ПОЛИВИНДРОТОР МОДИФИЦИРОВАННЫЙ
MODIFIED POLY-WIND ROTOR

Устройство предназначено для преобразования энергии средне-скоростных ветров в сложных и нестабильных атмосферных условиях континентального климата с получением электроэнергии средней мощности.
Изобретение относится к ветрогенераторам с вертикально-осевым вращением ортогональных турбин.
Перед развитием ветроэнергетики на материковых территориях долгое время стоит и очевидно не будет преодолена проблема низкой эффективности применения горизонтально-осевых турбин пропеллерного типа из-за их плохой ориентации на ветер и низкой мощности в атмосферных потоках со скоростями до 12 м/с. В свою очередь вертикально-осевые турбины (виндроторы), в полной мере соответствующие условиям работы в среднескоростных ветрах 6-9 м/с, не требующие ориентации на ветер и в силу этого идеально соответствующие воздушной среде, где преобладают неустойчивые, переменчивые по направлению, вихревые потоки, развивали до сих пор мощности в 15-20 кВт, но не более.
С другой стороны, устойчиво нарастающие темпы роста тарифов на электроэнергию от традиционных сетевых источников побуждают потребителей к поиску возможностей самоизоляции в вопросах энергоснабжения и их таковому запросу сегодня единственно отвечают технологии генерации из возобновляемых источников, прежде всего ветроэнергетика. Однако в данном направлении потребитель на материковых территориях сталкивается с такими не в полной мере решенными вопросами, как безопасность, решаемая большой площадью отчуждения земли под ВЭУ, что влечет за собой значительные арендные платежи и земельные налоги, высокая стоимость не столько оборудования, как его эксплуатации в силу зависимости от специальной техники и средств, быстрый износ и ненадежность отдельных узлов.
Из уровня техники известен поливиндроторный энергоблок (патент RU №2482328), который в комплектации серийно выпускаемыми промышленностью виндроторами ВЕГА (http://www.energostar.com.ua) или ENERVOLT (http://www.termored.ru), имеющими ортогональные турбины с крыловидными лопастями диаметром 4 и высотой 8 метров, будучи поднятыми в континентальном климате на высоту порядка 40-60 метров (http://cxem.net), развивает мощности 30-40 кВт в комплектации 2 виндроторами, 120-160 кВт в комплектации 8 виндроторами и т.д. Для настоящего энергоблока номинальной скоростью ветра является 8,0 м/с, самоориентация на ветер усилена особой направленностью вращения турбин и хвостовыми оперениями. Предварительная стоимость строительства энергоблока определяется из соотношения 960-1000 EUR/кВт и является приемлемой малым и среднем предприятиям, бытовым потребителям на принципах кооперации. Вместе с тем данное техническое решение не учитывает такие эксплуатационные аспекты, как безопасность без отчуждения земельных площадей, высокая стоимость обслуживания и ремонта, ненадежность поворотного узла. В результате разрушений на критических скоростях ветра, по причине заводских дефектов, монтажа или естественной коррозии крепежа поврежденные части турбин будут разбросаны и накроют большую территорию. Для производства ремонта и профилактики потребуется тяжелый самоходный автокран с большим вылетом телескопической стрелы, которого может и не быть в местах дислокации энергоблока или не быть дорог с твердым покрытием необходимой проходимости. В любом случае стоимость почасовой аренды специального автокрана составляет значительную денежную сумму и резко повышает себестоимость электроэнергии от ветрогенератора любого известного типа. При установке энергоблока на высоте более 40 м эксплуатационные затраты вырастут еще более ввиду необходимости периодического привлечения вертолетной техники. В рассматриваемом устройстве поворотный узел нагружен большим изгибающим моментом, поскольку центр тяжести энергоблока всегда смещен в подветренную сторону от оси вращения, что приводит к неравномерному и быстрому износу подшипников узла с последующим их заклиниванием.
Сущность изобретения состоит в том, что известный поливидроторный энергоблок дополняется новыми узлами и элементами целевого назначения, а именно собственным грузоподъемным механизмом вертикального перемещения виндроторов к фундаменту установки для ремонта или замены турбинно-генераторного оборудования, их возвращения в рабочее положение; средствами балансировки-выравнивания нагрузки на поворотный узел поливиндротора с помощью противовесов; сеткой безопасности, защищающей прилегающую территории в аварийных ситуациях.
Целью настоящего устройства является независимое от специальной техники обслуживание и ремонт основного оборудования, повышение надежности узла ориентации поливиндротора на ветер, безопасности при эксплуатации установки.
Поставленная цель достигается следующими техническим решениями. В состав конструкции добавлена еще одна вертикальная стойка, установленная с наветренной стороны от несущей мачты. На вершине упомянутой стойки стационарно размещен стреловой грузоподъемный кран. В случае необходимости на все ту же стойку и стойки равноудаленные от поворотного узла, с подветренной от него стороны одеваются противовесы. К внешним кромкам опорных для виндроторов платформ крепится сетка, выполняющая защитные функции при аварийных разрушениях турбинных элементов.
На фиг.1 показан общий вид поливиндротора модифицированного в одноярусном исполнении и комплектации шестью виндроторами; на фиг.2 - сечение «А-А»; на фиг.3 - схематичный вид того же поливиндротора, когда один из турбинно-генераторных блоков опущен к фундаменту установки в целях его текущего ремонта.
Поливиндротор модифицированный (ПВР-М) содержит несущую мачту 1 с поворотным узлом 2, от которого отходят горизонтальные платформы 3, стянутые наветренной 4 и подветренными 5 стойками в обойму 6, заполненную виндроторами 7 в составе ортогональных турбин 8 и генераторов 9. Указанные турбинно-генераторные блоки выставлены клином на ветер, пространственная ориентация обоймы усилена хвостовыми оперениями 10. На вершине наветренной стойки стационарно установлен стреловой грузоподъемный кран 11. Обойма из виндроторов сбалансирована относительно своей оси поворота на ветер с помощью противовесов 12.1 и 12.2, с внешней стороны она огорожена защитной сеткой 13, что крепится к кромкам горизонтальных платформ.
Устройство ПВР-М действует следующим образом. Перед запуском установки в работу вся подвижная часть конструкции, а именно обойма 6 в сборе с виндроторами 7, балансируется относительно поворотного узла 2, для чего используются противовесы 11. В рабочем режиме преобразования энергетики ветра в электроэнергию грузоподъемный кран 10 не задействован, его стрела фиксируется на верхней торцевой площадке поворотного узла 2. Защита в аварийной ситуации прилегающей к ПВР-М территории от поражения разрушенными и разбрасываемыми элементами турбин 8 обеспечивается сеткой 12.
В режиме ремонта, замены изношенных деталей и узлов виндроторов 7 работы производятся с помощью стрелового грузоподъемного крана 10, который опускает данные турбинно-генераторные блоки к фундаменту ПВР-М и затем возвращает их на место. Описанная деятельность производится исключительно в периоды слабо- или безветрия.
Таким образом, предлагаемый поливиндротор модифицированный эффективно решает проблемы, сдерживающие использование самого перспективного возобновляемого источника энергии - ветра, в том числе и прежде всего в интересах потребителей средних электрических мощностей на материковых территориях за счет углубления автономизации ВЭУ, удешевляющей эксплуатацию оборудования посредством исключения зависимости от специальной техники и средств; мер безопасности, что позволяют уменьшить землеотводы под ветрогенераторы и коммуникации, приблизить их вплотную и непосредственно к объектам электроснабжения; повышения надежности, межремонтного пробега и ресурса ветроэнергетических станций виндроторного класса.