Ветрогенератор
WIND GENERATOR

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в устройствах и технологиях для возобновляемых источников энергии. Более конкретно изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в другие виды энергии.
Из уровня техники известна «Вентиляционная электростанция» по патенту РФ №2723538 от 14.05.2019 на изобретение (МПК F03D 9/35, F03D 9/41, F24F 13/00). Вентиляционная электростанция, включающая в себя вертикальную напорную трубу в жилом здании, смонтированную на твердом основании на стержневых опорах, снабженную электрогенератором, отличающаяся тем, что электрогенератор, располагающийся под напорной трубой на основании, оснащен крыльчаткой, соединенной с электрогенератором полым штоком, крыльчатка продвинута в нижней части напорной трубы на высоту 1 метр, а на верхней части напорной трубы установлен дефлектор. Недостатком данного изобретения является то, что генератор расположен внутри вентиляционного канала, что может препятствовать потоку воздуха. Также будет передаваться шум от работы генератора по вентиляционному каналу и создавать неприятный шум для жильцов.
Также из уровня техники известен «Ветрогенератор» по патенту JP №3217165 от 04.07.2018 на изобретение (МПК F03D 3/04; F03D 9/41). Ветрогенератор включает: горизонтальную железную раму в форме креста выполненную на вершине квадратной железной башни, высота которой составляет менее 50 м над уровнем земли, и в общей сложности четыре куполообразных ветрогенератора установлены в каждой верхней части четырех концов железной рамы, одну вертикальную трубу, установленную вертикально до уровня земли в центре башни, путем установки открытой части купола лицом к ветру с датчиком направления ветра и улавливания энергии ветра давлением ветра, однослойный четырехголовочный ветроколлектор, встроенный в квадратную железную башню, который фокусирует энергию ветра, посылаемую из купола по трубе и непосредственно передает ее на ветротурбину, установленную на уровне земли. Недостатками данного изобретения является малая отдача электроэнергии ввиду отсутствия редуктора увеличения оборотов генератора.
Задача, которую поставил перед собой разработчик нового ветрогенератора, состояла в создании нового устройства, лишенного недостатков известных решений. Технический результат заключается в создании ветрогенератора рассчитанного на выработку электрической энергии, независимо от направления ветрового потока в широком диапазоне скорости движения воздушных масс и обеспечении максимальной эффективности ветрогенерации.
Изобретение пояснено графически, где
на фиг. 1 - показана схема расположения элементов ветрогенератора.
Сущность изобретения состоит в том, что ветрогенератор включает мачту на которой установлен полый купол в виде шарообразной конструкции, состоящей из набора ребер в виде направляющих лопастей, по окружности купола выполнена шестерня для вращения роторов генераторов, образуя редуктор, причем купол подвижно установлен оси, на мачте по окружности купола сконструирована платформа на которой размещен по меньшей мере один генератор, состоящий из ротора и обмотки статора, причем вал ротора имеет шестерню, которая входит в зацепление с шестерней купола, генератор соединен с контроллером, предназначенным для преобразования переменного напряжения, вырабатываемого генератором в постоянное. Причем мачта представляет собой металлоконструкцию или железобетонную конструкцию. Кроме того, мачта выполнена с фундаментом и лестницей. Вместе с тем, ось купола жестко закреплена на фундаменте. Причем купол установлен на оси при помощи подшипников. Также под куполом на опоре сконструирована система охлаждения генератора, состоящая из радиатора и подводящего и отводящего патрубков и соединенная с генераторами. А на оси купола установлена тормозная система, состоящая из тормозного диска, тормозных колодок и суппорта, соединенная с контроллером. В то же время в верхней части купола установлен датчик скорости ветра соединенный с контроллером. А внутри купола сконструирована система пожаротушения, состоящая из извещателей, модулей пожаротушения и датчиков. Кроме того, контроллер через блок переключателей и предохранителей соединен с инвертором, состоящим из силового шкафа с силовыми контактами и цепями управления. Также внутри купола ветрогенератора установлена телекоммуникационная система, содержащая приемопередающую станцию спутниковой связи с антенной, приемную станцию спутникового ТВ, АТС с антеннами, станцию эфирного вещания, комплект оборудования передачи данных, комплект оборудования для обеспечения беспроводной связи. Кроме того, верхней части купола установлена система молниезащиты, содержащая молниеприемник, соединенный с контуром заземления.
