ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВЕТРОВОЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР
VERTICAL WIND POWER GENERATOR

Область техники
Данное изобретение относится к вертикальному ветровому электрогенератору.
Уровень техники
В настоящее время исчерпаемых энергетических ресурсов становится все меньше и меньше, а некоторые энергетические источники уже истощены, в связи с чем такие энергетические ресурсы, как энергия волны, горючий лед, газ угольных пластов и бактерии станут новыми энергоносителями, широко используемыми человеком. Энергия ветра, являющаяся возобновляемым источником энергии, нашла применение во многих областях и устройствах, и технология ее получения постоянно совершенствуется. Современная ветровая электрогенераторная установка в основном включает в себя горизонтально осевой ветровой электрогенератор или вертикально осевой ветровой электрогенератор. Горизонтально осевой генератор и вертикально осевой генератор различны. В вертикально осевом ветровом электрогенераторе вращающийся вал установлен на вертикальной оси перпендикулярно поверхности земли, не попадающей под воздействие ветра во время работы вертикального осевого ветрового электрогенератора, таким образом, не требуется никаких дополнительных приспособлений в случае изменения направления ветра.
Турбина Дарриуса также является одним из видов вертикальных ветровых электрогенераторов, турбина состоит из вертикального вращающегося вала, верхней части ротора, расположенной в верхней части вращающегося вала, лопастей, нижней части ротора, расположенной в нижней части вращающегося вала, редуктора, соединенного с вращающимся валом, генератора, соединенного с редуктором. Верхняя часть лопастей соединена с верхней частью ротора, а нижняя часть лопастей соединена с нижней частью, приводя во вращение вращающийся вал вслед за вращением лопастей, вращающийся вал передает энергию генератору с помощью редуктора, находящегося в нижней части, таким образом побуждая генератор генерировать электричество. Из-за слишком большого размера такого ветрового электрогенератора вращающийся вал обычно высокий, для повышения его устойчивости применяется канат, который натягивается от верхней части вращающегося вала вниз к опорной поверхности и, несмотря на то что вращающийся вал укреплен, занимаемая им площадь довольно большая, что негативно влияет на эффективность использования земельных ресурсов; в дополнение, цепь передачи энергии в процессе генерирования ветровой энергии является слишком длинной, тем самым приводя к большим потерям энергии в процессе ее передачи, что также не благоприятно для эффективного использования энергии; более того, электрогенераторное устройство может генерировать электричество, только если оно содержит редуктор, генераторную установку, трансмиссионный вал и другие составные элементы, структура электрогенераторного устройства является сложной, и в случае поломки электрогенераторного устройства его техническое обслуживание и ремонт слишком затруднительны и для подъема больших деталей необходима установка башенного крана рядом с генератором, таким образом, стоимость технического обслуживания и ремонта высока, затраченное время на техническое обслуживание и ремонт является длительным, что непосредственно влияет на эффективность работы ветрового электрогенератора.
Конструкции современных видов вертикальных ветровых электрогенераторов имеют высокие требования к опоре, чем больше генератор, тем больше должен быть диаметр опоры. Большая опора является причиной высокой стоимости производства, опора диаметром 5 м стоит около 300-400 тысяч юаней, а опора диаметром 3 м стоит более 100 тысяч юаней, в то же время большая опора требует больших трудозатрат для ее установки.
В ветровом электрогенераторе высокая или низкая эффективность использования энергии ветра зависит от конструкции и структуры лопасти; в настоящее время формы лопасти вертикального ветрового электрогенератора разнообразны, как, например, веерообразная структура, парусообразная структура, ϕ-образная структура и т.д., в перечисленных структурах ϕ-образная структура имеет наиболее высокую эффективность использования энергии ветра, но из-за изменения скорости ветра его мощность изменчива, что приводит к невозможности регулировки размера наветренной стороны лопасти, таким образом, трудно предотвратить неполадки и даже поломку вертикального ветрового электрогенератора, вызванные повышенной скоростью ветра.
Генератор, в частности генератор большой мощности, производит тепло при работе, если не охлаждать генератор, произойдет его возгорание, тем самым сократив срок службы генератора. В настоящее время наиболее распространенным методом охлаждения является водяное охлаждение или установка вентилятора в одной из частей генератора. При применении метода водяного охлаждения возникает необходимость размещения множества водоводов, которые имеют сложную структуру, а также трудности в достижении требуемой гидроизоляции, что часто приводит к повреждению изоляции двигателя и влияет на срок службы двигателя; ветровой электрогенератор с внешним ротором, позволяющим сохранить энергию, показан в китайском патенте №200520032333.9, который содержит внешний ротор, статор, крепежный вал и опору, статор закреплен на крепежном валу, внешний ротор неподвижно закреплен на опоре верхней и нижней частью корпуса с помощью магнита, установленного на корпусе и внутренней стенке, в двух частях указанного корпуса расположены вентиляционные отверстия. В данной конструкции, из-за того что часть тепла генератора уходит через вентиляционные отверстия, во всей конструкции необходимого теплообмена не происходит, что является причиной плохого теплоотвода.
При работе ветрового электрогенератора лопасти подвергаются воздействию сильного ветра; таким образом, требуются более высокие функциональные возможности лопастей; существует вертикальный ветровой электрогенератор, содержащий по крайней мере один генераторный блок; указанный генераторный блок включает опорную колонну, генератор и по крайней мере две лопасти; указанный генератор включает статор и ротор, статор расположен на опорной колонне, а ротор расположен с наружной стороны статора; первый фланец находится в нижней части указанного ротора и соединен с ротором; первая опора расположена на нижней части первого фланца на опорной колонне, и внешнее кольцо первой опоры соединено с первым фланцем; второй фланец расположен в верхней части указанного ротора, и второй фланец соединен с ротором; вторая опора расположена на верхней части второго фланца на опорной колонне, и внешнее кольцо второй опоры соединено со вторым фланцем; третья опора расположена над второй опорой на опорной колонне, верхняя часть указанных лопастей соединена с внешним кольцом третьей опоры, и нижняя часть лопастей соединена с внешним кольцом второй опоры. В вертикальном ветровом электрогенераторе такого типа конструкции движение лопастей приводит ротор во вращательное движение через вторую опору и второй фланец, вращательный момент ротора обеспечивается лопастями, главным образом с помощью нижней части лопастей; в связи с тем, что нижняя часть лопастей соединена с генератором как груз, при работе вертикального ветрового электрогенератора деформация нижней части лопастей незначительна, а деформация верхней части лопастей велика, что приводит к различному напряжению верхней и нижней частей лопастей, и таким образом лопасти легко повреждаются.
Сущность изобретения
Целью данного изобретения является вертикальный ветровой электрогенератор. При использовании конструкции данного изобретения снижается себестоимость вертикального ветрового электрогенератора; при возникновении трудностей с запуском данный генератор может быть быстро запущен; размер наветренной стороны лопастей может быть отрегулирован для того, чтобы автоматически отрегулировать мощность ветрового электрогенератора, предотвратить поломку ветрового электрогенератора, вызванную повышенной скоростью ветра, и увеличить эффективность использования энергии ветра; достигается хороший эффект охлаждения генератора, увеличивается устойчивость генератора, а также увеличивается срок службы генератора; обеспечивается легкость технического обслуживания, снижается стоимость и затраты времени на техническое обслуживание и ремонт, облегчается техническое обслуживание генератора. Для достижения вышеуказанной цели вертикальный ветровой электрогенератор состоит из опорной колонны, по крайней мере одного генераторного блока и по крайней мере двух лопастей; центральная ось указанной опорной колонны перпендикулярна горизонтальной плоскости земли.
Указанный генераторный блок включает фиксатор, генератор и возбудитель; фиксатор включает внешний фиксатор и внутренний фиксатор; указанный генератор включает статор и ротор, статор жестко посажен на опорной колонне, ротор расположен с наружной стороны статора и неподвижно закреплен на внутреннем фиксаторе, обмотка статора генератора расположена на статоре, а обмотка ротора генератора расположена на роторе. Указанный возбудитель включает статор возбудителя и ротор возбудителя, статор возбудителя жестко посажен на опорной колонне, ротор возбудителя расположен с наружной стороны статора возбудителя и неподвижно закреплен на внутреннем фиксаторе, обмотка статора возбудителя расположена на указанном статоре возбудителя, а обмотка ротора возбудителя расположена на роторе возбудителя.
Внутри указанного фиксатора расположено устройство контроля возбуждения и выпрямительное устройство, обмотка статора генератора соединяется с обмоткой статора возбудителя через устройство контроля возбуждения, а обмотка ротора генератора соединяется с обмоткой ротора возбудителя через выпрямительное устройство; указанная обмотка статора генератора соединяется с реверсивным частотным преобразователем; с другой стороны реверсивный частотный преобразователь соединен с электроэнергетической системой и устройством контроля возбуждения. В нижней части указанного фиксатора расположен первый фланец с различными сечениями в верхней и нижней части, в нижней части первого фланца расположена первая опора, внешнее кольцо первой опоры соединено с меньшей частью первого фланца, внутреннее кольцо первой опоры жестко посажено на опорной колонне, а большая часть первого фланца соединена с нижней частью фиксатора; в верхней части указанного фиксатора расположен второй фланец с различными сечениями в верхней и нижней части, в верхней части второго фланца находится вторая опора, внешнее кольцо второй опоры соединено с меньшей частью второго фланца, внутреннее кольцо второй опоры жестко посажено на опорной колонне, а большая часть второго фланца соединена с верхней частью фиксатора; третья опора расположена над указанной второй опорой, внутреннее кольцо третьей опоры жестко посажено на опорной колонне.
Указанная лопасть включает по крайней мере один блок лопасти; сечение указанного блока лопасти имеет овальную форму с большой средней частью и двумя малыми концами, один из двух малых концов имеет дугообразную форму, а другой конец острый; указанный блок лопасти включает каркас и корпус лопасти, корпус лопасти установлен на каркасе, в одном конце корпуса лопасти расположен первый край лопасти и в другом конце корпуса лопасти расположен второй край лопасти по радиальному направлению блока лопасти, концевая часть первого края лопасти указанного блока лопасти имеет дугообразную форму, концевая часть второго края лопасти указанного блока лопасти острая, головная часть первого края лопасти переходит в корпус лопасти, головная часть второго края лопасти переходит в корпус лопасти; первое движущее устройство, которое побуждает первый край лопасти двигаться вдоль радиального направления блока лопасти, расположено между указанным каркасом и первым краем лопасти, второе движущее устройство, которое побуждает второй край лопасти двигаться вдоль радиального направления блока лопасти, расположено между указанным каркасом и вторым краем лопасти; первая группа направляющих рельсового типа расположена между указанным первым краем лопасти и корпусом лопасти, вторая группа направляющих рельсового типа расположена между вторым краем лопасти и корпусом лопасти, после соединения указанный блок лопасти имеет дугообразную форму; верхняя часть указанной лопасти соединяется с внешним кольцом третьей опоры, а нижняя часть лопасти соединяется с внешним кольцом второй опоры.
Система охлаждения расположена в указанном генераторном блоке, указанная система охлаждения включает лопасть вентилятора, охладитель, шайбу уплотнения и вентилятор; воздуховод фиксатора расположен между указанным внешним фиксатором и внутренним фиксатором; воздуховод расположен в указанном статоре, роторе, статоре возбудителя и роторе возбудителя; воздуховыпускное отверстие расположено в нижней части внутреннего фиксатора, воздуховпускное отверстие расположено в верхней части внутреннего фиксатора; воздуховод фиксатора соединен с воздуховыпускным отверстием и воздуховпускным отверстием; лопасть вентилятора размещена под наклоном на внешней стенке внешнего фиксатора; указанная шайба уплотнения расположена на опорной колонне, и размещена в верхней части внутреннего фиксатора; вентилятор находится на шайбе уплотнения, а охладитель размещен над вентилятором.
Подъемный механизм размещен в верхней части указанной опорной колонны.
Указанная опорная колонна является полой и внутри опорной колонны находится подъемная система.
По сравнению с конструкциями известного уровня техники в вышеуказанной конструкции данного изобретения генераторный блок и лопасти удерживаются только с помощью опорной колонны, благодаря чему вертикальный ветровой электрогенератор занимает меньшую площадь; в сравнении с методом передачи энергии с помощью сложного трансмиссионного механизма и использования огромного вертикального вращающегося вала, конструкция лопастей, внешнего кольца опоры и внешнего ротора, в целом соединенных друг с другом, что предлагается в данном изобретении, делает ротор генератора составной частью лопастей, а скорость вращения лопасти равна скорости вращения ротора генератора, тем самым значительно снижая потери в процессе передачи энергии и увеличивая эффективность использования ветровой энергии; в сравнении с существующим вертикальным ветровым электрогенератором башенного типа в данном изобретении генераторный блок и лопасти удерживаются полой опорной колонной, что позволяет обеспечить устойчивость ветрового электрогенератора и уменьшить металлоемкость, данное изобретение также позволяет эффективно упростить трансмиссионный механизм ветрового электрогенератора и значительно снизить стоимость вертикального ветрового электрогенератора, а также стоимость ветровой энергии.
Установка возбудителя делает возможным регулировку тока возбуждения в соответствии с изменением нагрузки генератора для того, чтобы поддерживать постоянную величину напряжения в генераторе; увеличивает статическую устойчивость при параллельной работе генераторов; увеличивает устойчивость переходного состояния при параллельной работе генераторов; благодаря этому происходит снятие возбуждения в случае неправильной работы генератора, чтобы снизить потери при неисправности; это позволяет установить ограничение максимального возбуждения и ограничение минимального возбуждения в соответствии с эксплуатационными требованиями генератора.
Первый фланец и второй фланец имеют различные сечения в верхней и нижней части, меньшая часть первого фланца соединена с внешним кольцом первой опоры, а меньшая часть второго фланца соединена с внешним кольцом второй опоры таким образом, что размер опоры может быть уменьшен и такая опора может быть приобретена на рынке, что снижает себестоимость вертикального ветрового электрогенератора и облегчает установку генератора.
Благодаря тому, что движущее устройство расположено между первым краем лопасти и каркасом, второе движущее устройство расположено между вторым краем лопасти и каркасом, первая группа направляющих рельсового типа расположена между первым краем лопасти и корпусом лопасти, вторая группа направляющих рельсового типа расположена между вторым краем лопасти и корпусом лопасти, что позволяет регулировать размер лопасти с наветренной стороны в соответствии с силой ветра для того, чтобы автоматически отрегулировать мощность ветрового электрогенератора и предотвратить поломку вертикального ветрового электрогенератора, вызванную повышенной скоростью ветра; благодаря тому, что сечение указанного блока лопасти имеет овальную форму с большой средней частью и двумя малыми концами, один из двух малых концов имеет дугообразную форму, а другой конец острый, и после соединения указанный блок лопасти имеет дугообразную форму, лопасть такого типа конструкции позволяет достичь высокой эффективности использования энергии ветра.
При работе системы охлаждения вышеупомянутой конструкции вентилятор формирует воздушный поток, и холодный воздух проходит через воздуховоды ротора возбудителя, статора возбудителя, ротора и статора и охлаждает возбудитель и генератор, в то же время холодный воздух становится горячим, поступая в воздуховод фиксатора через воздуховыпускное отверстие, производя здесь теплообмен с наружным воздухом с помощью внешней стенки внешнего фиксатора, горячий воздух охлаждается и затем воздушный поток поступает в охладитель через воздуховпускное отверстие, охлаждаясь здесь еще больше, и затем с помощью вентилятора поступает во внутреннюю полость ветрового электрогенератора, чтобы сформировать внутренний цикл. Благодаря тому, что лопасть вентилятора находится снаружи внешнего фиксатора и лопасть вентилятора расположена под наклоном на внешней стенке внешнего фиксатора, когда фиксатор вращается, лопасть вентилятора вращается вместе с ним, в то же время на лопасти вентилятора образуется резкое различие между зонами высокого и низкого давления, побуждая воздух снаружи возле генератора сформировать воздушный поток, движущийся от зоны высокого давления к низкому, то есть сформировать внешний цикл, таким образом эффективность теплообмена между воздушным потоком во внутреннем цикле и снаружи возрастает, охлаждающий эффект в генераторе повышается при простоте конструкции.
Установка подъемного механизма позволяет обслуживающему персоналу производить работы на данном механизме, исключая необходимость установки крупногабаритного оборудования для технического обслуживания и ремонта ветрового электрогенератора, а также значительно снижая его себестоимость и экономя время, затраченное на его техобслуживание.
Благодаря тому, что опорная колонна в данном изобретении является полой и подъемный механизм размещен в опорной колонне, техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора упрощается и становится безопасным.
Для улучшения конструкции третий фланец помещен над вторым фланцем на указанной опорной колонне, третий фланец соединен со вторым фланцем; четвертый фланец помещен над третьим фланцем на указанной опорной колонне и четвертый фланец соединен с внешним кольцом указанной третьей опоры; соединительная деталь для передачи вращательного момента находится между указанным третьим фланцем и четвертым фланцем, верхняя часть соединительной детали соединена с четвертым фланцем, а нижняя часть соединительной детали соединена с третьим фланцем; верхняя часть указанной лопасти соединена с четвертым фланцем, а нижняя часть лопасти соединена с третьим фланцем.
