Ветроэнергетическая установка

Предлагаемая полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована при изготовлении ветроэнергетических установок (ВЭУ) средней и большой мощности.
Известное техническое решение Башня ветроустановки (RU 2095624) содержит ветряную двухлопастную турбину, генератор, конвертор, трансформатор и вспомогательное оборудование, опорную башню, которая имеет верхнюю секцию и нижнюю коническую секцию, установленную на фундаменте, что совпадает с существенными признаками предлагаемого.
Кроме того, аналог содержит внутренний вертикальный стержень, связанный с наружным корпусом перемычками, положение и размеры которых регулируют частоту собственных колебаний башни, а верхняя секция выполнена цилиндрической.
Недостаток аналога состоит в том, что усложнен сквозной подъем грузов внутри башни, что затрудняет монтаж верхней части ВЭУ и повышает стоимость как строительных работ, так и работ по обслуживанию.
Известное также техническое решение Башня ветроустановки (RU 2075644) содержит ветряную трехлопастную турбину, генератор, конвертор, трансформатор и вспомогательное оборудование, установленную на фундаменте опорную башню, что совпадает с существенными признаками предлагаемого.
Кроме того, корпус башни оборудован окнами, выполненными на каждой грани и сообщающимися с внутренним объемом башни, расположенными относительно друг друга по винтовой линии в пределах высоты башни, отсчитываемой от верхнего основания по определенной зависимости.
Недостаток данного технического решения аналогичен предыдущему.
В качестве прототипа, наиболее близкого к предлагаемому решению, выбрана ветроэнергетическая установка (ЕР 1729007 А2), содержащая ветряную двух- или трехлопастную турбину, генератор, конвертор, трансформатор и вспомогательное оборудование, опорную башню, которая выполнена в виде двух размещенных одна поверх другой секций, нижняя из которых имеет вид усеченной равноугольной решетчатой пирамиды и установлена на фундаменте, что совпадает с существенными признаками предлагаемого.
При этом верхняя секция имеет вид цилиндрической или конической трубы, на которой установлена гондола ВЭУ.
Недостаток данного технического решения аналогичен предыдущему.
Целью полезной модели является преодоление указанных недостатков с обеспечением следующего технического результата:
- упрощение и ускорение монтажа конструктивных элементов ВЭУ, облегчение обслуживания оборудования ВЭУ.
Технический результат достигается за счет устранения указанных недостатков в предлагаемой ветроэнергетической установке, содержащей ветряную трехлопастную турбину, генератор, конвертор и трансформатор, лифт, опорную башню, которая выполнена в виде двух размещенных одна поверх другой усеченных равноугольных решетчатых пирамид, нижняя из которых установлена на фундаменте, а на верхней пирамиде закреплен оголовок в виде пустотелого усеченного конуса и цилиндра, внутри которого размещены ярусы с конвертором, трансформатором и лифтом, который в рабочем положении установки втянут в отверстие в полу нижнего яруса.
Кроме того, усеченные пирамиды опорной башни выполнены четырех-, шести- или восьмигранными.
Кроме того, указанные усеченный конус и цилиндр выполнены тонкостенными с усиливающими ребрами, которые являются продолжением несущих ребер нижележащей решетчатой пирамиды.
Кроме того, угол при основании нижней пирамиды меньше угла при основании верхней пирамиды.
Сущность полезной модели поясняется чертежом:
Фиг. 1 - Ветроэнергетическая установка по п. 1 формулы, где использованы обозначения:
1 - турбина; 2 - генератор; 3 - конвертор; 4 - трансформатор; 5 - опорная башня; 6 - верхняя решетчатая пирамида; 7 - нижняя решетчатая пирамида; 8 – фундамент; 9 – оголовок; 10 – лифт; 11 - верхний ярус; 12 - средний ярус; 13 - нижний ярус.