Ветрогенератор, включающий установленный на мачте 1 полый купол 2 по окружности которого выполнена шестерня для вращения генераторов 3, внутри купола 2 расположен по меньшей мере один генератор 3. Мачта 1 представляет собой металлоконструкцию или железобетонную конструкцию на вершине которой установлен купол 2 с компонентами ветрогенератора. Мачта 1 может быть выполнена с фундаментом и лестницей, ведущей в купол 2. На вершине мачты 1 установлен купол 2. Купол 2 представляет собой шарообразную конструкцию которая состоит из набора ребер, выполненных в виде направляющих лопастей, в виде полого шарового пояса. Купол 2 предназначен для передачи крутящего момента генераторам 3.
Купол 2 посредствам высокочувствительных подшипников 6 подвижно закреплен на оси 5. В верхней части купола 2 выполнена крышка. Ось 5 купола 2 жестко закреплена на фундаменте мачты 1. Под воздействием ветра купол 2 через шестерню передает крутящий момент генераторам 3, которые вырабатывают электроэнергию. Купол 2 с шестерней и шестернями генераторов образуют редуктор. Шестерня купола входит в зацепление с роторами генераторов 3. Редуктор предназначен для увеличения скорости вращения генератора 3. Ввиду наличия редуктора даже при минимальном ветре генераторы 3, которые установлены внутри купола по его окружности на равном расстоянии, вырабатывают энергию. Это дает положительный эффект для вертикальной ветроэнергетической установки, которая может вырабатывать в несколько раз больше электроэнергии. На мачте 1 по окружности купола 2 установлена платформа 6 для размещения генераторов 3. Генератор 3 состоит из двух основных частей, ротора и обмотки статора. Ротор образует электрическое поле, обмотка статора неподвижна. На валу ротора установлена шестерня, которая входит в зацепление с шестерней купола 2. Генераторы 3 закреплены на платформе 6 мачты 1. В корпусе генератора 3 предусмотрена полость, предназначенная для пропускания охлаждающей жидкости (водяная рубашка) для охлаждения генератора 4. Система охлаждения 10 генератора 3 состоит из радиатора и подводящего и отводящего патрубков. В качестве охлаждающей жидкости применяют, например, тосол. Система охлаждения генератора закреплена на мачте 1 и соединена с генераторами 3. Тормозная система 7 состоит из: тормозного диска, тормозных колодок, суппорта. Тормозная система 7 установлена на оси 5 купола 2 и соединена с контроллером. Предназначена для остановки ветрогенератора, если скорость ветра превышает допустимую, или для технического обслуживания ветрогенератора. В верхней части купола 2 на его крышке установлена система для слежения скорости ветра 8, которая представляет собой датчик скорости ветра, соединенный с контроллером (на фиг. не показан). Система для слежения скорости ветра 8 предназначена для слежения за скоростью ветра и передачи данных в контроллер, чтобы при превышении ветра выше допустимой нормы ветрогенератор был остановлен. В основе метода лежит выход на оптимальное соотношение частоты вращения ветрогенератора и скорости ветра при помощи датчика скорости ветра и контроллера. Внутри купола 2 сконструирована система пожаротушения, которая предназначена для предотвращения возгорания ветрогенератора. Система пожаротушения включает извещатели, модули пожаротушения и датчики, которые в постоянном режиме отслеживают отклонения параметров среды в защищаемом помещении (температура, инфракрасное излучение, задымленность и пр.). Внутри купола 2 ветрогенератора установлены датчики слежения за температурой, если превышает заданные пределы, то срабатывают модули пожаротушения. При вращении купола 2 в генераторе 3 вырабатывается электрическая энергия, которая поступает через контроллер на аккумуляторные батареи, и происходит подзарядка и приходит через инвертор 9, который в свою очередь преобразует в нужное для потребителя напряжение. При этом инвертор 9 соединен с контроллером через блок переключателей и предохранителей в целях безопасности. Контроллер представляет собой электронное устройство, отвечающие за преобразование переменного напряжения, вырабатываемого генератором 3 в постоянное контроль заряда аккумуляторных батарей. Наличие контроллера в схеме работы ветрогенератора позволяет осуществлять работу ветрового генератора в автоматическом режиме вне зависимости от внешних факторов. Энергию, полученную от генератора 3 передают по электрическим кабелям в контроллер (на фиг. не показан). Контроллер для обеспечения надежности и бесперебойной работы к централизованной электросети через счетчик. При этом возможно электроснабжение как от центральной электросети, так и от резервного источника энергии (аккумуляторной батареи). Тем самым можно снизить затраты на покупку электроэнергии от сети и обеспечить бесперебойное электроснабжение. Для синхронизации подлежащего подаче тока с частотой напряжения в сети переменного или трехфазного тока, полученного от генератора 3, установлен инвертор 9. Инвертор 9 представляет собой силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления. Дополнительно внутри купола 2 ветрогенератора установлена телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора. Телекоммуникационная система может содержать приемопередающую станцию спутниковой связи с антенной, приемную станцию спутникового ТВ, АТС с антеннами, станцию эфирного вещания, комплект оборудования передачи данных, комплект оборудования для обеспечения беспроводной связи. В верхней части купола 2 на его крышке установлена система молниезащиты содержащая молниеприемник, соединенный с контуром заземления.