В вертикальном ветровом электрогенераторе вышеупомянутой конструкции благодаря наличию третьего фланца и четвертого фланца соединительная деталь для передачи вращательного момента размещена между указанным третьим фланцем и четвертым фланцем, верхняя часть соединительной детали соединена с четвертым фланцем, а нижняя часть соединительной детали соединена с третьим фланцем, вращательный момент ротора генератора передается не только от нижней части лопастей, но также и от соединительной детали, а вращательный момент соединительной детали передается соединительной детали главным образом через движение верхней части лопастей, и таким образом, при работе вертикального генератора давление в верхней части и нижней части лопастей сбалансировано, благодаря чему лопасти не так легко подвергнуть деформации и повреждению, а также увеличивается срок службы лопастей и вертикального ветрового электрогенератора.
С целью уточнения, указанной соединительной деталью является полая труба, указанная полая труба посажена на внешней стороне опорной колонны, верхняя часть полой трубы соединена с четвертым фланцем, а нижняя часть полой трубы соединена с третьим фланцем. Благодаря использованию полой трубы в качестве соединительной детали ее конструкция проста и легка в изготовлении; и при вращении полой трубы вместе с третьим и четвертым фланцем в полой трубе не возникает сопротивления вращению, которое может повлиять на мощность ветрового электрогенератора.
Для улучшения конструкции, указанная соединительная деталь включает по крайней мере два соединительных стержня, верхний конец указанных соединительных стержней соединяется с четвертым фланцем, нижний конец соединительных стержней соединяется с третьим фланцем, а указанные соединительные стержни размещены с внешней стороны опорной колонны по кругу, который является соосным с сечением опорной колонны; ребро жесткости расположено вдоль направления сечения опорной колонны на указанных соединительных стержнях. Благодаря использованию конструкции такого типа конструкция упрощается и снижается вес вертикального ветрового электрогенератора. Ребро жесткости устанавливается для укрепления соединения, образованного соединительными стержнями.
Для улучшения конструкции, держатель статора размещается на поверхности нижней части указанного статора, и держатель статора жестко посажен на опорной колонне; держатель статора возбудителя размещен на поверхности нижней части указанного статора возбудителя, и держатель статора возбудителя жестко посажен на опорной колонне; держатель первой опоры размещен на поверхности нижней части внутреннего кольца указанной первой опоры, и держатель первой опоры жестко посажен на опорной колонне; держатель второй опоры размещен на поверхности нижней части внутреннего кольца указанной второй опоры, и держатель второй опоры жестко посажен на опорной колонне; держатель третьей опоры размещен на поверхности нижней части внутреннего кольца указанной третьей опоры, и держатель третьей опоры жестко посажен на опорной колонне.
Установка держателя статора повышает точность и устойчивость положения статора генератора, установленного на опорной колонне; благодаря установке держателя статора возбудителя повышается точность и устойчивость положения статора возбудителя, установленного на опорной колонне; установка держателя опоры позволяет повысить точность и устойчивость положения первой опоры, установленной на опорной колонне; установка держателя второй опоры позволяет повысить точность и устойчивость положения второй опоры, установленной на опорной колонне; установка держателя третьей опоры позволяет повысить точность и устойчивость положения третьей опоры, установленной на опорной колонне. Для улучшения конструкции демпферная обмотка размещается на указанном роторе, демпферная обмотка включает короткозамкнутое кольцо и стержень демпферной обмотки, и стержень демпферной обмотки устанавливается на короткозамкнутом кольце. Указанная демпферная обмотка равна обмотке ротора. При возникновении трудностей с запуском генератора генератор используется в качестве двигателя, и таким образом достигается асинхронный запуск двигателя, тем самым повышая эффективность производства энергии вертикального ветрового электрогенератора.
С целью уточнения, указанный первый фланец имеет форму платформы конической формы, рупора, выпуклой поверхности или ступенчатую форму; второй фланец имеет форму платформы конической формы, рупора, выпуклой поверхности или ступенчатую форму. При использовании формы платформы конической формы или рупора сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части первого фланца, сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части второго фланца, и в первом фланце и во втором фланце не возникает значительного внутреннего напряжения. Таким образом, прочность первого фланца и второго фланца высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время, размер внешнего кольца опоры уменьшается, тем самым снижая стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы фланцы могут быть изготовлены с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время производства фланцев.
Для улучшения конструкции пятый фланец размещается между указанным фиксатором и первым фланцем, поверхность верхней части пятого фланца соединяется с фиксатором, а поверхность нижней части соединяется с большей частью первого фланца; шестой фланец размещается между указанным фиксатором и вторым фланцем, поверхность верхней части шестого фланца соединяется с большей частью второго фланца, а поверхность нижней части соединяется с фиксатором; седьмой фланец охватывает с внешней стороны внешнее кольцо указанной второй опоры, поверхность верхней части седьмого фланца соединяется с третьим фланцем, а поверхность нижней части соединяется с меньшей частью второго фланца. Установка пятого фланца позволяет облегчить соединение первого фланца и фиксатора; установка шестого фланца позволяет облегчить соединение второго фланца и фиксатора; устанавливается седьмой фланец, и внутренняя поверхность седьмого фланца и внешняя поверхность второй опоры образуют соединение - посадку с натягом, в этом случае достаточно, чтобы второй фланец и третий фланец были соединены с седьмым фланцем без необходимости выполнения отверстия для винта или сварного соединения на внешнем кольце второй опоры, тем самым снижая стоимость изготовления опоры, увеличивая прочность внешнего кольца второй опоры и упрощая процедуру установки.
Для улучшения конструкции восьмой фланец помещается между нижней частью указанной лопасти и третьим фланцем, девятый фланец помещается между верхней частью лопасти и четвертым фланцем.
Установка восьмого и девятого фланца облегчает соединение лопасти и третьего и четвертого фланцев.
С целью уточнения, указанным первым движущим устройством является первая гидравлическая система, а вторым движущим устройством является вторая гидравлическая система; указанная первая гидравлическая система включает первый гидронасос, первый гидроклапан, первый гидропровод и первый гидроцилиндр; указанный первый гидроцилиндр включает корпус первого гидроцилиндра, первый поршень, первый поршневой шток и первое уплотнительное устройство, указанный корпус первого гидроцилиндра соединяется с каркасом на расстоянии от одного из концов первого поршневого штока, а первый поршневой шток соединяется с первым краем лопасти на расстоянии от одного из концов корпуса первого гидроцилиндра; указанная вторая гидравлическая система включает второй гидронасос, второй гидроклапан, второй гидропровод и второй гидроцилиндр; указанный второй гидроцилиндр включает корпус второго гидроцилиндра, второй поршень, второй поршневой шток и второе уплотнительное устройство, указанный корпус второго гидроцилиндра соединен с каркасом на расстоянии от одного из концов второго поршневого штока, и второй поршневой шток соединяется со вторым краем лопасти на расстоянии от одного из концов корпуса второго гидроцилиндра.
При использовании гидравлической системы в качестве движущего устройства ее постоянство передачи является стабильным, и она может быть использована в движущем оборудовании большой мощности, благодаря чему достигается плавная регулировка скорости.
Для улучшения конструкции, указанным первым движущим устройством является первая пневматическая система, первая пневматическая система включает первый воздушный компрессор и первый пневмоцилиндр, первый пневмоцилиндр включает корпус первого пневмоцилиндра, поршень первого пневмоцилиндра, поршневой шток первого пневмоцилиндра и первое пневматическое уплотнительное устройство, указанный корпус первого пневмоцилиндра устанавливается на каркасе, поршневой шток первого пневмоцилиндра соединяется с первым краем лопасти на расстоянии от одного из концов корпуса первого пневмоцилиндра; указанным вторым движущим устройством является вторая пневматическая система, вторая пневматическая система включает второй воздушный компрессор и второй пневмоцилиндр, второй пневмоцилиндр включает корпус второго пневмоцилиндра, поршень второго пневмоцилиндра, поршневой шток второго пневмоцилиндра и второе пневматическое уплотнительное устройство, указанный корпус второго пневмоцилиндра устанавливается на каркасе, а поршневой шток второго пневмоцилиндра соединяется со вторым краем лопасти на расстоянии от одного из концов корпуса второго пневмоцилиндра.
При использовании системы пневмоцилиндра в качестве движущего устройства, благодаря тому, что его средой является газ, оно обладает небольшим весом, а ресурс среды богат и экологически чист; благодаря малой вязкости газа сопротивление между газом и корпусом пневмоцилиндра мало.
Для улучшения конструкции, указанное первое движущее устройство включает первую резьбовую шпильку, первую гайку, первый двигатель, по крайней мере две первых линейных опоры и первый опорный блок, указанный первый опорный блок устанавливается на корпусе лопасти, первая линейная опора устанавливается на первый опорный блок, указанная первая гайка устанавливается на первом краю лопасти, один конец указанной резьбовой шпильки соединяется с первым двигателем, указанная первая резьбовая шпилька входит в соединение с первой гайкой, а первая муфта размещается между указанным первым двигателем и первой резьбовой шпилькой; указанное второе движущее устройство включает вторую резьбовую шпильку, вторую гайку, второй двигатель, по крайней мере две вторых линейных опоры и второй опорный блок, указанный второй опорный блок устанавливается на корпусе лопасти, вторая линейная опора устанавливается на второй опорный блок, указанная вторая гайка устанавливается на второй край лопасти, один конец указанной второй резьбовой шпильки соединяется со вторым двигателем, указанная вторая резьбовая шпилька входит в соединение со второй гайкой, а вторая муфта размещается между указанным вторым двигателем и второй резьбовой шпилькой.
При использовании резьбовой шпильки, гайки и линейной опоры в качестве движущего устройства достигается высокая точность передачи.
Для улучшения конструкции, первая уплотнительная лента размещается в части указанного корпуса лопасти возле первого края лопасти, а вторая уплотнительная лента размещается в части указанного корпуса лопасти возле второго края лопасти; ребро жесткости лопасти размещается между указанным каркасом и корпусом лопасти.
Установка уплотнительной ленты предотвращает попадание влаги и пыли в блок лопасти; тем самым предотвращая при работе вертикального ветрового электрогенератора образование конвекции в обеих частях сечения блока лопасти, что влияет на эффективность работы вертикального ветрового электрогенератора. Ребро жесткости лопасти устанавливается для увеличения соединительной прочности каркаса и корпуса лопасти.
Для улучшения конструкции, внешний охладитель присоединяется к указанному охладителю и устанавливается в опорной колонне.
Вышеуказанная конструкция работает следующим образом: из внешнего охладителя охлаждающая жидкость поступает в охладитель посредством питающего трубопровода; охлаждающая жидкость претерпевает теплообмен в охладителе, и затем нагревается и поступает для охлаждения во внешний охладитель посредством отводной трубы, и вышеуказанный процесс происходит циклично. Добавление внешнего охладителя позволяет повысить эффект охлаждения воздушного потока во внутреннем цикле в охладителе, тем самым повышая эффект охлаждения генератора и увеличивая срок службы генератора.
С целью уточнения, указанный подъемный механизм содержит вращающуюся башню, стрелу, уравновешивающее плечо, противовес, крановую тележку, механизм перемещения тележки, крюк, головной канат, грузоподъемный механизм и систему управления; вращающаяся башня размещается на вершине опорной колонны, стрела и уравновешивающее плечо устанавливаются на вращающейся башне, противовес устанавливается на одном конце уравновешивающего плеча, механизм перемещения тележки размещается на стреле, крановая тележка размещается на механизме перемещения тележки, крюк размещается под крановой тележкой, крюк соединен с одним концом указанного головного каната, а другой конец головного каната соединен с грузоподъемным механизмом; указанным механизмом перемещения крановой тележки является направляющая рельсового типа, размещенная на стреле, а указанная крановая тележка размещена на указанной направляющей кранового типа; тяговая штанга уравновешивающего плеча размещается между вершиной указанной вращающейся башни и уравновешивающим плечом, один конец тяговой штанги уравновешивающего плеча неподвижно соединен с вершиной указанной вращающейся башни, а другой конец тяговой штанги уравновешивающего плеча неподвижно соединен с уравновешивающим плечом; тяговая штанга стрелы размещена между вершиной указанной вращающейся башни и стрелой, один конец тяговой штанги стрелы неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни, а другой конец тяговой штанги стрелы неподвижно соединен со стрелой.
Благодаря установке в подъемном механизме вышеуказанной конструкции вращающейся башни, стрелы, крановой тележки, механизма перемещения тележки, крюка, головного каната и грузоподъемного механизма, операторы могут осуществлять установку, техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора на подъемном механизме без необходимости дополнительного сооружения кранового оборудования, что экономит время и денежные средства; благодаря наличию уравновешивающего плеча и противовеса вес одного конца стрелы сбалансирован, обеспечивая устойчивость подъемного механизма и увеличивая грузоподъемность подъемного механизма; благодаря своей установке вращающаяся башня может вращаться на 360°, и благодаря своей установке крановая тележка может передвигаться на механизме перемещения тележки, в этом случае расстояние в горизонтальном направлении между крюком и генератором может быть отрегулировано; благодаря установке грузоподъемного механизма, головного каната и крюка крюк может передвигаться в перпендикулярном направлении через грузоподъемный механизм с помощью головного каната, и операторы могут производить работы в любой точке ветрового электрогенератора с эффективной экономией рабочего времени. Указанная направляющая рельсового типа имеет простую конструкцию и легка в изготовлении. Тяговая штанга уравновешивающего плеча и стрелы обеспечивают устойчивость конструкции подъемного механизма и увеличивают грузоподъемность подъемного механизма.
С целью уточнения, указанной подъемной системой является подъемник, и указанный подъемник включает кабину подъемника и подъемный механизм кабины подъемника.
Операторы имеют возможность осуществлять техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора посредством использования кабины подъемника, тем самым техническое обслуживание становится более удобным, и в то же время снижается стоимость и время технического обслуживания.
Для улучшения конструкции, тормозной механизм размещается на внешних кольцах указанной первой опоры, второй опоры и третьей опоры.
Скорость вращения ротора вертикального ветрового электрогенератора изменяется в зависимости от скорости ветра, и чем больше скорость ветра, тем больше скорость вращения ротора генератора, и тем больше количества электроэнергии вырабатывается, однако сам генератор имеет предельную мощность, в случае, когда фактическая мощность превышает предельную мощность, генератор может сгореть, в связи с чем скорость вращения ротора генератора следует контролировать, следовательно установка тормозного механизма позволяет эффективно контролировать скорость вращения ротора генератора.
Описание чертежей
Фиг.1 - наглядный вид вертикального ветрового электрогенератора с генераторным блоком;
Фиг.2 - вид спереди вертикального ветрового электрогенератора с генераторным блоком;
Фиг.3 - вид в разрезе вертикального ветрового электрогенератора с генераторным блоком;
Фиг.4 - частичный увеличенный вид части F Фиг.3;
Фиг.5 - наглядный вид лопасти;
Фиг.6 - сечение первой формы лопасти;
Фиг.7 - сечение первой формы лопасти, где первый край лопасти и второй край лопасти переходят в корпус лопасти;
Фиг.8 - частичный увеличенный вид части A Фиг.6;
Фиг.9 - схема конструкции первой гидравлической системы;
Фиг.10 - вид конструкции, показывающий работу генератора в качестве двигателя при запуске;
Фиг.11 - схема конструкции первой формы соединительной детали;
Фиг.12 - схема конструкции второй формы соединительной детали;
Фиг.13 - схема конструкции, показывающая установку демпферной обмотки на роторе генератора;
Фиг.14 - наглядный вид демпферной обмотки;
Фиг.15 - схема конструкции, показывающая установку лопасти вентилятора на внешней стенке внешнего фиксатора;
Фиг.16 - Схема конструкции, показывающая установку возбудителя под генератором;
Фиг.17 - наглядный вид подъемного механизма;
Фиг.18 - наглядный вид второй формы первого фланца и второго фланца;
Фиг.19 - вид в разрезе второй формы первого фланца и второго фланца;
Фиг.20 - наглядный вид третьей формы первого фланца и второго фланца;
Фиг.21 - наглядный вид четвертой формы первого фланца и второго фланца;
Фиг.22 - сечение второй формы лопасти;
Фиг.23 - сечение второй формы лопасти, где первый край лопасти и второй край лопасти переходят в корпус лопасти;
Фиг.24 - частичный увеличенный вид части B Фиг.22;
Фиг.25 - схема конструкции первой пневматической системы;
Фиг.26 - сечение третьей формы лопасти;
Фиг.27 - сечение третьей формы лопасти, где первый край лопасти и второй край лопасти переходят в корпус лопасти;
Фиг.28 - частичный увеличенный вид части C Фиг.26;
Фиг.29 - схема конструкции системы передачи с резьбовой шпилькой и гайкой;
Фиг.30 - наглядный вид двух генераторных блоков;
Фиг.31 - вид спереди двух генераторных блоков;
Фиг.32 - вид в разрезе двух генераторных блоков.
Осуществление изобретения
Ниже предоставляется подробное описание данного изобретения в сочетании с чертежами и вариантами выполнения изобретения.
