемые противовесы, придающие лопастям невесомость, а к противоположным граням лопастей одним концом подсоединены регулирующие угол раскрытия лопастей шарнирные тяги с амортизаторами, другим концом тяги соединены с кольцевыми элементами, на которых установлены захваты для блокирования раскрытия лопастей, при этом ветроагрегаты имеют кольцевой рельсовый путь, который жестко закреплен снизу к радиальным осям лопастей головкой рельса вниз и опирается на установленные на консолях башни колеса с валами и шкивами, передающими вращательное движение ветроагрегатов к генераторам. 2. Ветроэнергостанция по п.1, отличающаяся тем, что валы со шкивами снабжены храповыми механизмами. 3. Ветроэнергостанция по п.1, отличающаяся тем,что техническое здание снабжено грузопассажирским лифтом.