вятърен ротор с накланящ се турбогенератор

Изобретението се отнася до областта на вятърната енергия и може да се използва за преобразуване на вятърната енергия в електричество. Windrotor съдържа мачта, състояща се от две части, свързани чрез шарнир, вертикално-аксиална турбина и лебедка. Лебедката е фиксирана до мачтата и издигната на височина, надвишаваща напречния размер на аеродинамичните лопатки на турбината. Горната и долната част на мачтата са скачени през фланцова връзка, скосена в обратна посока и надолу от лебедката. Пантата, свързваща фланците, е поставена върху спуснатите ръбове на фланците, а от повдигнатата им страна има затягащи крепежни елементи. Във вертикалната равнина на наклона на турбогенератора към основата на устройството мачтата му може да бъде подсилена с перфорирани ребра за усилване. Наличието на прост, издръжлив и надежден механизъм за накланяне на турбогенератора към основата на инсталация от клас на вятърни ротори ще опрости поддръжката и ремонта на основния технологичен възел. 1 wp f-ly, 3 кал.

Чертежи към патента на РФ 2513863

Проектиран да генерира малка и средна електрическа енергия чрез трансформиране на кинетичния потенциал на вятъра в континента.

Същността на изобретението се състои във факта, че турбогенераторът с вертикално-аксиална конструкция има способността да се накланя към земята, за да извърши работа по неговата поддръжка и ремонт, което се реализира поради наличието на скосена фланцова връзка с диаметрално разположен шарнир и крепежни елементи в лагерната мачта по определен начин гъвкава връзка на горната накланяща се част на мачтата с лебедка, повдигната от рамката до необходимата височина. Мачтата може да бъде подсилена във вертикално-аксиалната равнина с перфорирани ребра за усилване по цялата дължина на възможното отклонение в хоризонтално положение.

Устройството принадлежи на вятърни електроцентрали с оста на въртене на ротора на генератора, перпендикулярна на посоката на вятъра (вертикално-аксиални турбини или вятърни двигатели).

Практическият опит показва, че когато вятърно-генериращото оборудване се прехвърля от зони в определени най-благоприятни зони на морските брегове и шелф, има рязко увеличение на цената на електроенергията от вятъра, която става с порядък по-висока от тази на мрежовите източници. В допълнение към ниската енергия на атмосферните потоци в дълбините на континентите, причината се крие в по-бързото износване на критичните елементи на вятърните турбини, работещи в нестабилна аеродинамична среда, с температурни промени, когато вятърът рязко и често променя и двете скорости и посока, турбините са обект на заледяване. Поради разположението на турбогенератора на голяма надморска височина, работата на оборудването е проблематична и скъпа вече при офшорна вятърна енергия. С височината на опорните кули на вятърната турбина до 50 м се включват специални автокранове с висока цена на почасов наем и тези тежки механизми не са приложими в труднодостъпни райони без павирани пътища, в неравен терен . В случаите на по-високи кулови конструкции се използва хеликоптерна технология. Делът на оперативните разходи в континенталната вятърна енергия става още по-значителен в състава на разходите за електроенергия и започва да е от решаващо значение. Тук пробегът на оборотите на вятърните турбини се намалява с три до пет пъти, аварийните спирания стават по-чести и редовно е необходимо напълно да се подменят повредени или износени части.

В атмосферните и климатични условия на континенталното приложение на вятърните турбини значението на техническата задача за преместване на турбогенератора от труднодостъпно работно положение на голяма надморска височина в положение, лесно достъпно за поддръжка и ремонт, т.е. до основата на инсталацията.

Редица конструктивни решения на този проблем са известни от развитието на технологиите. В повечето от тях турбогенераторът е спуснат до основата на вятърната турбина поради движението на зъбното колело и заедно с него гондолата на устройството по зъбната рейка, монтирана вертикално в едно цяло с опорната мачта (Патенти на САЩ № 7442009, 2p09/008711), които могат да бъдат разглобени на секцията (патент RU № 2075643).

В някои устройства за същите цели се използват системи от блокове, панти и въжета. В този случай гондолите се движат вертикално, както във вятърна турбина с телескопично регулиране на размера (патент RU № 2042861), или се накланят към основата (патент RU № 2037644). В последната вятърна турбина отстраняването на генератора и две вятърни колела отстрани на лагерната кула, допълнителното тегло на двете скоби, голямата ветровитост на генериращия блок създава натоварване върху основата на инсталацията и прекомерна чувствителност до промени в натоварването от вятъра. Свързването на части на кулата само с шарнир има недостатъчна якост. Дизайнът съдържа няколко гъвкави елемента: въже, скоба, вериги, които намаляват надеждността му.