Первый вариант выполнения изобретения
Вертикальный ветровой электрогенератор, показанный на Фиг.1-3, включает опорную колонну, по крайней мере один генераторный блок 2, по крайней мере две лопасти 3, первую опору 4, вторую опору 5, третью опору 6, первый фланец 7, второй фланец 8, третий фланец 9, четвертый фланец 10, пятый фланец 11, шестой фланец 12 и седьмой фланец 13, в данном варианте выполнения изобретения имеется один генераторный блок 2, две лопасти 3, центральная ось опорной колонны 1 перпендикулярна горизонтальной плоскости и указанная опорная колонна 1 имеет полую конструкцию.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный генераторный блок 2 содержит фиксатор 201, генератор 202 и возбудитель 203.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный фиксатор 201 состоит из внешнего фиксатора 2011 и внутреннего фиксатора 2012, внешний фиксатор 2011 размещен снаружи внутреннего фиксатора 2012, и воздуховод фиксатора 2013 образован между внешним фиксатором 2011 и внутренним фиксатором 2012.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный генератор 202 содержит статор 2021 и ротор 2022, статор 2021 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор 2022 размещен снаружи статора 2021 и неподвижно установлен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора генератора (не показана) размещена на статоре 2021, обмотка ротора генератора (не показана) размещена на роторе 2022, воздушный зазор 14 расположен между статором 2021 и ротором 2022, и воздуховоды 15 расположены в статоре 2021 и роторе 2022; демпферная обмотка 38 установлена на роторе 2022, как показано на Фиг.13 и Фиг.14, демпферная обмотка 38 включает короткозамкнутое кольцо 381 и стержень демпферной обмотки 382, стержень демпферной обмотки 382 установлен на короткозамкнутом кольце 381.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный возбудитель 203 содержит статор возбудителя 2031 и ротор возбудителя 2032, статор возбудителя 2031 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор возбудителя 2032 расположен снаружи статора возбудителя 2031 и неподвижно установлен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора возбудителя (не показана) расположена на статоре возбудителя 2031, обмотка ротора возбудителя (не показана) расположена на роторе возбудителя 2032, между статором возбудителя 2031 и ротором возбудителя 2032 расположен воздушный зазор 14, воздуховоды 15 расположены в указанном статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный возбудитель 203 установлен над генератором 202, как показано на Фиг.16, возбудитель 203 может также быть установлен под генератором 202.
Как показано на Фиг.10, обмотка статора генератора соединена с электроэнергетической системой 17 посредством реверсивного частотного преобразователя 15, обмотка статора генератора соединена с обмоткой статора возбудителя посредством реверсивного частотного преобразователя 15 и устройства контроля возбуждения 16; обмотка ротора генератора соединена с обмоткой ротора возбудителя посредством выпрямительного устройства 161.
Как показано на Фиг.3, держатель статора 2023 расположен на поверхности нижней части статора генератора 2021, держатель статора 2023 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора 2023 играет роль опоры статора 2021, повышая устойчивость и точность положения во время установки статора 2021 на опорной колонне 1; держатель статора возбудителя 2033 расположен на поверхности нижней части статора возбудителя 2031, держатель статора возбудителя 2033 неподвижно надет на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора возбудителя 2033 играет роль опоры статора возбудителя 2031, повышая устойчивость и точность положения при установке статора возбудителя 2031 на опорной колонне 1.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный пятый фланец 11, первый фланец 7, первая опора 4 расположены под фиксатором 201 последовательно сверху вниз; поверхность верхней части пятого фланца 11 соединяется с поверхностью нижней части фиксатора 201 посредством сварного соединения; два сечения на верхней части и нижней части указанного первого фланца 7 не одинаковы, как показано на Фиг.4, первый фланец 7 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и 19, первый фланец 7 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, первый фланец 7 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, первый фланец 7 имеет ступенчатую форму, однако форма первого фланца 7 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть указанного первого фланца 7 соединена с пятым фланцем 11 с помощью болтового или сварного соединения, и меньшая часть первого фланца 7 соединена с внешним кольцом первой опоры 4 с помощью болтового или сварного соединения или посадки с натягом; внутреннее кольцо указанной первой опоры 4 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, держатель первой опоры 18 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца первой опоры 4, и держатель первой опоры 18 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании формы платформы конической формы или рупора сечение первого фланца 7 равномерно переходит от широкой части к узкой части первого фланца 7, в первом фланце 7 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность первого фланца 7 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время уменьшается размер внешнего кольца первой опоры 4 и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы первый фланец 7 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время производства фланцев; установка пятого фланца 11 облегчает соединение между первым фланцем 7 и фиксатором 201; указанный держатель первой опоры 18 используется для удержания первой опоры 4 и всех деталей, воздействующих на первую опору 4, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения первой опоры 4, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, шестой фланец 12, второй фланец 8 и вторая опора 5 расположены над фиксатором 201 последовательно сверху вниз; шестой фланец 12 соединен с поверхностью верхней части фиксатора 201 с помощью сварного соединения, два сечения верхней части и нижней части указанного шестого фланца 12 не одинаковы, как показано на Фиг.3 и Фиг.4, второй фланец 8 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и Фиг.19, второй фланец 8 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, второй фланец 8 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, второй фланец 8 имеет ступенчатую форму, однако форма второго фланца 8 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть второго фланца 8 соединена с шестым фланцем 12 с помощью болтового или сварного соединения; внутреннее кольцо указанной второй опоры 8 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1; указанный седьмой фланец 13 посажен на внешней стенке внешнего кольца второй опоры 5 с помощью посадки с натягом, поверхность нижней части седьмого фланца 13 соединена с малой частью второго фланца 8 с помощью болтового или сварного соединения; держатель второй опоры 19 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца второй опоры 5, и держатель второй опоры 19 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании формы платформы конической формы или рупора второго фланца 8 сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части второго фланца 8, во втором фланце 8 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность второго фланца 8 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время уменьшается размер внешнего кольца второй опоры 5 и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы второй фланец 8 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время производства фланцев; установка шестого фланца 12 облегчает соединение между вторым фланцем 8 и фиксатором 201; указанный держатель второй опоры 19 используется для удержания второй опоры 5 и всех деталей, воздействующих на вторую опору 5, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения второй опоры 5, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.3, внутреннее кольцо указанной третьей опоры 6 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, и расположено над второй опорой 5, держатель третьей опоры 20 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца третьей опоры 6, держатель третьей опоры 20 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, держатель третьей опоры 20 используется для удержания третьей опоры 6 и всех деталей, воздействующих на третью опору 6, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения третьей опоры 6, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Третий фланец 9 соединен с поверхностью верхней части указанного седьмого фланца 13 с помощью болтового или сварного соединения, четвертый фланец 10 соединен с внешним кольцом третьей опоры 6 с помощью болтового или сварного соединения, соединительная деталь 23 для передачи вращательного момента расположена между третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10, как показано на Фиг.12, указанной соединительной деталью 23 является полая труба, как показано на Фиг.11, указанная соединительная деталь 23 содержит по крайней мере два соединительных стержня 231, верхние концы указанных соединительных стержней 231 соединены с четвертым фланцем 10, а нижние концы соединительных стержней 231 соединены с третьим фланцем 9, указанные соединительные стержни 231 расположены с внешней стороны опорной колонны 1, по кругу, который является соосным с сечением опорной колонны 1, и ребро жесткости 232 приварено к соединительным стержням 231 для увеличения прочности соединительной детали 23; благодаря использованию полой трубы в качестве соединительной детали 23, ее конструкция проста и легка в изготовлении, а также имеет низкую стоимость; и при вращении полой трубы вместе с третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10 в полой трубе не образуется сопротивления вращению, которое может повлиять на мощность ветрового электрогенератора, таким образом значительно увеличивая эффективность производства электроэнергии; при использовании многочисленных соединительных стержней 231 в качестве соединительной детали, ее конструкция проста и при этом снижается вес вертикального ветрового электрогенератора; как показано на Фиг.3, два восьмых фланца 21 соединены с поверхностью внешней окружности третьего фланца 9, два девятых фланца 22 соединены с поверхностью внешней окружности четвертого фланца 10, нижняя часть указанной лопасти 3 соединена с третьим фланцем 9 посредством восьмого фланца 21, верхняя часть лопасти 3 соединена с четвертым фланцем 10 посредством девятого фланца 22. Установка восьмого фланца 21 и девятого фланца 22 облегчает установку, демонтаж и техническое обслуживание лопасти 3.
В лопасти 3 вертикального ветрового электрогенератора, как показано на Фиг.5 и Фиг.6, указанная лопасть 3 состоит из трех блоков лопасти 31; как показано на Фиг.6, сечение блоков лопасти 31 имеет овальную форму с большой средней частью и двумя малыми концами, один из двух малых концов имеет дугообразную форму, а другой конец острый; благодаря использованию в блоках лопасти 31 конструкции с таким видом сечения, коэффициент использования энергии ветра является высоким. Указанные блоки лопасти 31 включают каркас 101, корпус лопасти 102, первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104; корпус лопасти 102 установлен на каркасе 103, и каркас 103 расположен в корпусе лопасти 102; указанный первый край лопасти 103 расположен в одном конце корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть первого края лопасти 103 имеет дугообразную форму, а головная часть 1032 первого края лопасти 103 переходит в корпус лопасти 102; указанный второй край лопасти 104 расположен в противоположной части от первого края лопасти 103 корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть 1041 второго края лопасти 104 имеет заостренную форму, а головная часть 1042 второго края лопасти 104 переходит в корпус лопасти 102; как показано на Фиг.6 и Фиг.8, первая группа направляющих рельсового типа (не показана) расположена между корпусом лопасти 102 и первым краем лопасти 103, вторая группа направляющих рельсового типа 32 расположена между корпусом лопасти 102 и вторым краем лопасти 104; первая гидравлическая система 30 расположена между каркасом 101 и первым краем лопасти 103, вторая гидравлическая система 40 расположена между каркасом 101 и вторым краем лопасти 104, указанная первая гидравлическая система 30 содержит первый гидронасос (не показан), первый гидроклапан (не показан), первый гидропровод (не показан) и первый гидроцилиндр 301, как показано на Фиг.9, указанный первый гидроцилиндр 301 содержит корпус первого гидроцилиндра 302, первый поршень 303, первый поршневой шток 304 и первое уплотнительное устройство 305, первый поршень 303 установлен в корпусе первого гидроцилиндра 302, один конец первого поршневого штока 304 соединен с первым поршнем 303, а другой конец соединен с первым краем лопасти 103, корпус первого гидроцилиндра 302 закреплен на каркасе 101, первое уплотнительное устройство 305 устанавливается с двух сторон корпуса первого гидроцилиндра 302, указанная вторая гидравлическая система 40 содержит второй гидронасос (не показан), второй гидроклапан (не показан), второй гидропровод (не показан) и второй гидроцилиндр 401, указанный второй гидроцилиндр 401 содержит корпус второго гидроцилиндра 402, второй поршень (не показан), второй поршневой шток 403 и второе уплотнительное устройство (не показано), второй поршень установлен в корпусе второго гидроцилиндра 402, один конец второго поршневого штока 403 соединен со вторым поршнем, а другой конец соединен со вторым краем лопасти 104, корпус второго гидроцилиндра 402 закреплен на каркасе 101, второе уплотнительное устройство установлено с двух сторон корпуса второго гидроцилиндра 402; при использовании гидравлической системы в качестве движущего устройства ее постоянство передачи является стабильным, она может быть использована в движущем оборудовании большой мощности, и при движении достигается плавная регулировка скорости. Так как средой корпуса гидроцилиндра является гидравлическое масло, благодаря чему достигается автоматическая смазка, срок службы гидравлической системы удлиняется, также как и срок службы лопастей. Между каркасом 101 и корпусом лопасти 102 установлено ребро жесткости 50, таким образом увеличивая прочность соединения между каркасом 101 и корпусом лопасти 102; первая уплотнительная лента 60 установлена в конце корпуса лопасти 102 возле первого края лопасти 103, а вторая уплотнительная лента 70 установлена в конце корпуса лопасти 102 возле второго края лопасти 104, таким образом предотвращая попадание влаги и пыли в блок лопасти 31, тем самым предотвращая при работе вертикального ветрового электрогенератора образование конвекции в обеих частях сечения блока лопасти, влияющей на эффективность работы вертикального ветрового электрогенератора.
Как показано на Фиг.4, система охлаждения расположена в генераторном блоке 2, и включает лопасть вентилятора 24, охладитель 25, шайбу уплотнения 26, вентилятор 27 и воздуховоды 15, расположенные в статоре генератора 2021, роторе 2022, статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.15, указанная лопасть вентилятора 24 установлена под наклоном на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, каждая лопасть вентилятора 24 имеет дугообразную форму, шайба уплотнения 26 жестко посажена на внешней стенке опорной колонны 1 и размещена над внутренним возбудителем 203 в верхней части внутреннего фиксатора 2012, вентилятор 27 установлен на шайбе уплотнения 26; охладитель 25 установлен на шайбе уплотнения 26 и расположен над вентилятором 27; воздуховыпускное отверстие 29 открыто в нижней части внутреннего фиксатора 2012, и воздуховпускное отверстие 33 открыто в верхней части внутреннего фиксатора 2012, воздуховпускное отверстие 33 расположено над шайбой уплотнения 26, и указанные воздуховыпускное отверстие 29 и воздуховпускное отверстие 33 соединены с воздуховодом фиксатора; внешний охладитель 34 расположен в опорной колонне 1, и охладитель 25 соединен с внешним охладителем 34 с помощью питающего трубопровода 35 и отводной трубы 36.
Как показано на Фиг.17, подъемный механизм 80 расположен на вершине указанной опорной колонны 1, указанный подъемный механизм 80 содержит вращающуюся башню 801, стрелу 802, уравновешивающее плечо 803, противовес 804, крановую тележку 805, направляющую рельсового типа 806, крюк 807, головной канат 808, грузоподъемный механизм 809 и систему управления (не показана). Указанная вращающаяся башня 801 соединена с вершиной опорной колонны 1, стрела 802 и уравновешивающее плечо 803 установлены на вращающейся башне 801, и вращающаяся башня 801 может вращаться на 360°; противовес 804 установлен на одном конце уравновешивающего плеча 803; направляющая рельсового типа 806 расположена на стреле 802, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, и крановая тележка 805 может осуществлять движение по направляющей рельсового типа 806 вперед и назад; крюк 807 расположен под крановой тележкой 805, крюк 807 соединен с одним концом головного каната 808, другой конец головного каната 808 соединен с грузоподъемным механизмом 809, и спуск и подъем крюка 807 контролируется грузоподъемным механизмом 809. В дополнение, тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и уравновешивающим плечом 803, один конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с уравновешивающим плечом 803; тяговая штанга стрелы 811 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и стрелой 802, один конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен со стрелой 802; тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 и тяговая штанга стрелы 811 обеспечивают устойчивость конструкции подъемного механизма 80 и увеличивают грузоподъемность подъемного механизма 80.
Как показано на Фиг.3, подъемная система расположена в указанной опорной колонне 1, указанной подъемной системой является подъемник 37, и указанный подъемник 37 включает кабину подъемника 371 и подъемный механизм кабины подъемника 372, движение подъемной кабины 371 вверх и вниз достигается с помощью подъемного механизма кабины подъемника 372. Внешнее кольцо указанной первой опоры 4, второй опоры 5 и третьей опоры 6 оснащено тормозным механизмом (не показан).
Процесс работы вышеуказанного вертикального ветрового электрогенератора состоит главным образом из нескольких частей, а именно, генерирование энергии ветровым электрогенератором, охлаждение генератора, запуск генератора в качестве двигателя и техническое обслуживание. Принцип работы указанных частей раскрывается далее.
Принцип работы генерирования энергии вертикального ветрового электрогенератора следующий: лопасть 3 начинает свое вращение от толчка ветра, вращательный момент создается после вращения лопасти 3, и вращательный момент, созданный с помощью лопасти 3, передается четвертому фланцу 10 и третьему фланцу 9 посредством нижней части лопасти 3, в то же время, третий фланец 9 и четвертый фланец 10 вращаются вместе с лопастью 3, вращательный момент, переданный четвертому фланцу 10, передается третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, третий фланец 9 постепенно передает вращательный момент фиксатору 201 с помощью седьмого фланца 13, второго фланца 8 и шестого фланца 12, и фиксатор 201 приводит ротор 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению, заставляя ротор 2022 вращаться вокруг статора 2021, и заставляя ротор возбудителя 2032 вращаться вокруг статора возбудителя 2031, в процессе вращения ротора возбудителя 2032 обмотка ротора возбудителя в роторе возбудителя 2032 генерирует переменный ток, и затем выпрямительное устройство преобразует переменный ток в постоянный ток и передает постоянный ток в обмотку ротора генератора 2022, магнитное поле создается после того, как в обмотку ротора генератора поступает постоянный ток, из-за вращательного действия ротора генератора 2022 обмотка ротора генератора создает магнитное поле, распределение которого близко к синусоидальному, обмотка статора генератора 2021 осуществляет движение, пересекая магнитные силовые линии, и в обмотке статора генератора возбуждается потенциал трехфазного переменного тока, таким образом достигается цель генерации электроэнергии. В данной конструкции благодаря установке третьего фланца 9, четвертого фланца 10 и соединительной детали 23 вращательный момент, создаваемый лопастью 3, передается не только третьему фланцу 9, но и четвертому фланцу 10, и четвертый фланец 10 передает вращательный момент третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, балансируется нагрузка на верхнюю и нижнюю части лопасти 3, и таким образом лопасть 3 не так легко подвергнуть деформации и повредить, что увеличивает срок службы вертикального ветрового электрогенератора. Как показано на Фиг.6, в процессе вращения лопасти 3, при малой силе ветра первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104 выдвинуты, таким образом площадь наветренной стороны лопасти 3 большая и мощность вертикального ветрового электрогенератора велика; как показано на Фиг.7, при увеличении силы ветра первый край лопасти 103 движется по направлению к каркасу 101 вдоль первой группы направляющих рельсового типа под действием первой гидравлической системы 30, и первый край лопасти 103 уменьшается, в то же время второй край лопасти 104 движется по направлению к каркасу 101 вдоль второй группы направляющих рельсового типа 2 под действием второй гидравлической системы 40, и второй край лопасти 104 уменьшается, в это время площадь наветренной стороны лопасти 3 уменьшается, мощность вертикального ветрового электрогенератора автоматически регулируется при использовании такой конструкции, предотвращая выход из строя вертикального ветрового электрогенератора, вызванный чрезмерной мощностью из-за повышенной скорости ветра.
