A szándék területe

A találmány az áramtermelésre, különösen a szélenergia felhasználására távoli régió elektromos áramának előállítására, valamint a helyi és központosított energiaellátó rendszerek energiaellátására vonatkozik.

Néhány típusú szélerőmű, a propeller, a dram és a rotor típusú rotorok vízszintes és függőleges forgástengelyével (

Robert Gash (Harsg.), Windkraftanlagen - B.G. Teubner, Stutgart, 1993

). A gyakorlatban azonban csak a három lapátos légcsavaros típusú üzemet használják. Az ilyen üzemek bonyolult kialakítású pengékkel rendelkeznek, egy drága, a szélkerék és az elektromos generátor közötti nagy redukciós aránnyal rendelkező reduktor, maga a generátor, egy számítógép, amely vezérli a lapátok helyzetét és a kereket a légáramlás irányának megfelelően pozicionálja. A szélhajtású erőmű fejének, a szélkeréknek és a lapátoknak a nagy súlya miatt az irányítórendszer nem tudja biztosítani a kerék megfelelő tájolását, amikor a szél gyorsan megváltoztatja sebességét és irányát. A kés és a kerék helyzetének, valamint a szél irányának és sebességének állandó eltérése ahhoz vezet, hogy a szélüzemű erőmű kihasználtsági tényezője nem haladja meg a 10-23% -ot. Szélerőművek tervei bármilyen irányú szél függőleges forgástengelyű helyzetének és a Darrieus pengék (Robert Gash (Harsg.), Windkraftanlagen - B.G. Teubner, Stutgart, 1993) vagy Savonius lapátok (

) ismertek, de gyakorlatilag nem használják őket, mivel nehéz beállítani a munkamódjukat.

A szélrotoros erőmű a szabadalmi leírásból ismert

. Az üzem blokkjai tartalmaznak henger alakú rotorokat, térfogatprofilos lapátokkal és mozgatható irányító egységekkel, amelyeket szélkerekek állítanak a szél irányához. Két vagy több generátort használnak áramtermelésre, az említett generátorokat egy indító tengelykapcsolón és mechanikus sebességváltón keresztül kapcsolják össze a rotor tengelyével. A multimoduláris üzem vezérlőegységét azonban nagy súlya miatt gyakorlatilag lehetetlen irányítani. Ezért lehetetlen magas szélenergia-felhasználási tényezőt is elérni. Az indító tengelykapcsoló és a mechanikus sebességváltó csökkenti a hatékonyságot, és bonyolulttá és drágábbá teszi az állomást.

A szélrotoros erőmű a szabadalmi leírásból ismert

. Az erőmű létesítményei szélrotor egységekből vagy modulokból állnak, amelyek hengeres vezetőberendezéseket és függőleges lapátos szélrotorokat tartalmaznak, amelyeket a Hellman képlete alapján terveztek és egy generátorcsoporthoz csatlakoztattak. Az ilyen erőműnek azonban vannak hátrányai is. A modulok vezetőberendezéseinek és forgórészeinek átmérőjét, valamint a modulok rotorjaiban lévő pengék számát a Hellman képlete szerint változtatják meg, amely valós körülmények között nem ad elegendő eredményt, és nem tartalmazza a szélerőművek üzemeltetésének több feltételét a felszíni réteg légáramlásában.

A szabadalmi leírásból ismert egy szélerőmű és egy szélerőmű

. A szélerőmű egy vagy több hengeres egységet tartalmaz, amelyek egymás után függőlegesen vannak elrendezve; minden egység tartalmaz egy állórészt konkáv konvex lemezekkel és egy rotort konkáv konvex lapátokkal, amelyek az összes egység számára közös függőleges tengelyhez vannak rögzítve; a tengely alsó vége csatlakozik a generátor rotorához. A rotorok külső átmérője állandó. A szélerőművekben az egységek száma 1 és 50 között van, az egység magasságától és a szélviszonyoktól függően. A szélüzemű erőmű egységei között gyűrű alakú kúpos ernyőkkel vannak hézagok. Az összes egység forgórészei hasonló számú pengét tartalmaznak.