Всички известни технически решения са разработени изключително за вятърни турбини с хоризонтална ос, ефективността на генерирането на които попада извън "офшорните" атмосферни и климатични зони до 10-15%, значително усложнява и повишава цената на конструкциите, съдържа много слаби и ненадеждни елементи . По отношение на ветровете, които имат по-добри показатели в континенталните територии, не са идентифицирани подобни системи от практическо значение, насочени към улесняване и намаляване на разходите за експлоатация.

Целта на изобретението е да създаде опростен, издръжлив и надежден механизъм за накланяне на турбинно-генераторния блок към основата на вятърната роторна инсталация от клас за поддръжка и ремонт на основния технологичен възел.

Тази цел се постига от факта, че вятърната турбина е вертикално-аксиална, лебедката е монтирана на една и съща основа до мачтата, повдигната до определена височина, снабдена с рамка, здраво свързана с долната част на мачтата. В този случай лебедката има гъвкава връзка с горната част на мачтата. Съединението на частите на мачтата е направено фланцово, скосено надолу и към страната, диаметрално противоположна на лебедката, тази единица, в допълнение към шарнирната връзка, е подсилена със затягащи крепежни елементи. Допълнителна якост на мачтата в надлъжна посока може да се постигне чрез използване на перфорирани ребра за усилване.

Фигура 1 показва предложения вятърен ротор в работен режим на генериране на вятър; фигура 2 - един и същ вятърен ротор по време на поддръжката и ремонта на турбогенераторния блок, когато за посочените цели той се спуска до основата на инсталацията; фигура 3 - раздел "A-A".

Устройството съдържа единична основа 1, върху която долната част на мачтата 2 и рамката 3 са здраво свързани помежду си под лебедката 4, която от своя страна има гъвкава връзка 5 с горната част на мачтата 6, където генераторът 7 и турбината с вертикална ос 8 са разположени в горната част. Частите на мачтата са свързани със скосена фланцова връзка 9, която включва шарнир 10 и затягащи крепежни елементи 11. Мачтата може да бъде подсилена с надлъжни ребра 12, по време на ремонти може да се използва междинна опора 13.

Windrotor работи по следния начин. За поддръжка и ремонт на турбогенераторния блок 7, 8 горната част на мачтата 6, обръщайки се около пантата 10, се накланя към земята. За това крепежните елементи 11 се разглобяват и гъвкавата връзка 5 се освобождава от лебедката 4. Когато вятърът се върне в работно положение, лебедката 4 дърпа гъвкавата връзка 5 до горната част на мачтата 6, обръщайки се около пантата 10, заема вертикално положение. След което скрепителните елементи 11 се издърпват и вятърът става готов за работа.

Простотата на конструкцията свежда до минимум броя на операциите, извършени с вятърния ротор, за да се поддържа и ремонтира турбогенераторът. Чрез накланяне на фланцовата връзка от лебедката, горната част на мачтата се завърта около шарнира в единствената необходима посока.

Силата и надеждността на устройството се постига чрез намаляване на броя на гъвкавите връзки до един в сравнение с прототипа, където те се използват в количеството на четири елемента. Фланецът на долната и горната част на мачтата, затегнат от крепежни елементи, също е насочен към решаване на последния проблем. При голяма дължина на горната част на мачтата, за да се предотврати нейното отклоняване в хоризонтално положение, се прави армировка с укрепващи елементи, разположени надлъжно във вертикално-аксиалната равнина, и се използва междинна опора. За да се намали вятърът на мачтата, повдигната до работно положение, споменатите ребра за усилване са направени от перфорирани.

ИСК

1. Windrotor с накланяща се турбогенераторна единица, съдържаща лебедка и мачта, състояща се от две части, свързани с шарнир, характеризираща се с това, че турбината е вертикално-аксиална, лебедката е монтирана до и зад една с мачтата, повдигнати на височина, надвишаваща напречния размер на лопатките на аеродинамичната турбина, горната и долната част на мачтата са скачени чрез фланцова връзка, скосена в обратна посока и надолу от лебедката, свързващата панта се поставя върху спуснатите ръбове на фланците, а на повдигнатата им страна има затягащи крепежни елементи.

2. Ветророл съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че във вертикалната равнина на наклона на турбогенератора към основата на устройството мачтата му е подсилена с перфорирани ребра за усилване.