Принцип работы системы охлаждения следующий: вентилятор 27 работает и образует воздушный поток, холодный воздух достигает нижней части генератора с помощью воздуховода 15 ротора возбудителя 2032, статора возбудителя 2031, ротора 2022 и статора 2021, охлаждая при этом возбудитель и генератор, в то же время холодный воздух нагревается, поступает в воздуховод фиксатора 2013 с помощью воздуховыпускного отверстия 29, и осуществляет здесь теплообмен с наружным воздухом с помощью внешнего фиксатора 2011, таким образом горячий воздух воздушного потока охлаждается, и затем воздушный поток поступает в охладитель 25 с помощью воздуховпускного отверстия 33, воздушный поток здесь еще более охлаждается и поступает во внутреннюю полость ветрового электрогенератора с помощью вентилятора 27, образуя внутренний цикл. Благодаря установке лопасти вентилятора 24 с внешней стороны внешнего фиксатора 2011 ротора и тому, что лопасть вентилятора 24 установлена под наклоном на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, при вращении фиксатора 201 лопасть вентилятора 24 вращается вместе с ним, в то же время, на лопасти вентилятора 24 образуется резкое различие между зонами высокого и низкого давления, побуждая воздух снаружи возле генератора сформировать воздушный поток, движущийся от зоны высокого давления к низкому, то есть сформировать внешний цикл, таким образом эффективность теплообмена между воздушным потоком во внутреннем цикле и снаружи возрастает, охлаждающий эффект в генераторе улучшается и срок службы генератора возрастает.
Процесс работы внешнего охладителя 34 и охладителя 25 следующий: охлаждающая жидкость поступает из внешнего охладителя 34 в охладитель 25 с помощью питающего трубопровода 35, охлаждающая жидкость осуществляет теплообмен в охладителе 25 с воздухом во внутреннем цикле, затем нагревается и поступает для охлаждения во внешний охладитель 34 с помощью отводной трубы, вышеуказанный процесс продолжает свой цикл, улучшая при этом эффект охлаждения воздушного потока во внутреннем цикле в охладителе 25, тем самым улучшая эффект охлаждения генератора и увеличивая срок службы генератора.
Процесс работы генератора при запуске его в качестве двигателя следующий.
(1) Работа двигателя: как показано на Фиг.10, когда ветровой электрогенератор должен работать при малой скорости ветра или возникают трудности с его запуском, устройство контроля возбуждения 16 отключается от электроэнергетической системы 17, сила тока в обмотке статора возбудителя равна нулю, генератор работает в режиме электродвигателя, обмотка статора генератора соединяется с электроэнергетической системой 17, электроэнергетическая система 17 подает переменный ток в обмотку статора генератора с помощью реверсивного частотного преобразователя 15, в то же время вращающееся магнитное поле возникает в воздушном зазоре 14 статора 2021 и ротора 2022, относительное движение возникает между вращающимся магнитным полем и обмоткой ротора генератора, а также демпферной обмоткой 38, обмотка ротора генератора пересекает магнитную силовую линию и создает индуктированную электродвижущую силу в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38, индуктированный ток генерируется в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38 после того, как обмотка ротора генератора и демпферная обмотка замыкаются, вращающееся магнитное поле и индуктированный ток взаимодействуют и создают электромагнитный вращательный момент, побуждая при этом ротор генератора 2022 к вращению и достигая асинхронного хода, таким образом решается проблема работы ветрового электрогенератора при малой скорости ветра или возникновении трудностей с его запуском. При работе генератора в качестве двигателя скорость вращения генератора регулируется с помощью реверсивного частотного преобразователя 15 посредством регулировки выходной частоты. (2) Работа генератора: при увеличении скорости ветра и вращении генератора при встречном воздушном потоке, в первую очередь следует дать поработать генератору в качестве двигателя, как указано выше, и привести ротор возбудителя 2032 в состояние вращения, переменный ток индуктируется из обмотки ротора возбудителя, после того, как переменный ток выпрямляется выпрямительным устройством 161, постоянный ток поступает в обмотку ротора генератора, и трехфазный переменный ток индуктируется из обмотки статора генератора. В то же время, следует проконтролировать, чтобы реверсивный частотный преобразователь 15 на время приостановил свою работу, генератор выходит из состояния работы в качестве двигателя, вращательный момент, производимый лопастью 3, побуждает фиксатор 201 к вращению, фиксатор 201 побуждает ротор генератора 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению и устройство контроля возбуждения 16 начинает свою работу, а генератор начинает работу в качестве синхронного генератора.
После преобразования рабочей функции из двигателя в генератор реверсивный частотный преобразователь 15 снова начинает свою работу, трехфазный переменный ток в обмотке статора генератора подвергается выпрямлению и фильтрации реверсивным частотным преобразователем 15, далее поступает в электроэнергетическую систему 17 и происходит работа генератора. При изменении скорости ветра скорость вращения генератора меняется, частота индуктированного тока в обмотке статора генератора также меняется, при этом рабочие параметры реверсивного частотного преобразователя 15 могут быть отрегулированы для того, чтобы обеспечить неизменность рабочей частоты и достичь режима работы с переменной скоростью и неизменной частотой вращения. При работе генератора в режиме генератора ток возбуждения, полученный на обмотке ротора генератора, регулируется с помощью регулировки тока на выходе устройства контроля возбуждения 16, так чтобы достичь регулировки выходной мощности генератора. (3) При превышении скоростью ветра определенного предела соединение между устройством контроля возбуждения 16 и электроэнергетической системой 17 разрывается, соединение между реверсивным частотным преобразователем 15 и генератором также разрывается, электрогенераторная система не потребляет элетроэнергии и не выдает электроэнергии, в то же время, скорость вращения генератора может быть ограничена с помощью тормозного механизма, предотвращая тем самым повреждение ветрового электрогенератора.
Техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора может осуществляться с помощью подъемной системы и подъемного механизма 80, следующим образом: операторы могут добраться до любого генераторного блока 2 на опорной колонне 1 с помощью подъемной системы, а также до подъемного механизма 80, операторы могут работать с использованием крюка 807 в подъемном механизме 80, указанный крюк 807 соединяется с грузоподъемным механизмом 809 с помощью головного каната 808, таким образом положение крюка 807 в вертикальном направлении может быть отрегулировано, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, крановая тележка 805 может передвигаться по направляющей рельсового типа 806, таким образом может быть отрегулировано положение крюка 807 в горизонтальном направлении, благодаря тому, что вращающаяся башня 801 может осуществлять вращение на 360°, операторы могут производить техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора в любом месте, без необходимости дополнительного сооружения башни для технического обслуживания и другого крупногабаритного оборудования, тем самым существенно снижая стоимость и время технического обслуживания и ремонта.
Второй вариант выполнения изобретения
Вертикальный ветровой электрогенератор, показанный на Фиг.1-3, включает опорную колонну 1, по крайней мере один генераторный блок 2, по крайней мере две лопасти 3, первую опору 4, вторую опору 5, третью опору 6, первый фланец 7, второй фланец 8, третий фланец 9, четвертый фланец 10, пятый фланец 11, шестой фланец 12 и седьмой фланец 13, и в данном варианте выполнения изобретения имеется один генераторный блок 2, две лопасти 3, центральная ось опорной колонны 1 перпендикулярна горизонтальной плоскости, и указанная опорная колонна 1 имеет полую конструкцию.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный генераторный блок 2 содержит фиксатор 201, генератор 202 и возбудитель 203.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный фиксатор 201 состоит из внешнего фиксатора 2011 и внутреннего фиксатора 2012, внешний фиксатор 2011 расположен с внешней стороны внутреннего фиксатора 2012, а воздуховод фиксатора 2013 образован между внешним фиксатором 2011 и внутренним фиксатором 2012.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный генератор 202 содержит статор 2021 и ротор 2022, статор 2021 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор 2022 расположен снаружи статора 2021 и неподвижно установлен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора генератора (не показана) расположена на статоре 2021, обмотка ротора генератора (не показана) расположена на роторе 2022, воздушный зазор 14 находится между статором 2021 и ротором 2022, и воздуховоды 15 расположены в статоре 2021 и роторе 2022; демпферная обмотка 38 установлена на роторе 2022, как показано на Фиг.13 и Фиг.14, демпферная обмотка 38 содержит короткозамкнутое кольцо 381 и стержень демпферной обмотки 382, и стержень демпферной обмотки 382 установлен на короткозамкнутом кольце 381.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный возбудитель 203 содержит статор возбудителя 2031 и ротор возбудителя 2032, статор возбудителя 2031 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор возбудителя 2032 расположен снаружи статора возбудителя 2031 и неподвижно установлен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора возбудителя (не показана) расположена на статоре возбудителя 2031, обмотка ротора возбудителя (не показана) расположена на роторе возбудителя 2032, воздушный зазор 14 находится между статором возбудителя 2031 и ротором возбудителя 2032, и воздуховоды 15 расположены в указанном статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный возбудитель 203 установлен над генератором 202, как показано на Фиг.16, возбудитель 203 может быть также установлен под генератором 202.
Как показано на Фиг.10, обмотка статора генератора соединена с электроэнергетической системой 17 посредством реверсивного частотного преобразователя 15, обмотка статора генератора соединена с обмоткой статора возбудителя посредством реверсивного частотного преобразователя 15 и устройства контроля возбуждения 16; а обмотка ротора генератора соединена с обмоткой ротора возбудителя посредством выпрямительного устройства 161.
Как показано на Фиг.3, держатель статора 2023 расположен на поверхности нижней части статора генератора 2021, держатель статора 2023 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора 2023 играет роль опоры статора 2021, повышая устойчивость и точность положения при установке статора 2021 на опорной колонне 1; держатель статора возбудителя 2033 расположен на поверхности нижней части статора возбудителя 2031, держатель статора возбудителя 2033 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора возбудителя 2033 играет роль опоры статора возбудителя 2031, повышая устойчивость и точность положения при установке статора возбудителя 2031 на опорной колонне 1.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный пятый фланец 11, первый фланец 7, первая опора 4 расположены под фиксатором 201 последовательно сверху вниз; поверхность верхней части пятого фланца 11 соединена с поверхностью нижней части фиксатора 201 посредством сварного соединения; два сечения в верхней и нижней части указанного первого фланца 7 не одинаковы, как показано на Фиг.4, первый фланец 7 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и 19, первый фланец 7 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, первый фланец 7 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, первый фланец 7 имеет ступенчатую форму, при этом форма первого фланца 7 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть указанного первого фланца 7 соединена с пятым фланцем 11 с помощью болтового или сварного соединения, а меньшая часть первого фланца 7 соединена с внешним кольцом первой опоры 4 с помощью болтового или сварного соединения или посадки с натягом; внутреннее кольцо указанной первой опоры 4 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, держатель первой опоры 18 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца первой опоры 4, и держатель первой опоры 18 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании первого фланца 7 формы платформы конической формы или рупора, сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части первого фланца 7, и в первом фланце 7 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность первого фланца 7 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время, размер внешнего кольца первой опоры 4 уменьшается и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы первый фланец 7 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время изготовления фланцев; установка пятого фланца 11 облегчает соединение между первым фланцем 7 и фиксатором 201; указанный держатель первой опоры 18 используется для удержания первой опоры 4 и всех деталей, воздействующих на первую опору 4, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения первой опоры 4, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, шестой фланец 12, второй фланец 8 и вторая опора 5 расположены над фиксатором 201 последовательно сверху вниз; шестой фланец 12 соединен с поверхностью верхней части фиксатора 201 с помощью сварного соединения, два сечения верхней части и нижней части указанного шестого фланца 12 не одинаковы, как показано на Фиг.3 и Фиг.4, второй фланец 8 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и Фиг.19, второй фланец 8 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, второй фланец 8 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, второй фланец 8 имеет ступенчатую форму, при этом форма второго фланца 8 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть второго фланца 8 соединена с шестым фланцем 12 с помощью болтового или сварного соединения; внутреннее кольцо указанной второй опоры 8 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1; указанный седьмой фланец 13 посажен на внешней стенке внешнего кольца второй опоры 5 с помощью посадки с натягом, а поверхность нижней части седьмого фланца 13 соединена с малой частью второго фланца 8 с помощью болтового или сварного соединения; держатель второй опоры 19 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца второй опоры 5, и держатель второй опоры 19 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании второго фланца 8 формы платформы конической формы или рупора сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части второго фланца 8, во втором фланце 8 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность второго фланца 8 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время уменьшается размер внешнего кольца второй опоры 5 и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы второй фланец 8 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время производства фланцев; установка шестого фланца 12 облегчает соединение между вторым фланцем 8 и фиксатором 201; указанный держатель второй опоры 19 используется для удержания второй опоры 5 и всех деталей, воздействующих на вторую опору 5, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения второй опоры 5, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.3, внутреннее кольцо указанной третьей опоры 6 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, и расположено над второй опорой 5, держатель третьей опоры 20 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца третьей опоры 6, держатель третьей опоры 20 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, держатель третьей опоры 20 используется для удержания третьей опоры 6 и всех деталей, воздействующих на третью опору 6, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения третьей опоры 6, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Третий фланец 9 соединен с поверхностью верхней части указанного седьмого фланца 13 с помощью болтового или сварного соединения, четвертый фланец 10 соединен с внешним кольцом третьей опоры 6 с помощью болтового или сварного соединения, соединительная деталь 23 для передачи вращательного момента расположена между третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10, как показано на Фиг.12, указанной соединительной деталью 23 является полая труба, как показано на Фиг.11, указанная соединительная деталь 23 содержит по крайней мере два соединительных стержня 231, верхние концы указанных соединительных стержней 231 соединены с четвертым фланцем 10, а нижние концы соединительных стержней 231 соединены с третьим фланцем 9, указанные соединительные стержни 231 расположены с внешней стороны опорной колонны 1, по кругу, который является соосным с сечением опорной колонны 1, и ребро жесткости 232 приварено к соединительным стержням 231 для увеличения прочности соединительной детали 23; благодаря использованию полой трубы в качестве соединительной детали 23 ее конструкция проста и легка в изготовлении, а также имеет низкую себестоимость; и при вращении полой трубы вместе с третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10 в полой трубе не образуется сопротивления вращению, которое может повлиять на мощность ветрового электрогенератора, таким образом значительно увеличивая эффективность производства электроэнергии; при использовании многочисленных соединительных стержней 231 в качестве соединительной детали, ее конструкция проста и при этом снижается вес вертикального ветрового электрогенератора; как показано на Фиг.3, два восьмых фланца 21 соединены с поверхностью внешней окружности третьего фланца 9, два девятых фланца 22 соединены с поверхностью внешней окружности четвертого фланца 10, нижняя часть указанной лопасти 3 соединена с третьим фланцем 9 посредством восьмого фланца 21, верхняя часть лопасти 3 соединена с четвертым фланцем 10 посредством девятого фланца 22. Установка восьмого фланца 21 и девятого фланца 22 облегчает установку, демонтаж и техническое обслуживание лопасти 3.