Ennek a technikai megoldásnak azonban vannak hátrányai is. Mivel a szél sebessége különbözik a talaj feletti magasságtól, a szélerőművek különböző magasságú egységeinek teljesítménye eltérő. Az erőmű szerető részén elhelyezkedő egységek teljesítménye szerető, és a közös tengelyhez csatlakoztatott egységek a felső egységek által meghajtott ventilátorokként forogva csökkentik a szélerőmű erőteljesítményét. Ezt a hátrányt nem lehet leküzdeni csak az egységek kialakításának megváltoztatásával. Ha szélerőművek teljesítményének növelésére van szükség, meg kell növelni az állórész és a rotor átmérőjét. Ennek eredményeként csökken a rotor forgási sebessége, bár a szél sebessége változatlan marad. Lassú elektromos generátorok használták ezt az állapotot nagy méretűnek és súlyúnak kell lennie.

A jelen találmány célja olyan szélerőművi modul típusú modul létrehozása, amelynek magas a szélenergia felhasználási együtthatója és megnövekedett fajlagos villamosenergia-termelés 1 kW meghatározott teljesítményre vonatkoztatva, és ezzel egyidejűleg a folyamat egyszerűsítése egységek oszlopokká történő összeszerelése és az elektromos generátorok súlyának és méretének csökkentése nagyobb fajlagos teljesítményük elérése érdekében, amikor a generátor tengelye közvetlenül (reduktor nélkül) csatlakozik az egységek tengelyéhez.

A célkitűzés az egység rotorainak független forgatásával valósul meg, amikor azok különböző forgási sebességgel tudnak forogni, és a helyi szélsebességnek megfelelő energiát termelnek, és ellenkező irányba tudják hajtani a generátor állórészét és rotorját, lehetővé téve ezzel generátorok tervezését. kisebb méret és tömeg az azonos teljesítményű hagyományos generátorokhoz képest, ahol csak a rotor forog, de az állórész stabil marad. Ennek oka a generátor mágneses rendszerének a generátor tekercseléséhez viszonyított növekvő sebessége, amely a generátor fajlagos teljesítményének vagy alacsonyabb anyagfogyasztásuk növekedéséhez vezet a generátor teljesítményének 1 kW-jára vonatkoztatva.

A cél egy szélerőmű megtervezésével is megvalósítható, amely egy szélturbina néhány koaxiális hengeres egységét tartalmazza, amelyek mindegyike tartalmaz konkáv konvex lemezekkel ellátott állórészt és konkáv konvex lapátokkal ellátott rotort, valamint rotorral ellátott elektromos generátort. mechanikusan csatlakozik a szélturbina legalább egy rotorához, ahol a találmány szerinti szélerőmű erőmű legalább egy elektromos generátort tartalmaz, amely a szélturbina egységei között van elhelyezve. Ennek a generátornak a forgórésze mechanikusan csatlakozik a generátor egyik oldalán elhelyezett legalább egy szélturbina egység forgórészéhez, az állórész pedig a generátor másik oldalán elhelyezett legalább egy szélturbina egység forgórészéhez. Az állórészlemezek és a generátor egyik oldalán elhelyezett legalább egy szélturbina egység rotorlapátjai, valamint a generátor másik oldalán elhelyezett legalább egy szélturbina állórészlapjai és rotorlapátjai úgy vannak elrendezve, hogy a rotorok az említett egységek szélirányban ellentétes irányba forognak.

Előnyös, ha a generátor állórészét konkáva-domború pengékkel látják el úgy, hogy szél alatt további forgatónyomatékot hozzanak létre ugyanabba az irányba, mint a szélturbina-egység rotora, amely ehhez az állórészhez csatlakozik.

Az elektromos generátor előnyösen heteropoláris szelepgenerátor, a vezetékek csatlakozásainak automatikus vezérlésével és a terepi vezérléssel. A szélüzemű erőmű felszerelhető relével, amely bekapcsolja a generátor gerjesztését, ha szél van, és kikapcsolja arra az időre, amikor nincs keverés a levegőben.