Работает ветрогенератор следующим образом. При наличии ветра со скоростью от 3 м/с и выше, воздействуя на направляющие лопасти, приводится во вращение купол 2. Его вращение через шестерню передают на вал ротора генератора 3, инициируя процесс выработки электрической энергии. Ввиду наличия редуктора даже при минимальном ветре генераторы 3, которые установлены внутри купола по его окружности на равном расстоянии, вырабатывают энергию. Это дает положительный эффект для вертикальной ветроэнергетической установки, которая может вырабатывать в несколько раз больше электроэнергии. При вращении генератора вырабатывается электрическая энергия, которая поступает на аккумуляторные батареи, и происходит подзарядка и проходит через инвертор 9, который в свою очередь преобразует в нужное для потребителя напряжение. Электрическая схема генератора 3 может быть, как асинхронного исполнения (предпочтительнее при конструировании генераторов большой мощности), так и на постоянных магнитах (предпочтительнее для генераторов малых мощностей). Вертикальная компоновка ветрогенератора более оптимальна, так как данная конструкция обеспечивает равномерный приток воздуха к направляющим лопастям купола 2 и через шестерню на роторы генераторов 3, при любом направлении ветра. Таким образом отсутствует необходимость создавать механизм ориентации установки относительно направления воздушного потока.
Ветрогенератор способен превращать энергию ветра в электроэнергию. Запасы ветровой энергии огромны. Устройство ветроэнергетической установки достаточно простое: купол вращается под действием ветра, передает вращение генератору, который вырабатывает электроэнергию, по окружности купола закреплена шестерня, которая входит в зацепление с генераторами и вращает ротор генератора. Универсальность и преимущество этого ветрогенератора в том, что по окружности купола можно установить несколько генераторов и получить с одной ветровой установки гораздо больше электроэнергии, направление ветра может быть любое, перелетным птицам угрозы нет. На промышленном производстве есть вентиляционные каналы на крышах, которых можно поставить миниустановки для получения своей энергии или продать в электросети, постановление Правительство России №229 обязывающие энергосбытовые компании заключать с гражданами договора на покупку электроэнергии от их частных мини систем возобновляемой генерации. Стоимость производства электроэнергии на ветровых электростанциях ниже, чем на любых других. Кроме того, ветроэнергетика экономит богатства недр нашей природы. Это новые более мощные ветропарки, зарядные станции для электромобилей, которых становится все больше и другое. Финансовая часть этого проекта: устанавливаем такие ветровые установки по всему миру, финансовые потоки стекаются в единый банк и распределяются по странам, чтобы не было вражды между государствами. Экологическая часть: после взрыва Чернобыльской АЭС в Беларусии возросло количество заболевших онкологическими заболеваниями в сорок раз, гидроэлектростанции и АЭС наносят значительный ущерб рыбной отрасли. Газ относится к особо опасным видам топлива: взрывоопасен, при сгорании природного газа получается угарный газ, если пропустить тучевое облако через угарный газ, то получится синильная кислота, что мы сейчас наблюдаем кислотные дожди.