В лопасти 3 вертикального ветрового электрогенератора, как показано на Фиг.5, Фиг.22-25, указанная лопасть 3 состоит из трех блоков лопасти 31; как показано на Фиг.22, сечение блоков лопасти 31 имеет овальную форму с большой средней частью и двумя малыми концами, один из двух малых концов имеет дугообразную форму, а другой конец острый; благодаря использованию в блоках лопасти 31 конструкции с таким видом сечения, коэффициент использования энергии ветра является высоким. Указанные блоки лопасти 31 включают каркас 101, корпус лопасти 102, первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104; корпус лопасти 102 установлен на каркасе 103, и каркас 103 расположен в корпусе лопасти 102; указанный первый край лопасти 103 расположен в одном конце корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть первого края лопасти 103 имеет дугообразную форму, а головная часть 1032 первого края лопасти 103 переходит в корпус лопасти 102; указанный второй край лопасти 104 расположен в противоположной части от первого края лопасти 103 корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть 1041 второго края лопасти 104 имеет заостренную форму, а головная часть 1042 второго края лопасти 104 переходит в корпус лопасти 102; как показано на Фиг.22 и Фиг.25, первая группа направляющих рельсового типа (не показана) расположена между корпусом лопасти 102 и первым краем лопасти 103, вторая группа направляющих рельсового типа 32 расположена между корпусом лопасти 102 и вторым краем лопасти 104; первая пневматическая система 95 расположена между каркасом 101 и первым краем лопасти 103, вторая пневматическая система 96 расположена между каркасом 101 и вторым краем лопасти 104, указанная первая пневматическая система 95 содержит первый воздушный компрессор (не показан) и первый пневмоцилиндр 111, как показано на Фиг.25, указанный первый пневмоцилиндр 111 содержит корпус первого пневмоцилиндра 112, поршень первого пневмоцилиндра 113, поршневой шток первого пневмоцилиндра 114 и первое пневматическое уплотнительное устройство 115, поршень первого пневмоцилиндра 113 установлен в корпусе первого пневмоцилиндра 112, один конец поршневого штока первого пневмоцилиндра 114 соединен с поршнем первого пневмоцилиндра 113, а другой конец соединен с первым краем лопасти 103, корпус первого пневмоцилиндра 112 закреплен на каркасе 101, первое уплотнительное устройство 115 установлено в двух концах корпуса первого пневмоцилиндра 112, указанная вторая пневматическая система 121 содержит корпус второго пневмоцилиндра 122, поршень второго пневмоцилиндра (не показан), поршневой шток второго пневмоцилиндра 123 и второе пневматическое уплотнительное устройство (не показано), поршень второго пневмоцилиндра установлен в корпусе второго пневмоцилиндра 122, один конец второго пневматического уплотнительного устройства соединен с поршнем второго пневмоцилиндра, а другой конец соединен со вторым краем лопасти 104, второй пневмоцилиндр 122 закреплен на каркасе 101 и второе уплотнительное устройство установлено в двух концах второго пневмоцилиндра 122; при использовании системы пневмоцилиндра в качестве движущего устройства, благодаря тому, что его средой является газ, оно обладает небольшим весом, а ресурс среды значительный и экологически чистый; благодаря малой вязкости газа сопротивление между газом и корпусом пневмоцилиндра является малым. Ребро жесткости лопасти 50 также установлено между каркасом 101 и корпусом лопасти 102, таким образом увеличивая прочность соединения между каркасом 101 и корпусом лопасти 102; первая уплотнительная лента 60 размещается в части корпуса лопасти 102 возле первого края лопасти 103, а вторая уплотнительная лента 70 размещается в части корпуса лопасти 102 возле второго края лопасти 104, таким образом предотвращая попадание влаги и пыли в блок лопасти, тем самым предотвращая при работе вертикального ветрового электрогенератора образование конвекции в обеих частях сечения блока лопасти, влияющей на эффективность работы вертикального ветрового электрогенератора.
Как показано на Фиг.4, система охлаждения расположена в генераторном блоке 2, и включает лопасть вентилятора 24, охладитель 25, шайбу уплотнения 26, вентилятор 27 и воздуховоды 15, расположенные в статоре генератора 2021, роторе 2022, статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.15, указанная лопасть вентилятора 24 установлена под наклоном на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, каждая лопасть вентилятора 24 имеет дугообразную форму, шайба уплотнения 26 жестко посажена на внешней стенке опорной колонны 1 и размещена над внутренним возбудителем 203 в верхней части внутреннего фиксатора 2012, и вентилятор 27 установлен на шайбе уплотнения 26; охладитель 25 установлен на шайбе уплотнения 26 и расположен над вентилятором 27; воздуховыпускное отверстие 29 открыто в нижней части внутреннего фиксатора 2012, и воздуховпускное отверстие 33 открыто в верхней части внутреннего фиксатора 2012, воздуховпускное отверстие 33 расположено над шайбой уплотнения 26, и указанное воздуховыпускное отверстие 29 и воздуховпускное отверстие 33 соединены с воздуховодом фиксатора; внешний охладитель 34 расположен в опорной колонне 1, и охладитель 25 соединен с внешним охладителем 34 с помощью питающего трубопровода 35 и отводной трубы 36.
Как показано на Фиг.17, подъемный механизм 80 расположен на вершине указанной опорной колонны 1, указанный подъемный механизм 80 содержит вращающуюся башню 801, стрелу 802, уравновешивающее плечо 803, противовес 804, крановую тележку 805, направляющую рельсового типа 806, крюк 807, головной канат 808, грузоподъемный механизм 809 и систему управления (не показана). Указанная вращающаяся башня 801 соединена с вершиной опорной колонны 1, стрела 802 и уравновешивающее плечо 803 установлены на вращающейся башне 801, и вращающаяся башня 801 может вращаться на 360°; противовес 804 установлен на одном конце уравновешивающего плеча 803; направляющая рельсового типа 806 расположена на стреле 802, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, и крановая тележка 805 может осуществлять движение по направляющей рельсового типа 806 вперед и назад; крюк 807 расположен под крановой тележкой 805, крюк 807 соединен с одним концом головного каната 808, другой конец головного каната 808 соединен с грузоподъемным механизмом 809, и спуск и подъем крюка 807 контролируется грузоподъемным механизмом 809. В дополнение, тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и уравновешивающим плечом 803, один конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с уравновешивающим плечом 803; тяговая штанга стрелы 811 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и стрелой 802, один конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен со стрелой 802; тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 и тяговая штанга стрелы 811 обеспечивают устойчивость конструкции подъемного механизма 80 и увеличивают грузоподъемность подъемного механизма 80.
Как показано на Фиг.3, подъемная система расположена в указанной опорной колонне 1, указанной подъемной системой является подъемник 37, и указанный подъемник 37 включает кабину подъемника 371 и подъемный механизм кабины подъемника 372, движение подъемной кабины 371 вверх и вниз достигается с помощью подъемного механизма кабины подъемника 372. Внешнее кольцо указанной первой опоры 4, второй опоры 5 и третьей опоры 6 оснащено тормозным механизмом (не показан).
Процесс работы вышеуказанного вертикального ветрового электрогенератора состоит главным образом из нескольких частей, а именно, генерирование энергии ветровым электрогенератором, охлаждение генератора, запуск генератора в качестве двигателя и техническое обслуживание. Принцип работы указанных частей раскрывается далее.
Принцип работы генерирования энергии вертикального ветрового электрогенератора следующий: лопасть 3 начинает свое вращение от толчка ветра, вращательный момент создается после вращения лопасти 3, и вращательный момент, созданный с помощью лопасти 3, передается четвертому фланцу 10 и третьему фланцу 9 посредством нижней части лопасти 3, в то же время, третий фланец 9 и четвертый фланец 10 вращаются с лопастью 3, вращательный момент, переданный четвертому фланцу 10, передается третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, третий фланец 9 последовательно передает вращательный момент фиксатору 201 с помощью седьмого фланца 13, второго фланца 8 и шестого фланца 12, и фиксатор 201 побуждает ротор 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению, заставляя ротор 2022 вращаться вокруг статора 2021, и заставляя ротор возбудителя 2032 вращаться вокруг статора возбудителя 2031, в процессе вращения ротора возбудителя 2032 обмотка ротора возбудителя в роторе возбудителя 2032 генерирует переменный ток, и затем выпрямительное устройство преобразует переменный ток в постоянный ток и передает постоянный ток в обмотку ротора генератора 2022, магнитное поле создается после того, как в обмотку ротора генератора поступает постоянный ток, из-за вращательного действия ротора генератора 2022 обмотка ротора генератора создает магнитное поле, распределение которого близко к синусоидальному, обмотка статора генератора 2021 осуществляет движение, пересекая магнитные силовые линии, и в обмотке статора генератора возбуждается потенциал трехфазного переменного тока, таким образом достигается цель генерации электроэнергии. В данной конструкции благодаря установке третьего фланца 9, четвертого фланца 10 и соединительной детали 23, вращательный момент, создаваемый лопастью 3 передается не только третьему фланцу 9, но и четвертому фланцу 10, и четвертый фланец 10 передает вращательный момент третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, балансируется нагрузка в верхней и нижней части лопасти 3, и таким образом лопасть 3 не так легко подвергнуть деформации и повредить, что увеличивает срок службы вертикального ветрового электрогенератора. Как показано на Фиг.6, в процессе вращения лопасти 3, при малой силе ветра первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104 выдвинуты, таким образом площадь наветренной стороны лопасти 3 большая и мощность вертикального ветрового электрогенератора велика; как показано на Фиг.7, при увеличении силы ветра первый край лопасти 103 движется по направлению к каркасу 101 вдоль первой группы направляющих рельсового типа под действием первой пневматической системы 95, и первый край лопасти 103 уменьшается, в то же время второй край лопасти 104 движется по направлению к каркасу 101 вдоль второй группы направляющих рельсового типа 2 под действием второй пневматической системы 96, и второй край лопасти 104 уменьшается, в это время площадь наветренной стороны лопасти 3 уменьшается, мощность вертикального ветрового электрогенератора автоматически регулируется при использовании такой конструкции, предотвращая выход из строя вертикального ветрового электрогенератора, вызванный чрезмерной мощностью из-за повышенной скорости ветра.
Принцип работы системы охлаждения следующий: вентилятор 27 работает и образует воздушный поток, холодный воздух достигает нижней части генератора с помощью воздуховода 15 ротора возбудителя 2032, статора возбудителя 2031, ротора 2022 и статора 2021, охлаждая при этом возбудитель генератора, в то же время холодный воздух нагревается, поступает в воздуховод фиксатора 2013 с помощью воздуховыпускного отверстия 29, и осуществляет здесь теплообмен с наружным воздухом с помощью внешнего фиксатора 2011, таким образом горячий воздух воздушного потока охлаждается, и затем воздушный поток поступает в охладитель 25 с помощью воздуховпускного отверстия 33, воздушный поток здесь еще более охлаждается и поступает во внутреннюю полость ветрового электрогенератора с помощью вентилятора 27, образуя внутренний цикл. Благодаря установке лопасти вентилятора 24 с внешней стороны внешнего фиксатора 2011 ротора, и тому, что лопасть вентилятора 24 под наклоном установлена на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, при вращении фиксатора 201 лопасть вентилятора 24 вращается вместе с ним, в то же время, на лопасти вентилятора 24 образуется резкое различие между зонами высокого и низкого давления, побуждая воздух снаружи возле генератора сформировать воздушный поток, движущийся от зоны высокого давления к низкому, то есть сформировать внешний цикл, таким образом эффективность теплообмена между воздушным потоком во внутреннем цикле и снаружи возрастает, охлаждающий эффект в генераторе улучшается и срок службы генератора возрастает.
Процесс работы внешнего охладителя 34 и охладителя 25 следующий: охлаждающая жидкость из внешнего охладителя 34 поступает в охладитель 25 с помощью питающего трубопровода 35, охлаждающая жидкость осуществляет теплообмен в охладителе 25 с воздухом во внутреннем цикле, и затем нагревается и поступает для охлаждения во внешний охладитель 34 с помощью отводной трубы, и вышеуказанный процесс продолжает свой цикл, улучшая при этом эффект охлаждения воздушного потока во внутреннем цикле в охладителе 25, тем самым улучшая эффект охлаждения генератора и увеличивая срок службы генератора.
Процесс работы генератора при запуске его в качестве двигателя следующий.
(1) Работа двигателя: как показано на Фиг.10, когда ветровой электрогенератор должен работать при малой скорости ветра или возникают трудности с его запуском, устройство контроля возбуждения 16 отключается от электроэнергетической системы 17, сила тока в обмотке статора возбудителя равна нулю, генератор работает в режиме электродвигателя, обмотка статора генератора соединяется с электроэнергетической системой 17, электроэнергетическая система 17 подает переменный ток в обмотку статора генератора с помощью реверсивного частотного преобразователя 15, в то же время вращающееся магнитное поле создается в воздушном зазоре 14 статора 2021 и ротора 2022, относительное движение создается между вращающимся магнитным полем и обмоткой ротора генератора, а также демпферной обмоткой 38, обмотка ротора генератора пересекает магнитную силовую линию и создает индуктированную электродвижущую силу в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38, индуктированный ток генерируется в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38 после того, как обмотка ротора генератора и демпферная обмотка замыкаются, вращающееся магнитное поле и индуктированный ток взаимодействуют и создают электромагнитный вращательный момент, побуждая при этом ротор генератора 2022 к вращению и достигая асинхронного хода, таким образом решается проблема работы ветрового электрогенератора при малой скорости ветра или возникновения трудностей с его запуском. При работе генератора в качестве двигателя скорость вращения генератора в качестве двигателя регулируется с помощью реверсивного частотного преобразователя 15 посредством регулировки выходной частоты. (2) Работа генератора: при увеличении скорости ветра и вращении генератора при встречном воздушном потоке, в первую очередь следует дать поработать генератору в качестве двигателя, как указано выше, и привести ротор возбудителя 2032 в состояние вращения, переменный ток индуктируется из обмотки ротора возбудителя, после того, как переменный ток выпрямляется выпрямительным устройством 161, постоянный ток поступает в обмотку ротора генератора, и трехфазный переменный ток индуктируется из обмотки статора генератора. В то же время, следует проконтролировать, чтобы реверсивный частотный преобразователь 15 на время приостановил свою работу, генератор выходит из состояния работы в качестве двигателя, вращательный момент, производимый лопастью 3, побуждает фиксатор 201 к вращению, фиксатор 201 побуждает ротор генератора 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению и устройство контроля возбуждения 16 начинает свою работу, а генератор начинает работу в качестве синхронного генератора. После преобразования рабочей функции из двигателя в генератор реверсивный частотный преобразователь 15 снова начинает свою работу, трехфазный переменный ток в обмотке статора генератора подвергается выпрямлению и фильтрации реверсивным частотным преобразователем 15, далее поступает в электроэнергетическую систему 17 и происходит работа генератора. При изменении скорости ветра скорость вращения генератора меняется, частота индуктированного тока в обмотке статора генератора также меняется, при этом рабочие параметры реверсивного частотного преобразователя 15 могут быть отрегулированы для того, чтобы обеспечить неизменность рабочей частоты и достичь режима работы с переменной скоростью и неизменной частотой вращения. При работе в режиме генератора ток возбуждения, полученный на обмотке ротора генератора, регулируется с помощью регулировки тока на выходе устройства контроля возбуждения 16, так чтобы достичь регулировки выходной мощности генератора. (3) При превышении скоростью ветра определенного предела соединение между устройством контроля возбуждения 16 и электроэнергетической системой 17 разрывается, соединение между реверсивным частотным преобразователем 15 и генератором также разрывается, электрогенераторная система не потребляет элетроэнергии и не выдает электроэнергии, в то же время, скорость вращения генератора может быть ограничена с помощью тормозного механизма, предотвращая тем самым повреждение ветрового электрогенератора.
Техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора может осуществляться с помощью подъемной системы и подъемного механизма 80, следующим образом: операторы могут добраться до любого генераторного блока 2 на опорной колонне 1 с помощью подъемной системы, а также до подъемного механизма 80, операторы могут работать с использованием крюка 807 в подъемном механизме 80, и указанный крюк 807 соединяется с грузоподъемным механизмом 809 с помощью головного каната 808, таким образом положение в вертикальном направлении крюка 807 может быть отрегулировано, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, крановая тележка 805 может передвигаться по направляющей рельсового типа 806, таким образом может быть отрегулировано положение в горизонтальном направлении крюка 807, благодаря тому, что вращающаяся башня 801 может осуществлять вращение на 360°, операторы могут производить техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора в любом месте, без необходимости дополнительного сооружения башни для технического обслуживания и другого крупногабаритного оборудования, существенно снижая тем самым стоимость и время технического обслуживания и ремонта.
Третий вариант выполнения изобретения
Вертикальный ветровой электрогенератор, показанный на Фиг.1-3, включает опорную колонну 1, по крайней мере один генераторный блок 2, по крайней мере две лопасти 3, первую опору 4, вторую опору 5, третью опору 6, первый фланец 7, второй фланец 8, третий фланец 9, четвертый фланец 10, пятый фланец 11, шестой фланец 12 и седьмой фланец 13, и в данном варианте выполнения изобретения имеется один генераторный блок 2, две лопасти 3, центральная ось опорной колонны 1 перпендикулярна горизонтальной плоскости, и указанная опорная колонна 1 имеет полую конструкцию. Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный генераторный блок 2 содержит фиксатор 201, генератор 202 и возбудитель 203.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный фиксатор 201 состоит из внешнего фиксатора 2011 и внутреннего фиксатора 2012, внешний фиксатор 2011 расположен с внешней стороны внутреннего фиксатора 2012, а воздуховод фиксатора 2013 образован между внешним фиксатором 2011 и внутренним фиксатором 2012.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный генератор 202 содержит статор 2021 и ротор 2022, статор 2021 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор 2022 расположен снаружи статора 2021 и неподвижно установлен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора генератора (не показана) расположена на статоре 2021, обмотка ротора генератора (не показана) расположена на роторе 2022, воздушный зазор 14 расположен между статором 2021 и ротором 2022, и воздуховоды 15 расположены в статоре 2021 и роторе 2022; демпферная обмотка 38 установлена на роторе 2022, как показано на Фиг.13 и Фиг.14, демпферная обмотка 38 содержит короткозамкнутое кольцо 381 и стержень демпферной обмотки 382, и стержень демпферной обмотки 382 установлен на короткозамкнутом кольце 381.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный возбудитель 203 содержит статор возбудителя 2031 и ротор возбудителя 2032, статор возбудителя 2031 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор возбудителя 2032 расположен снаружи статора возбудителя 2031 и неподвижно установлен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора возбудителя (не показана) расположена на статоре возбудителя 2031, обмотка ротора возбудителя (не показана) расположена на роторе возбудителя 2032, воздушный зазор 14 находится между статором возбудителя 2031 и ротором возбудителя 2032, и воздуховоды 15 расположены в указанном статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный возбудитель 203 установлен над генератором 202, как показано на Фиг.16, возбудитель 203 может быть также установлен под генератором 202.