Ezenkívül a szélhajtású erőmű további eszközzel is ellátható a kimenő teljesítmény szabályozására, amely biztosítja a rotoregység névleges fordulatszámának 0,5 és 0,6 közötti tartományát a forgórész egységek forgási sebességének alapjárati működésében, amikor szél fúj. valós viszonyok.

A szélerőmű néhány generátort tartalmaz, amelyek párhuzamosan csatlakoztathatók a közös terheléshez, vagy mindegyiknek megvan a saját terhelése.

Előnyös, ha egynél több szélturbina-egységet rendeznek a generátor mindkét oldalán, ahol a generátor állórészét és rotorját forgató egységek teljesítménye egyenlő.

Előnyös, ha egynél több szélturbina-egységet rendeznek a generátor mindkét oldalán, ahol az állórészt forgató egységek Nst teljesítménye és a rotort forgató egységek teljesítménye Nrt megfelel az alábbi egyenletnek: N st = k ⋅ N rt
ahol k az állórész tehetetlenségi nyomatékának és a rotor tehetetlenségi nyomatékának aránya.

A szélüzemű erőmű egységei függőlegesen és vízszintesen is elrendezhetők, például úszó emelvényen. Ha az egységeket függőlegesen helyezzük el, a felső egységekben lévő pengék száma 2-50% -kal megegyezik vagy kisebb, mint az alsó egységekéé, és a statorok lemezei egyenletesen helyezkednek el a kerület mentén 0,6- 60 ° az állórész átmérőjétől függően. Ha az egységek vízszintesen vannak elrendezve, az üzemet szélkakas kormányokkal is ellátják, hogy merőlegesek legyenek a szél irányára. Továbbá az egységek vízszintesen elrendezhetők a dombok, hágók és szorosok szélén.

A szélturbina egység mindkét oldalán előnyösen csapágyas tartó állórész-burkolatok vannak rögzítve. A szélturbina egység minden egyes forgórésze tartalmaz egy tengelyt, amely az említett csapágyakban van elhelyezve.

Az egyes generátorok állórésze tartalmazhat egy mereven rögzített tengelyt, míg az üzem rugalmas tengelykapcsolókkal lehet ellátva a generátor különböző oldalán elhelyezkedő szélturbina-egységek forgórészeinek tengelyeinek a generátor forgótengelyéhez és állórész-tengelyéhez történő csatlakoztatásához. közéjük helyezve.

A generátor egyik oldalán elrendezett szélturbina-egység forgórészeinek tengelyeinek összekapcsolásához rugalmas tengelykapcsolókat lehet kialakítani. A tengelykapcsolók segítenek megakadályozni a szél által hajtott erőmű elemeinek hirtelen szélrobbantásait.

A generátorok tengelyein és a szélturbina egység forgórészeinek tengelyein, amelyek a generátor megfelelő tengelyeihez vannak csatlakoztatva, előnyösen vannak csatornák az állórészből és a rotor huzalozásából származó kábelekhez. Az említett tengelyek érintkezőgyűrűs kefeegységekkel rendelkeznek a generátor huzalozásának kimeneteinek összekapcsolására, a generátor tengelyein vagy a szélturbina egység forgórészeinek tengelyeinek végén elhelyezett érintkező gyűrűk.

Az 1. ábra a berendezés általános képe, a generátor mindkét oldalán egy szélturbina egységgel.
A 2. ábra ugyanaz a nézet, de két szélturbina egység van a generátor minden s3-jánál;
A 3. ábra az erőmű nézete néhány generátorral és néhány szélturbina egységgel a generátor mindkét oldalán;
A 4. ábra egy szélturbina egység töredékének hosszmetszete;
Az 5. és a 6. ábra a generátor különböző oldalán elhelyezett szélturbina egységek keresztmetszete;
A 7. ábra a generátor oldalnézete a rugalmas tengelykapcsolóval és az állórész lapátjaival;
A 8. ábra ugyanaz a generátor felülnézete, mint a 7. ábra.