Ветроэнергетическая установка, как показано на фиг. 1, содержит турбину 1, расположенную над оголовком 9, генератор 2; конвертор 3 и трансформатор 4, размещенные в верхнем 11, среднем 12 и нижнем 13 ярусах соответственно опорной башни 5. На фундаменте 8 размещена нижняя усеченная решетчатая пирамида 7, на которой расположена верхняя решетчатая пирамида 6, над которой установлен оголовок 9. Сквозь отверстия в полу верхнего 11, среднего 12 и нижнего 13 ярусов осуществляется при необходимости подъем лифта 10.
ВЭУ работает следующим образом.
Ветровой поток вращает турбину, которая передает механическую энергию на генератор 2, преобразующий ее в электрическую энергию, с последующим ее преобразованием конвертором 3 и трансформатором 4.
Наличие внутренней полости в башне 5 позволяет размещать в последней оборудование, обеспечивать доступ персонала и производить с помощью лифта 9 перемещение грузов с уровня земли в верхнюю часть башни 5. В верхнем 11, среднем 12 и нижнем 13 ярусах оголовка 9 размещены конвертор 3, трансформатор 4 и лифт 10 соответственно.
Покажем, что технический результат обеспечивается за счет существенных признаков предлагаемого.
Наличие турбины, генератора, конвертора, трансформатора и вспомогательного оборудования обеспечивает восприятие механической энергии ветра, ее преобразование и передачу потребителю. Специфика ВЭУ, предназначенных для использования в низкоскоростных потоках, состоит прежде всего в том, что ветротурбина ВЭУ имеет значительные размеры и увеличенную площадь и соответственно повышенное аэродинамическое сопротивление и повышенные динамические нагрузки, поскольку ветротурбина оптимизируется на работу в низкоскоростных ветровых потоках, а диапазон режимов должен соответствовать общим требованиям для ВЭУ в части их работоспособности при скоростях 20…30 м/с и обеспечения механической стойкости при штормовых ветрах. Таким образом, для обеспечения работы ВЭУ в условиях низкоскоростных потоков и большой мощности возникают требования больших габаритов опорной башни, поскольку требуется увеличение размера лопастей турбины. Эта задача решается, как и в прототипе, выполнением башни в виде двух размещенных одна поверх другой усеченных равноугольных решетчатых пирамид, нижняя из которых установлена на фундаменте. Именно решетчатая конструкция обеспечивает сочетание повышенной прочности, минимальной материалоемкости и снижения ветровой нагрузки. При этом воздушный поток разбивается на более мелкие вихревые структуры, снижаются акустические колебания, улучшаются экологические характеристики объекта, повышается надежность сооружения и его долговременная прочность. Это позволяет в диапазоне скоростей ветровых потоков от 3,0 до 60 м/с получить более устойчивую картину формирования вихревого следа, в котором как ветротурбина, так и башня испытывают пониженные динамические нагрузки.
То, что на верхней пирамиде закреплен оголовок в виде пустотелого усеченного конуса и цилиндра, внутри которых размещены ярусы с конвертором, трансформатором и лифтом, который в рабочем положении установки втянут в отверстие в полу нижнего яруса, также обеспечивает удобную для практики компоновку установки, повышает удобство ее эксплуатации, надежность защиты от погодных условий и мародерства.
Выполнение усеченных пирамид опорной башни четырех-, шести- или восьмигранными повышает момент опрокидывания по сравнению с треугольным вариантом и вместе с тем упрощает и ускоряет монтаж ВЭУ по сравнению с ВЭУ с числом граней более 8.
Усиливающие ребра тонкостенного оголовка, выполненного в виде усеченного конуса и цилиндра, расположенные на продолжении несущих ребер нижележащей решетчатой пирамиды, также обеспечивают упрощение и ускорение монтажа ВЭУ. Уменьшение угла при основании нижней пирамиды по сравнению с углом при основании верхней пирамиды повышает устойчивость конструкции, ее прочность и надежность и, кроме прочего, позволяет минимизировать длину вала турбины и соответственно воздействие изгибающих моментов. Это исключает необходимость применения дополнительных мер для обеспечения требуемых рабочих характеристик ВЭУ (надежность, ресурс, стойкость к динамическим нагрузкам), что в результате упрощает и ускоряет монтаж ВЭУ.
Проведенные исследования подтвердили работоспособность предлагаемого технического решения.