Как показано на Фиг.10, обмотка статора генератора соединена с электроэнергетической системой 17 посредством реверсивного частотного преобразователя 15, обмотка статора генератора соединена с обмоткой статора возбудителя посредством реверсивного частотного преобразователя 15 и устройства контроля возбуждения 16; а обмотка ротора генератора соединена с обмоткой ротора возбудителя посредством выпрямительного устройства 161.
Как показано на Фиг.3, держатель статора 2023 расположен на поверхности нижней части статора генератора 2021, держатель статора 2023 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора 2023 играет роль опоры статора 2021, повышая устойчивость и точность положения при установке статора 2021 на опорной колонне 1; держатель статора возбудителя 2033 расположен на поверхности нижней части статора возбудителя 2031, держатель статора возбудителя 2033 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора возбудителя 2033 играет роль опоры статора возбудителя 2031, повышая устойчивость и точность положения при установке статора возбудителя 2031 на опорной колонне 1.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, указанный пятый фланец 11, первый фланец 7, первая опора 4 расположены под фиксатором 201 последовательно сверху вниз; поверхность верхней части пятого фланца 11 соединена с поверхностью нижней части фиксатора 201 посредством сварного соединения; два сечения в верхней и нижней части указанного первого фланца 7 не одинаковы, как показано на Фиг.4, первый фланец 7 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и 19, первый фланец 7 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, первый фланец 7 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, первый фланец 7 имеет ступенчатую форму, при этом форма первого фланца 7 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть указанного первого фланца 7 соединена с пятым фланцем 11 с помощью болтового или сварного соединения, а меньшая часть первого фланца 7 соединена с внешним кольцом первой опоры 4 с помощью болтового или сварного соединения или посадки с натягом; внутреннее кольцо указанной первой опоры 4 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, держатель первой опоры 18 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца первой опоры 4, и держатель первой опоры 18 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании первого фланца 7 формы платформы конической формы или рупора, сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части первого фланца 7, и в первом фланце 7 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность первого фланца 7 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время, размер внешнего кольца первой опоры 4 уменьшается и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы первый фланец 7 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время изготовления фланцев; установка пятого фланца 11 облегчает соединение между первым фланцем 7 и фиксатором 201; указанный держатель первой опоры 18 используется для удержания первой опоры 4 и всех деталей, воздействующих на первую опору 4, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения первой опоры 4, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, шестой фланец 12, второй фланец 8 и вторая опора 5 расположены над фиксатором 201 последовательно сверху вниз; шестой фланец 12 соединен с поверхностью верхней части фиксатора 201 с помощью сварного соединения, два сечения верхней части и нижней части указанного шестого фланца 12 не одинаковы, как показано на Фиг.3 и Фиг.4, второй фланец 8 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и Фиг.19, второй фланец 8 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, второй фланец 8 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, второй фланец 8 имеет ступенчатую форму, при этом форма второго фланца 8 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть второго фланца 8 соединена с шестым фланцем 12 с помощью болтового или сварного соединения; внутреннее кольцо указанной второй опоры 8 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1; указанный седьмой фланец 13 посажен на внешней стенке внешнего кольца второй опоры 5 с помощью посадки с натягом, а поверхность нижней части седьмого фланца 13 соединена с малой частью второго фланца 8 с помощью болтового или сварного соединения; держатель второй опоры 19 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца второй опоры 5, и держатель второй опоры 19 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании второго фланца 8 формы платформы конической формы или рупора сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части второго фланца 8, во втором фланце 8 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность второго фланца 8 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время уменьшается размер внешнего кольца второй опоры 5 и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы второй фланец 8 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время производства фланцев; установка шестого фланца 12 облегчает соединение между вторым фланцем 8 и фиксатором 201; указанный держатель второй опоры 19 используется для удержания второй опоры 5 и всех деталей, воздействующих на вторую опору 5, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения второй опоры 5, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.3, внутреннее кольцо указанной третьей опоры 6 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, и расположено над второй опорой 5, держатель третьей опоры 20 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца третьей опоры 6, держатель третьей опоры 20 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, держатель третьей опоры 20 используется для удержания третьей опоры 6 и всех деталей, воздействующих на третью опору 6, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения третьей опоры 6, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Третий фланец 9 соединен с поверхностью верхней части указанного седьмого фланца 13 с помощью болтового или сварного соединения, четвертый фланец 10 соединен с внешним кольцом третьей опоры 6 с помощью болтового или сварного соединения, соединительная деталь 23 для передачи вращательного момента расположена между третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10, как показано на Фиг.12, указанной соединительной деталью 23 является полая труба, как показано на Фиг.11, указанная соединительная деталь 23 содержит по крайней мере два соединительных стержня 231, верхние концы указанных соединительных стержней 231 соединены с четвертым фланцем 10, а нижние концы соединительных стержней 231 соединены с третьим фланцем 9, указанные соединительные стержни 231 расположены с внешней стороны опорной колонны 1, по кругу, который является соосным с сечением опорной колонны 1, и ребро жесткости 232 приварено к соединительным стержням 231 для увеличения прочности соединительной детали 23; благодаря использованию полой трубы в качестве соединительной детали 23 ее конструкция проста и легка в изготовлении, а также имеет низкую себестоимость; при вращении полой трубы вместе с третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10 в полой трубе не возникает сопротивление вращению, которое может повлиять на мощность ветрового электрогенератора, таким образом значительно увеличивая эффективность производства электроэнергии; при использовании многочисленных соединительных стержней 231 в качестве соединительной детали, ее конструкция проста и при этом снижается вес вертикального ветрового электрогенератора; как показано на Фиг.3, два восьмых фланца 21 соединены с поверхностью внешней окружности третьего фланца 9, два девятых фланца 22 соединены с поверхностью внешней окружности четвертого фланца 10, нижняя часть указанной лопасти 3 соединена с третьим фланцем 9 посредством восьмого фланца 21, верхняя часть лопасти 3 соединена с четвертым фланцем 10 посредством девятого фланца 22. Установка восьмого фланца 21 и девятого фланца 22 облегчает установку, демонтаж и техническое обслуживание лопасти 3.
В лопасти 3 вертикального ветрового электрогенератора, как показано на Фиг.5, Фиг.26-29, указанная лопасть 3 состоит из трех блоков лопасти 31; как показано на Фиг.22, сечение блоков лопасти 31 имеет овальную форму с большой средней частью и двумя малыми концами, один из двух малых концов имеет дугообразную форму, а другой конец острый; благодаря использованию в блоках лопасти 31 конструкции с таким видом сечения, коэффициент использования энергии ветра является высоким. Указанные блоки лопасти 31 включают каркас 101, корпус лопасти 102, первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104; корпус лопасти 102 установлен на каркасе 103, и каркас 103 расположен в корпусе лопасти 102; указанный первый край лопасти 103 расположен в одном конце корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть первого края лопасти 103 имеет дугообразную форму, а головная часть 1032 первого края лопасти 103 переходит в корпус лопасти 102; указанный второй край лопасти 104 расположен в противоположной части от первого края лопасти 103 корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть 1041 второго края лопасти 104 имеет заостренную форму, а головная часть 1042 второго края лопасти 104 переходит в корпус лопасти 102; как показано на Фиг.26 и Фиг.29, первая группа направляющих рельсового типа (не показана) расположена между корпусом лопасти 102 и первым краем лопасти 103, вторая группа направляющих рельсового типа 32 расположена между корпусом лопасти 102 и вторым краем лопасти 104; как показано на Фиг.26, первое движущее устройство расположено между каркасом 101 и первым краем лопасти 103 и включает первую резьбовую шпильку 2100, первую гайку 2200, первый двигатель 2300, по крайней мере две первых линейных опоры 2400 и первый опорный блок 2500 в таком же количестве, как и первая линейная опора, если указанных первых линейных опор 2400 две, то соответственно первых опорных блока 2500 тоже два, указанный первый опорный блок 2500 установлен на корпусе лопасти 102, первая линейная опора 2400 установлена в первом опорном блоке 2500, указанная первая гайка 2200 установлена на первом краю лопасти 103, один конец указанной первой резьбовой шпильки 2100 соединен с первым двигателем 2300, первая резьбовая шпилька 2100 проходит через первую линейную опору 2400, первая резьбовая шпилька 2100 входит в соединение с первой гайкой 2200, первая муфта 2600 расположена между указанным первым двигателем 2300 и первой резьбовой шпилькой 2100; как показано на Фиг.26 и Фиг.29, между каркасом 101 и вторым краем лопасти 104 расположено второе движущее устройство, которое включает вторую резьбовую шпильку 3100, вторую гайку 3200, второй двигатель 3300, по крайней мере две вторых линейных опоры 3400 и второй опорный блок 3500 в таком же количестве, как и вторая линейная опора, если указанных вторых линейных опор 3400 две, то соответственно вторых опорных блока 3500 тоже два, указанный второй опорный блок 3500 установлен на корпусе лопасти 102, вторая линейная опора 3400 установлена во втором опорном блоке 3500, указанная вторая гайка 3200 установлена на втором краю лопасти 104, один конец указанной второй резьбовой шпильки 3100 соединен со вторым двигателем 3300, вторая резьбовая шпилька 3100 проходит через вторую линейную опору 3400, вторая резьбовая шпилька 3100 входит в соединение со второй гайкой 3200, вторая муфта 3600 расположена между указанным вторым двигателем 3300 и второй резьбовой шпилькой 3100; при использовании резьбовой шпильки, гайки и линейной опоры в качестве движущего устройства достигается высокая точность передачи. Как показано на Фиг.26, ребро жесткости 50 также установлено между каркасом 101 и корпусом лопасти 102, таким образом увеличивая прочность соединения между каркасом 101 и корпусом лопасти 102; первая уплотнительная лента 60 размещается в части указанного корпуса лопасти 102 возле первого края лопасти 103, а вторая уплотнительная лента 70 размещается в части указанного корпуса лопасти 102 возле второго края лопасти 104, таким образом предотвращая попадание влаги и пыли в блок лопасти; тем самым предотвращая при работе вертикального ветрового электрогенератора образование конвекции в обеих частях сечения блока лопасти, влияющей на эффективность работы вертикального ветрового электрогенератора.
Как показано на Фиг.4, система охлаждения расположена в генераторном блоке 2, и включает лопасть вентилятора 24, охладитель 25, шайбу уплотнения 26, вентилятор 27 и воздуховоды 15, расположенные в статоре генератора 2021, роторе 2022, статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.15, указанная лопасть вентилятора 24 установлена под наклоном на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, каждая лопасть вентилятора 24 имеет дугообразную форму, шайба уплотнения 26 жестко посажена на внешней стенке опорной колонны 1 и размещена над внутренним возбудителем 203 в верхней части внутреннего фиксатора 2012, и вентилятор 27 установлен на шайбе уплотнения 26; охладитель 25 установлен на шайбе уплотнения 26 и расположен над вентилятором 27; воздуховыпускное отверстие 29 открыто в нижней части внутреннего фиксатора 2012, и воздуховпускное отверстие 33 открыто в верхней части внутреннего фиксатора 2012, воздуховпускное отверстие 33 расположено над шайбой уплотнения 26, и указанное воздуховыпускное отверстие 29 и воздуховпускное отверстие 33 соединены с воздуховодом фиксатора; внешний охладитель 34 расположен в опорной колонне 1, и охладитель 25 соединен с внешним охладителем 34 с помощью питающего трубопровода 35 и отводной трубы 36.
Как показано на Фиг.17, подъемный механизм 80 расположен на вершине указанной опорной колонны 1, указанный подъемный механизм 80 содержит вращающуюся башню 801, стрелу 802, уравновешивающее плечо 803, противовес 804, крановую тележку 805, направляющую рельсового типа 806, крюк 807, головной канат 808, грузоподъемный механизм 809 и систему управления (не показана). Указанная вращающаяся башня 801 соединена с вершиной опорной колонны 1, стрела 802 и уравновешивающее плечо 803 установлены на вращающейся башне 801, и вращающаяся башня 801 может вращаться на 360°; противовес 804 установлен на одном конце уравновешивающего плеча 803; направляющая рельсового типа 806 расположена на стреле 802, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, и крановая тележка 805 может осуществлять движение по направляющей рельсового типа 806 вперед и назад; крюк 807 расположен под крановой тележкой 805, крюк 807 соединен с одним концом головного каната 808, другой конец головного каната 808 соединен с грузоподъемным механизмом 809, и спуск и подъем крюка 807 контролируется грузоподъемным механизмом 809. В дополнение, тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и уравновешивающим плечом 803, один конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с уравновешивающим плечом 803; тяговая штанга стрелы 811 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и стрелой 802, один конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен со стрелой 802; тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 и тяговая штанга стрелы 811 обеспечивают устойчивость конструкции подъемного механизма 80 и увеличивают грузоподъемность подъемного механизма 80.
Как показано на Фиг.3, подъемная система расположена в указанной опорной колонне 1, указанной подъемной системой является подъемник 37, и указанный подъемник 37 включает кабину подъемника 371 и подъемный механизм кабины подъемника 372, движение подъемной кабины 371 вверх и вниз достигается с помощью подъемного механизма кабины подъемника 372.
Внешнее кольцо указанной первой опоры 4, второй опоры 5 и третьей опоры 6 оснащено тормозным механизмом (не показан).
Процесс работы вышеуказанного вертикального ветрового электрогенератора состоит главным образом из нескольких частей, а именно, генерирование энергии ветровым электрогенератором, охлаждение генератора, запуск генератора в качестве двигателя и техническое обслуживание. Принцип работы указанных частей раскрывается далее.
Принцип работы генерирования энергии вертикального ветрового электрогенератора следующий: лопасть 3 начинает свое вращение от толчка ветра, вращательный момент создается после вращения лопасти 3, и вращательный момент, созданный с помощью лопасти 3, передается четвертому фланцу 10 и третьему фланцу 9 посредством нижней части лопасти 3, в то же время, третий фланец 9 и четвертый фланец 10 вращаются с лопастью 3, вращательный момент, переданный четвертому фланцу 10, передается третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, третий фланец 9 последовательно передает вращательный момент фиксатору 201 с помощью седьмого фланца 13, второго фланца 8 и шестого фланца 12, и фиксатор 201 побуждает ротор 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению, заставляя ротор 2022 вращаться вокруг статора 2021, и заставляя ротор возбудителя 2032 вращаться вокруг статора возбудителя 2031, в процессе вращения ротора возбудителя 2032 обмотка ротора возбудителя в роторе возбудителя 2032 генерирует переменный ток, и затем выпрямительное устройство преобразует переменный ток в постоянный ток и передает постоянный ток в обмотку ротора генератора 2022, магнитное поле создается после того, как в обмотку ротора генератора поступает постоянный ток, из-за вращательного действия ротора генератора 2022 обмотка ротора генератора создает магнитное поле, распределение которого близко к синусоидальному, обмотка статора генератора 2021 осуществляет движение, пересекая магнитные силовые линии, и в обмотке статора генератора возбуждается потенциал трехфазного переменного тока, таким образом достигается цель генерации электроэнергии. В данной конструкции благодаря установке третьего фланца 9, четвертого фланца 10 и соединительной детали 23, вращательный момент, создаваемый лопастью 3 передается не только третьему фланцу 9, но и четвертому фланцу 10, и четвертый фланец 10 передает вращательный момент третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, балансируется нагрузка на верхней и нижней части лопасти 3, и таким образом лопасть 3 не так легко подвергнуть деформации и повредить, что увеличивает срок службы вертикального ветрового электрогенератора. Как показано на Фиг.6, в процессе вращения лопасти 3, при малой силе ветра первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104 выдвинуты, таким образом площадь наветренной стороны лопасти 3 большая и мощность вертикального ветрового электрогенератора велика; как показано на Фиг.7, при увеличении силы ветра первый край лопасти 103 движется по направлению к каркасу 101 вдоль первой группы направляющих рельсового типа под действием первого движущего устройства, и первый край лопасти 103 уменьшается, в то же время второй край лопасти 104 движется по направлению к каркасу 101 вдоль второй группы направляющих рельсового типа 2 под действием второго движущего устройства, и второй край лопасти 104 уменьшается, в это время площадь наветренной стороны лопасти 3 уменьшается, при использовании такой конструкции мощность вертикального ветрового электрогенератора автоматически регулируется, предотвращая выход из строя вертикального ветрового электрогенератора, вызванный чрезмерной мощностью из-за повышенной скорости ветра.