Az 1. ábrán látható szélerőművek tartalmazzák a szélturbina két koaxiális hengeres 1 és 1a egységét és az egységek közé helyezett 6 elektromos generátort. Amint az a 2–5. Az 1 és 1a hengeres egységek mindegyike tartalmaz egy 2 és 2a állórészt, ennek megfelelően konkáv konvex 3 és 3a lemezekkel, valamint 4 és 4a rotort konkáv konvex 5 és 5a lapátokkal. A 2 állórész 3 lemezei és a szélturbina 4 forgórészének 5 lapátjai a 6 generátor egyik oldalán, például fölötte (5. ábra), valamint a 2a állórész 3a lemezei és a lapátok A 6 generátor másik oldalán elhelyezett legalább egy 1a szélturbina egység 4a forgórészének 5a. Ábrája (6. ábra) úgy vannak elrendezve, hogy az 1 és 1a egységek 4 és 4a rotorjai ellentétes irányban forogjanak. szél.

A 7 burkolatok mindegyik szélturbina egység két oldalán vannak rögzítve, az említett burkolatok összekapcsolódnak a 8 oszlopokkal. A 9 csapágyak a 7 burkolatokba vannak felszerelve, és mindegyik szélturbina egység 4 forgórészének 10 tengelye van rögzítve a 9 csapágyakban. turbina egységet önálló egységként tervezték. Rendelkezik az elemek egységesítéséről, és ezáltal a szélerőművek gyártásának és felszerelésének egyszerűsítéséről.

Néhány 1 és 1a szélturbina-egység elhelyezhető a 6 generátor mindkét oldalán, például kettő, a 2. ábrán látható módon.

Ha a szélerőmű teljesítményének növelésére van szükség, néhány generátort felszerelnek a 3. ábra szerint, és néhány egység van elhelyezve a generátor mindkét oldalán, ahol az egységek száma és/vagy teljesítménye a generátor állórészének forgatása nagyobb, mint a generátor forgórészét forgató egységek száma és teljesítménye. Az állórész súlya és átmérője nagyobb, mint a rotoré, ezért tehetetlenségi nyomatéka nagyobb, mint a rotoré, és nagyobb indítóerőre van szükség a pillanat leküzdéséhez. Ha az állórész átmérője nem nagy, a szerkezet stabilitását (nem ábrázolt) merevítők biztosítják.

A szélerőművet függőlegesen lehet felszerelni csőszerű oszlopokra (1. ábra), az elektromos vezetékek támaszaira, az újratávadók toronyoszlopaira, kúpos (2. ábra), hengeres vagy három- vagy négypontosokra (ábra 3) a 19. alapok a földön vagy az alapozó ágyon. Ha a szükséges teljesítmény nagy, a szélerőműveket több hajtású szélerőművekké egyesítik, és a helyi szélrózsa szerint helyezik el. Közel egymáshoz helyezve hidak kötik össze őket.

A földön sok helyen van állandó erős szél, nagy sebességgel a felszín közelében. Jellemző a hágókra és a keskeny szorosokra. Ilyen szelek között van a híres "Krymskaya Bora" is, amikor a szél egy dombszél mentén felemelkedik, majd 40-60 m/s sebességgel lefelé fúj a völgybe, és Grönlandon is kanyarog. Ilyen körülmények között hatékonyabb a szélhajtású erőművek vízszintes pozicionálása a dombszéleken és a ferde felületeken keskeny haladásokban és a szakadékon keresztül a feszítő merevítőkön. A növényt a szélirányra merőlegesen a szélkakas kormányok tartják (nem látható).

A fenti körülmények között a megszerzett teljesítmény növekszik, amely megfelel az ilyen típusú szélerőművek energiajellemzőinek. Az energiát a 16 kefeegységen keresztül nyerik ki úgy, hogy az érintkező gyűrűk a generátorok vagy egységek tengelyének szabad végein vannak elhelyezve. Vannak csatornák a rotortengelyekben és az egység tengelyeiben a kábelek vezetésére a generátoroktól a kefeegységekig. Amikor a szél sebessége változik, a tekercselés útvonalai automatikusan kommutálódnak az optimális forgási sebesség fenntartása érdekében terhelés alatt, a terhelés nélküli forgási sebesség 0,5-0,6 tartományában, egy adott szélsebességnél.