Принцип работы системы охлаждения следующий: вентилятор 27 работает и образует воздушный поток, холодный воздух достигает нижней части генератора с помощью воздуховода 15 ротора возбудителя 2032, статора возбудителя 2031, ротора 2022 и статора 2021, охлаждая при этом возбудитель генератора, в то же время холодный воздух нагревается, поступает в воздуховод фиксатора 2013 через воздуховыпускное отверстие 29, и осуществляет здесь теплообмен с наружным воздухом с помощью внешнего фиксатора 2011, таким образом горячий воздух воздушного потока охлаждается, и затем воздушный поток поступает в охладитель 25 с помощью воздуховпускного отверстия 33, воздушный поток здесь еще более охлаждается и поступает во внутреннюю полость ветрового электрогенератора с помощью вентилятора 27, образуя внутренний цикл. Благодаря установке лопасти вентилятора 24 с внешней стороны внешнего фиксатора 2011 ротора и тому, что лопасть вентилятора 24 под наклоном установлена на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, при вращении фиксатора 201 лопасть вентилятора 24 вращается вместе с ним, в то же время, на лопасти вентилятора 24 образуется резкое различие между зонами высокого и низкого давления, побуждая воздух снаружи возле генератора сформировать воздушный поток, движущийся от зоны высокого давления к низкому, то есть сформировать внешний цикл, таким образом эффективность теплообмена между воздушным потоком во внутреннем цикле и снаружи возрастает, охлаждающий эффект в генераторе улучшается и срок службы генератора возрастает.
Процесс работы внешнего охладителя 34 и охладителя 25 следующий: внешний охладитель 34 передает охлаждающую жидкость в охладитель 25 с помощью питающего трубопровода 35, охлаждающая жидкость осуществляет теплообмен в охладителе 25 с воздухом во внутреннем цикле, и затем нагревается и поступает для охлаждения во внешний охладитель 34 с помощью отводной трубы, и вышеуказанный процесс продолжает свой цикл, при этом улучшается эффект охлаждения воздушного потока во внутреннем цикле в охладителе 25, тем самым улучшается эффект охлаждения генератора и увеличивается срок службы генератора.
Процесс работы генератора при его запуске в качестве двигателя следующий.
(1) Работа двигателя: как показано на Фиг.10, когда ветровой электрогенератор должен работать при малой скорости ветра или возникают трудности с его запуском, устройство контроля возбуждения 16 отключается от электроэнергетической системы 17, сила тока в обмотке статора возбудителя равна нулю, генератор работает в режиме электродвигателя, обмотка статора генератора соединяется с электроэнергетической системой 17, электроэнергетическая система 17 подает переменный ток в обмотку статора генератора с помощью реверсивного частотного преобразователя 15, в то же время вращающееся магнитное поле создается в воздушном зазоре 14 статора 2021 и ротора 2022, относительное движение возникает между вращающимся магнитным полем и обмоткой ротора генератора, а также демпферной обмоткой 38, обмотка ротора генератора пересекает магнитную силовую линию и создает индуктированную электродвижущую силу в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38, индуктированный ток генерируется в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38 после того, как обмотка ротора генератора и демпферная обмотка замыкаются, вращающееся магнитное поле и индуктированный ток взаимодействуют и создают электромагнитный вращательный момент, побуждая при этом ротор генератора 2022 к вращению и достигая асинхронного хода, таким образом решается проблема работы ветрового электрогенератора при малой скорости ветра или возникновении трудностей с его запуском. При работе генератора в качестве двигателя скорость вращения генератора в качестве двигателя регулируется с помощью реверсивного частотного преобразователя 15 посредством регулировки выходной частоты. (2) Работа генератора: при увеличении скорости ветра и вращении генератора при встречном воздушном потоке, в первую очередь следует дать поработать генератору в качестве двигателя, как указано выше, и привести ротор возбудителя 2032 к вращению, переменный ток индуктируется из обмотки ротора возбудителя, после того как переменный ток выпрямляется выпрямительным устройством 161, постоянный ток поступает в обмотку ротора генератора, и трехфазный переменный ток индуктируется из обмотки статора генератора. В то же время, следует проконтролировать, чтобы реверсивный частотный преобразователь 15 на время приостановил свою работу, генератор выходит из состояния работы в качестве двигателя, вращательный момент, производимый лопастью 3, побуждает фиксатор 201 к вращению, фиксатор 201 побуждает ротор генератора 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению и устройство контроля возбуждения 16 начинает свою работу, а генератор начинает работу в качестве синхронного генератора. После перехода рабочей функции от двигателя к генератору реверсивный частотный преобразователь 15 снова начинает свою работу и трехфазный переменный ток в обмотке статора генератора подвергается выпрямлению и фильтрации реверсивным частотным преобразователем 15, далее поступает в электроэнергетическую систему 17 и происходит работа генератора. При изменении скорости ветра скорость вращения генератора меняется, частота индуктированного тока в обмотке статора генератора также меняется, при этом рабочие параметры реверсивного частотного преобразователя 15 могут быть отрегулированы для того, чтобы обеспечить неизменность рабочей частоты и достичь режима работы с переменной скоростью и неизменной частотой вращения. При работе генератора в режиме генератора ток возбуждения, полученный на обмотке ротора генератора, регулируется с помощью регулировки тока на выходе устройства контроля возбуждения 16, так чтобы достичь регулировки выходной мощности генератора. (3) При превышении скоростью ветра определенного предела соединение между устройством контроля возбуждения 16 и электроэнергетической системой 17 разрывается, соединение между реверсивным частотным преобразователем 15 и генератором также разрывается, электрогенераторная система не потребляет элетроэнергии и не выдает электроэнергии, в то же время, скорость вращения генератора может быть ограничена с помощью тормозного механизма, предотвращая тем самым повреждение ветрового электрогенератора.
Техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора может осуществляться с помощью подъемной системы и подъемного механизма 80, следующим образом: операторы могут добраться до любого генераторного блока 2 в опорной колонне 1 с помощью подъемной системы, а также до подъемного механизма 80, операторы могут работать с использованием крюка 807 в подъемном механизме 80, и указанный крюк 807 соединяется с грузоподъемным механизмом 809 с помощью головного каната 808, таким образом положение в вертикальном направлении крюка 807 может быть отрегулировано, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, и крановая тележка 805 может передвигаться по направляющей рельсового типа 806, таким образом может быть отрегулировано положение в горизонтальном направлении крюка 807, благодаря тому, что вращающаяся башня 801 может осуществлять вращение на 360°, операторы могут производить техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора в любом месте, без необходимости дополнительного сооружения башни для технического обслуживания и другого крупногабаритного оборудования, существенно снижая тем самым стоимость и время технического обслуживания и ремонта.
Четвертый вариант выполнения изобретения
Вертикальный ветровой электрогенератор, показанный на Фиг.30-32, включает опорную колонну 1, по крайней мере один генераторный блок 2, по крайней мере две лопасти 3, первую опору 4, вторую опору 5, третью опору 6, первый фланец 7, второй фланец 8, третий фланец 9, четвертый фланец 10, пятый фланец 11, шестой фланец 12 и седьмой фланец 13, и в данном варианте выполнения изобретения имеется два генераторных блока 2, две лопасти 3, центральная ось опорной колонны 1 перпендикулярна горизонтальной плоскости, и указанная опорная колонна 1 имеет полую конструкцию. При использовании двух генераторных блоков 2 увеличивается количество генерируемой энергии и оба генераторных блока 2 устанавливаются на опорной колонне 1, занимаемая площадь значительно уменьшается при экономии земельных ресурсов.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный генераторный блок 2 содержит фиксатор 201, генератор 202 и возбудитель 203.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный фиксатор 201 состоит из внешнего фиксатора 2011 и внутреннего фиксатора 2012, внешний фиксатор 2011 расположен с внешней стороны внутреннего фиксатора 2012, а воздуховод фиксатора 2013 образован между внешним фиксатором 2011 и внутренним фиксатором 2012.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный генератор 202 содержит статор 2021 и ротор 2022, статор 2021 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор 2022 расположен снаружи статора 2021 и неподвижно закреплен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора генератора (не показана) расположена на статоре 2021, обмотка ротора генератора (не показана) расположена на роторе 2022, воздушный зазор 14 находится между статором 2021 и ротором 2022, и воздуховоды 15 расположены в статоре 2021 и роторе 2022; демпферная обмотка 38 установлена на роторе 2022, как показано на Фиг.13 и Фиг.14, демпферная обмотка 38 содержит короткозамкнутое кольцо 381 и стержень демпферной обмотки 382, и стержень демпферной обмотки 382 установлен на короткозамкнутом кольце 381.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный возбудитель 203 содержит статор возбудителя 2031 и ротор возбудителя 2032, статор возбудителя 2031 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор возбудителя 2032 расположен снаружи статора возбудителя 2031 и неподвижно установлен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора возбудителя (не показана) расположена на статоре возбудителя 2031, обмотка ротора возбудителя (не показана) расположена на роторе возбудителя 2032, воздушный зазор 14 находится между статором возбудителя 2031 и ротором возбудителя 2032, и воздуховоды 15 расположены в указанном статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.32, указанный возбудитель 203 установлен над генератором 202, как показано на Фиг.16, возбудитель 203 может быть также установлен под генератором 202.
Как показано на Фиг.10, обмотка статора генератора соединена с электроэнергетической системой 17 посредством реверсивного частотного преобразователя 15, обмотка статора генератора соединена с обмоткой статора возбудителя посредством реверсивного частотного преобразователя 15 и устройства контроля возбуждения 16; обмотка ротора генератора соединена с обмоткой ротора возбудителя посредством выпрямительного устройства 161.
Как показано на Фиг.32, держатель статора 2023 расположен на поверхности нижней части статора генератора 2021, держатель статора 2023 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора 2023 играет роль опоры статора 2021, повышая устойчивость и точность положения при установке статора 2021 на опорной колонне 1; держатель статора возбудителя 2033 расположен на поверхности нижней части статора возбудителя 2031, держатель статора возбудителя 2033 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора возбудителя 2033 играет роль опоры статора возбудителя 2031, повышая устойчивость и точность положения при установке статора возбудителя 2031 на опорной колонне 1.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный пятый фланец 11, первый фланец 7, первая опора 4 расположены под фиксатором 201 последовательно сверху вниз; поверхность верхней части пятого фланца 11 соединена с поверхностью нижней части фиксатора 201 посредством сварного соединения; два сечения в верхней и нижней части указанного первого фланца 7 не одинаковы, как показано на Фиг.4, первый фланец 7 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и 19, первый фланец 7 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, первый фланец 7 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, первый фланец 7 имеет ступенчатую форму, при этом форма первого фланца 7 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть указанного первого фланца 7 соединена с пятым фланцем 11 с помощью болтового или сварного соединения, а меньшая часть первого фланца 7 соединена с внешним кольцом первой опоры 4 с помощью болтового или сварного соединения или посадки с натягом; внутреннее кольцо указанной первой опоры 4 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, держатель первой опоры 18 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца первой опоры 4, и держатель первой опоры 18 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании первого фланца 7 формы платформы конической формы или рупора, сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части первого фланца 7, и в первом фланце 7 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность первого фланца 7 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время, размер внешнего кольца первой опоры 4 уменьшается и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы первый фланец 7 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время изготовления фланцев; установка пятого фланца 11 облегчает соединение между первым фланцем 7 и фиксатором 201; указанный держатель первой опоры 18 используется для удержания первой опоры 4 и всех деталей, воздействующих на первую опору 4, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения первой опоры 4, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, шестой фланец 12, второй фланец 8 и вторая опора 5 расположены над фиксатором 201 последовательно сверху вниз; шестой фланец 12 соединен с поверхностью верхней части фиксатора 201 с помощью сварного соединения, два сечения верхней части и нижней части указанного шестого фланца 12 не одинаковы, как показано на Фиг.32 и Фиг.4, второй фланец 8 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и Фиг.19, второй фланец 8 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, второй фланец 8 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, второй фланец 8 имеет ступенчатую форму, при этом форма второго фланца 8 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть второго фланца 8 соединена с шестым фланцем 12 с помощью болтового или сварного соединения; внутреннее кольцо указанной второй опоры 5 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1; указанный седьмой фланец 13 посажен на внешней стенке внешнего кольца второй опоры 5 с помощью посадки с натягом, а поверхность нижней части седьмого фланца 13 соединена с малой частью второго фланца 8 с помощью болтового или сварного соединения; держатель второй опоры 19 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца второй опоры 5, и держатель второй опоры 19 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании второго фланца 8 формы платформы конической формы или рупора сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части второго фланца 8, во втором фланце 8 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность второго фланца 8 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время уменьшается размер внешнего кольца второй опоры 5 и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы второй фланец 8 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время производства фланцев; установка шестого фланца 12 облегчает соединение между вторым фланцем 8 и фиксатором 201; указанный держатель второй опоры 19 используется для удержания второй опоры 5 и всех деталей, воздействующих на вторую опору 5, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения второй опоры 5, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.32, внутреннее кольцо указанной третьей опоры 6 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, и расположено над второй опорой 5, держатель третьей опоры 20 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца третьей опоры 6, держатель третьей опоры 20 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, держатель третьей опоры 20 используется для удержания третьей опоры 6 и всех деталей, воздействующих на третью опору 6, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения третьей опоры 6, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Третий фланец 9 соединен с поверхностью верхней части указанного седьмого фланца 13 с помощью болтового или сварного соединения, четвертый фланец 10 соединен с внешним кольцом третьей опоры 6 с помощью болтового или сварного соединения, соединительная деталь 23 для передачи вращательного момента расположена между третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10, как показано на Фиг.12, указанной соединительной деталью 23 является полая труба, как показано на Фиг.11, указанная соединительная деталь 23 содержит по крайней мере два соединительных стержня 231, верхние концы указанных соединительных стержней 231 соединены с четвертым фланцем 10, а нижние концы соединительных стержней 231 соединены с третьим фланцем 9, указанные соединительные стержни 231 расположены с внешней стороны опорной колонны 1, по кругу, который является соосным с сечением опорной колонны 1, и ребро жесткости 232 приварено к соединительным стержням 231 для увеличения прочности соединительной детали 23; благодаря использованию полой трубы в качестве соединительной детали 23 ее конструкция проста и легка в изготовлении, а также имеет низкую себестоимость; и при вращении полой трубы вместе с третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10 в полой трубе не образуется сопротивления вращению, которое может повлиять на мощность ветрового электрогенератора, таким образом значительно увеличивая эффективность производства электроэнергии; при использовании многочисленных соединительных стержней 231 в качестве соединительной детали, ее конструкция проста и при этом снижается вес вертикального ветрового электрогенератора; как показано на Фиг.32, два восьмых фланца 21 соединены с поверхностью внешней окружности третьего фланца 9, два девятых фланца 22 соединены с поверхностью внешней окружности четвертого фланца 10, нижняя часть указанной лопасти 3 соединена с третьим фланцем 9 посредством восьмого фланца 21, верхняя часть лопасти 3 соединена с четвертым фланцем 10 посредством девятого фланца 22. Установка восьмого фланца 21 и девятого фланца 22 облегчает установку, демонтаж и техническое обслуживание лопасти 3.
В лопасти 3 вертикального ветрового электрогенератора, как показано на Фиг.5 и Фиг.6, указанная лопасть 3 состоит из трех блоков лопасти 31; как показано на Фиг.6, сечение блоков лопасти 31 имеет овальную форму с большой средней частью и двумя малыми концами, один из двух малых концов имеет дугообразную форму, а другой конец острый; благодаря использованию в блоках лопасти 31 конструкции с таким видом сечения, коэффициент использования энергии ветра является высоким. Указанные блоки лопасти 31 включают каркас 101, корпус лопасти 102, первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104; корпус лопасти 102 установлен на каркасе 103, и каркас 103 расположен в корпусе лопасти 102; указанный первый край лопасти 103 расположен в одном конце корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть первого края лопасти 103 имеет дугообразную форму, а головная часть 1032 первого края лопасти 103 переходит в корпус лопасти 102; указанный второй край лопасти 104 расположен в противоположной части от первого края лопасти 103 корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть 1041 второго края лопасти 104 имеет заостренную форму, а головная часть 1042 второго края лопасти 104 переходит в корпус лопасти 102; как показано на Фиг.6 и Фиг.8, первая группа направляющих рельсового типа (не показана) расположена между корпусом лопасти 102 и первым краем лопасти 103, вторая группа направляющих рельсового типа 32 расположена между корпусом лопасти 102 и вторым краем лопасти 104; первая гидравлическая система 30 расположена между каркасом 101 и первым краем лопасти 103, вторая гидравлическая система 40 расположена между каркасом 101 и вторым краем лопасти 104, указанная первая гидравлическая система 30 содержит первый гидронасос (не показан), первый гидроклапан (не показан), первый гидропровод (не показан) и первый гидроцилиндр 301, как показано на Фиг.9, указанный первый гидроцилиндр 301 содержит корпус первого гидроцилиндра 302, первый поршень 303, первый поршневой шток 304 и первое уплотнительное устройство 305, первый поршень 303 установлен в корпусе первого гидроцилиндра 302, один конец первого поршневого штока 304 соединен с первым поршнем 303, а другой конец соединен с первым краем лопасти 103, корпус первого гидроцилиндра 302 закреплен на каркасе 101, первое уплотнительное устройство 305 устанавливается в двух концах корпуса первого гидроцилиндра 302, указанная вторая гидравлическая система 40 содержит второй гидронасос (не показан), второй гидроклапан (не показан), второй гидропровод (не показан) и второй гидроцилиндр 401, указанный второй гидроцилиндр 401 содержит корпус гидроцилиндра 402, второй поршень (не показан), второй поршневой шток 403 и второе уплотнительное устройство (не показано), второй поршень установлен в корпусе второго гидроцилиндра 402, один конец второго поршневого штока 403 соединен со вторым поршнем, а другой конец соединен со вторым краем лопасти 104, корпус второго гидроцилиндра 402 закреплен на каркасе 101, второе уплотнительное устройство установлено в двух концах корпуса второго гидроцилиндра 402; при использовании гидравлической системы в качестве движущего устройства ее постоянство передачи является стабильным, и она может быть использована в движущем оборудовании большой мощности, и при движении достигается плавная регулировка скорости. И так как средой корпуса гидроцилиндра является гидравлическое масло, благодаря чему достигается автоматическая смазка, срок службы гидравлической системы удлиняется, также как и срок службы лопастей. Ребро жесткости 50 установлено между каркасом 101 и корпусом лопасти 102, таким образом увеличивая прочность соединения между каркасом 101 и корпусом лопасти 102; первая уплотнительная лента 60 установлена в конце корпуса лопасти 102 возле первого края лопасти 103, а вторая уплотнительная лента 70 установлена в конце корпуса лопасти 102 возле второго края лопасти 104, таким образом предотвращая попадание влаги и пыли в блок лопасти 31, тем самым предотвращая при работе вертикального ветрового электрогенератора образование конвекции в обеих частях сечения блока лопасти, влияющуейна эффективность работы вертикального ветрового электрогенератора.
Как показано на Фиг.4, система охлаждения расположена в генераторном блоке 2, и включает лопасть вентилятора 24, охладитель 25, шайбу уплотнения 26, вентилятор 27 и воздуховоды 15, расположенные в статоре генератора 2021, роторе 2022, статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.15, указанная лопасть вентилятора 24 установлена под наклоном на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, шайба уплотнения 26 жестко посажена на внешней стенке опорной колонны 1 и размещена над внутренним возбудителем 203 в верхней части внутреннего фиксатора 2012, и вентилятор 27 установлен на шайбе уплотнения 26; охладитель 25 установлен на шайбе уплотнения 26 и расположен над вентилятором 27; воздуховыпускное отверстие 29 открыто в нижней части внутреннего фиксатора 2012, и воздуховпускное отверстие 33 открыто в верхней части внутреннего фиксатора 2012, воздуховпускное отверстие 33 расположено над шайбой уплотнения 26, и указанное воздуховыпускное отверстие 29 и воздуховпускное отверстие 33 соединены с воздуховодом фиксатора; внешний охладитель 34 расположен в опорной колонне 1, и охладитель 25 соединен с внешним охладителем 34 с помощью питающего трубопровода 35 и отводной трубы 36.
Как показано на Фиг.17, подъемный механизм 80 расположен на вершине указанной опорной колонны 1, указанный подъемный механизм 80 содержит вращающуюся башню 801, стрелу 802, уравновешивающее плечо 803, противовес 804, крановую тележку 805, направляющую рельсового типа 806, крюк 807, головной канат 808, грузоподъемный механизм 809 и систему управления (не показана). Указанная вращающаяся башня 801 соединена с вершиной опорной колонны 1, стрела 802 и уравновешивающее плечо 803 установлены на вращающейся башне 801, и вращающаяся башня 801 может вращаться на 360°; противовес 804 установлен на одном конце уравновешивающего плеча 803; направляющая рельсового типа 806 расположена на стреле 802, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, и крановая тележка 805 может осуществлять движение по направляющей рельсового типа 806 вперед и назад; крюк 807 расположен под крановой тележкой 805, крюк 807 соединен с одним концом головного каната 808, другой конец головного каната 808 соединен с грузоподъемным механизмом 809, и спуск и подъем крюка 807 контролируется грузоподъемным механизмом 809. В дополнение, тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и уравновешивающим плечом 803, один конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с уравновешивающим плечом 803; тяговая штанга стрелы 811 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и стрелой 802, один конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен со стрелой 802; тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 и тяговая штанга стрелы 811 обеспечивают устойчивость конструкции подъемного механизма 80 и увеличивают грузоподъемность подъемного механизма 80.
Как показано на Фиг.32, подъемная система расположена в указанной опорной колонне 1, указанной подъемной системой является подъемник 37, и указанный подъемник 37 включает кабину подъемника 371 и подъемный механизм кабины подъемника 372, движение подъемной кабины 371 вверх и вниз достигается с помощью подъемного механизма кабины подъемника 372. Внешнее кольцо указанной первой опоры 4, второй опоры 5 и третьей опоры 6 оснащено тормозным механизмом (не показан).
Процесс работы вышеуказанного вертикального ветрового электрогенератора состоит главным образом из нескольких частей, а именно, генерирование энергии ветровым электрогенератором, охлаждение генератора, запуск генератора в качестве двигателя и техническое обслуживание. Принцип работы указанных частей раскрывается далее. Принцип работы генерирования энергии вертикального ветрового электрогенератора следующий: лопасть 3 начинает свое вращение от толчка ветра, вращательный момент создается после вращения лопасти 3, и вращательный момент, созданный с помощью лопасти 3, передается четвертому фланцу 10 и третьему фланцу 9 посредством нижней части лопасти 3, в то же время, третий фланец 9 и четвертый фланец 10 вращаются с лопастью 3, вращательный момент, переданный четвертому фланцу 10, передается третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, третий фланец 9 последовательно передает вращательный момент фиксатору 201 с помощью седьмого фланца 13, второго фланца 8 и шестого фланца 12, и фиксатор 201 побуждает ротор 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению, заставляя ротор 2022 вращаться вокруг статора 2021, и заставляя ротор возбудителя 2032 вращаться вокруг статора возбудителя 2031, в процессе вращения ротора возбудителя 2032 обмотка ротора возбудителя в роторе возбудителя 2032 генерирует переменный ток, и затем выпрямительное устройство преобразует переменный ток в постоянный ток и передает постоянный ток в обмотку ротора генератора 2022, магнитное поле создается после того, как в обмотку ротора генератора поступает постоянный ток, из-за вращательного действия ротора генератора 2022 обмотка ротора генератора создает магнитное поле, распределение которого близко к синусоидальному, обмотка статора генератора 2021 осуществляет движение, пересекая магнитные силовые линии, и в обмотке статора генератора возбуждается потенциал трехфазного переменного тока, таким образом достигается цель генерации электроэнергии. В данной конструкции благодаря установке третьего фланца 9, четвертого фланца 10 и соединительной детали 23, вращательный момент, создаваемый лопастью 3 передается не только третьему фланцу 9, но и четвертому фланцу 10, и четвертый фланец 10 передает вращательный момент третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, балансируется нагрузка в верхней и нижней части лопасти 3, и таким образом лопасть 3 не так легко подвергнуть деформации и повредить, что увеличивает срок службы вертикального ветрового электрогенератора. Как показано на Фиг.6, в процессе вращения лопасти 3, при малой силе ветра первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104 выдвинуты, таким образом площадь наветренной стороны лопасти 3 большая и мощность вертикального ветрового электрогенератора велика; как показано на Фиг.7, при увеличении силы ветра первый край лопасти 103 движется по направлению к каркасу 101 вдоль первой группы направляющих рельсового типа под действием первой гидравлической системы 30, и первый край лопасти 103 уменьшается, в то же время второй край лопасти 104 движется по направлению к каркасу 101 вдоль второй группы направляющих рельсового типа 2 под действием второй гидравлической системы 40, и второй край лопасти 104 уменьшается, в это время площадь наветренной стороны лопасти 3 уменьшается, мощность вертикального ветрового электрогенератора автоматически регулируется при использовании такой конструкции, предотвращая выход из строя вертикального ветрового электрогенератора, вызванный чрезмерной мощностью из-за повышенной скорости ветра.
Принцип работы системы охлаждения следующий: вентилятор 27 работает и образует воздушный поток, холодный воздух достигает нижней части генератора с помощью воздуховода 15 ротора возбудителя 2032, статора возбудителя 2031, ротора 2022 и статора 2021, охлаждая при этом возбудитель генератора, в то же время холодный воздух нагревается, поступает в воздуховод фиксатора 2013 с помощью воздуховыпускного отверстия 29, и осуществляет здесь теплообмен с наружным воздухом с помощью внешнего фиксатора 2011, таким образом горячий воздух воздушного потока охлаждается, и затем воздушный поток поступает в охладитель 25 с помощью воздуховпускного отверстия 33, воздушный поток здесь еще более охлаждается и поступает во внутреннюю полость ветрового электрогенератора с помощью вентилятора 27, образуя внутренний цикл. Благодаря установке лопасти вентилятора 24 с внешней стороны внешнего фиксатора 2011 ротора, и тому, что лопасть вентилятора 24 под наклоном установлена на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, при вращении фиксатора 201 лопасть вентилятора 24 вращается вместе с ним, в то же время, на лопасти вентилятора 24 образуется резкое различие между зонами высокого и низкого давления, побуждая воздух снаружи возле генератора сформировать воздушный поток, движущийся от зоны высокого давления к низкому, то есть сформировать внешний цикл, таким образом эффективность теплообмена между воздушным потоком во внутреннем цикле и снаружи возрастает, охлаждающий эффект в генераторе улучшается и срок службы генератора возрастает.
Процесс работы внешнего охладителя 34 и охладителя 25 следующий: внешний охладитель 34 передает охлаждающую жидкость в охладитель 25 с помощью питающего трубопровода 35, охлаждающая жидкость осуществляет теплообмен в охладителе 25 с воздухом во внутреннем цикле, и затем нагревается и поступает для охлаждения во внешний охладитель 34 с помощью отводной трубы, и вышеуказанный процесс продолжает свой цикл, улучшая при этом эффект охлаждения воздушного потока во внутреннем цикле в охладителе 25, тем самым улучшая эффект охлаждения генератора и увеличивая срок его службы.
Процесс работы генератора при его запуске в качестве двигателя следующий.
(1) Работа двигателя: как показано на Фиг.10, когда ветровой электрогенератор должен работать при малой скорости ветра или возникают трудности с его запуском, устройство контроля возбуждения 16 отключается от электроэнергетической системы 17, сила тока в обмотке статора возбудителя равна нулю, генератор работает в режиме электродвигателя, обмотка статора генератора соединяется с электроэнергетической системой 17, электроэнергетическая система 17 подает переменный ток в обмотку статора генератора с помощью реверсивного частотного преобразователя 15, в то же время вращающееся магнитное поле создается в воздушном зазоре 14 статора 2021 и ротора 2022, относительное движение создается между вращающимся магнитным полем и обмоткой ротора генератора, а также демпферной обмоткой 38, обмотка ротора генератора пересекает магнитную силовую линию и создает индуктированную электродвижущую силу в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38, индуктированный ток генерируется в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38 после того, как обмотка ротора генератора и демпферная обмотка замыкаются, вращающееся магнитное поле и индуктированный ток взаимодействуют и создают электромагнитный вращательный момент, побуждая при этом ротор генератора 2022 к вращению и достигая асинхронного хода, таким образом решается проблема работы ветрового электрогенератора при малой скорости ветра или возникновении трудностей с его запуском. При работе генератора в качестве двигателя скорость вращения генератора в качестве двигателя регулируется с помощью реверсивного частотного преобразователя 15 посредством регулировки выходной частоты. (2) Работа генератора: при увеличении скорости ветра и вращении генератора при встречном воздушном потоке, в первую очередь следует дать поработать генератору в качестве двигателя, как указано выше, и привести ротор возбудителя 2032 к вращению, переменный ток индуктируется из обмотки ротора возбудителя, после того, как переменный ток выпрямляется выпрямительным устройством 161, постоянный ток поступает в обмотку ротора генератора, и трехфазный переменный ток индуктируется из обмотки статора генератора. В то же время, следует проконтролировать, чтобы реверсивный частотный преобразователь 15 на время приостановил свою работу, генератор выходит из состояния работы в качестве двигателя, вращательный момент, производимый лопастью 3, побуждает фиксатор 201 к вращению, фиксатор 201 побуждает ротор генератора 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению и устройство контроля возбуждения 16 начинает свою работу, а генератор начинает работу в качестве синхронного генератора. После перехода рабочей функции от двигателя к генератору реверсивный частотный преобразователь 15 снова начинает свою работу и трехфазный переменный ток в обмотке статора генератора подвергается выпрямлению и фильтрации реверсивным частотным преобразователем 15, поступает в электроэнергетическую систему 17 и происходит работа генератора. При изменении скорости ветра скорость вращения генератора меняется, частота индуктированного тока в обмотке статора генератора также меняется, при этом рабочие параметры реверсивного частотного преобразователя 15 могут быть отрегулированы для того, чтобы обеспечить неизменность рабочей частоты и достичь режима работы с переменной скоростью и неизменной частотой вращения. При работе генератора в режиме генератора ток возбуждения, полученный на обмотке ротора генератора, регулируется с помощью регулировки тока на выходе устройства контроля возбуждения 16, так чтобы достичь регулировки выходной мощности генератора. (3) При превышении скоростью ветра определенного предела соединение между устройством контроля возбуждения 16 и электроэнергетической системой 17 разрывается, соединение между реверсивным частотным преобразователем 15 и генератором также разрывается, электрогенераторная система не потребляет элетроэнергии и не выдает электроэнергии, в то же время, скорость вращения генератора может быть ограничена с помощью тормозного механизма, предотвращая тем самым повреждение ветрового электрогенератора. Техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора может осуществляться с помощью подъемной системы и подъемного механизма 80 следующим образом: операторы могут добраться до любого генераторного блока 2 в опорной колонне 1 с помощью подъемной системы, а также до подъемного механизма 80, операторы могут работать с использованием крюка 807 в подъемном механизме 80, и указанный крюк 807 соединяется с грузоподъемным механизмом 809 с помощью головного каната 808, таким образом положение в вертикальном направлении крюка 807 может быть отрегулировано, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, и крановая тележка 805 может передвигаться по направляющей рельсового типа 806, таким образом может быть отрегулировано положение в горизонтальном направлении крюка 807, благодаря тому, что вращающаяся башня 801 может осуществлять вращение на 360°, операторы могут производить техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора в любом месте, без необходимости дополнительного сооружения башни для технического обслуживания и другого крупногабаритного оборудования, существенно снижая тем самым стоимость и время технического обслуживания и ремонта.
Пятый вариант выполнения изобретения
Вертикальный ветровой электрогенератор, показанный на Фиг.30-32, включает опорную колонну 1, по крайней мере один генераторный блок 2, по крайней мере две лопасти 3, первую опору 4, вторую опору 5, третью опору 6, первый фланец 7, второй фланец 8, третий фланец 9, четвертый фланец 10, пятый фланец 11, шестой фланец 12 и седьмой фланец 13, и в данном варианте выполнения изобретения имеется два генераторных блока 2, две лопасти 3, центральная ось опорной колонны 1 перпендикулярна горизонтальной плоскости, и указанная опорная колонна 1 имеет полую конструкцию. При использовании двух генераторных блоков 2 увеличивается количество генерируемой энергии и оба генераторных блока 2 устанавливаются на опорной колонне 1, занимаемая площадь значительно уменьшается при экономии земельных ресурсов.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный генераторный блок 2 содержит фиксатор 201, генератор 202 и возбудитель 203.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный фиксатор 201 состоит из внешнего фиксатора 2011 и внутреннего фиксатора 2012, внешний фиксатор 2011 расположен с внешней стороны внутреннего фиксатора 2012, а воздуховод фиксатора 2013 образован пространством между внешним фиксатором 2011 и внутренним фиксатором 2012.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный генератор 202 содержит статор 2021 и ротор 2022, статор 2021 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор 2022 расположен снаружи статора 2021 и неподвижно установлен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора генератора (не показана) расположена в статоре 2021, обмотка ротора генератора (не показана) расположена в роторе 2022, воздушный зазор 14 расположен между статором 2021 и ротором 2022, и воздуховоды 15 расположены в статоре 2021 и роторе 2022; демпферная обмотка 38 установлена на роторе 2022, как показано на Фиг.13 и Фиг.14, демпферная обмотка 38 содержит короткозамкнутое кольцо 381 и стержень демпферной обмотки 382, и стержень демпферной обмотки 382 установлен на короткозамкнутом кольце 381.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный возбудитель 203 содержит статор возбудителя 2031 и ротор возбудителя 2032, статор возбудителя 2031 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор возбудителя 2032 расположен снаружи статора возбудителя 2031 и неподвижно установлен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора возбудителя (не показана) расположена на статоре возбудителя 2031, обмотка ротора возбудителя (не показана) расположена на роторе возбудителя 2032, воздушный зазор 14 расположен между статором возбудителя 2031 и ротором возбудителя 2032, и воздуховоды 15 расположены в указанном статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.32, указанный возбудитель 203 установлен над генератором 202, как показано на Фиг.16, возбудитель 203 может быть также установлен под генератором 202.
Как показано на Фиг.10, обмотка статора генератора соединена с электроэнергетической системой 17 посредством реверсивного частотного преобразователя 15, обмотка статора генератора соединена с обмоткой статора возбудителя посредством реверсивного частотного преобразователя 15 и устройства контроля возбуждения 16; обмотка ротора генератора соединена с обмоткой ротора возбудителя посредством выпрямительного устройства 161.
Как показано на Фиг.32, держатель статора 2023 расположен на поверхности нижней части статора генератора 2021, держатель статора 2023 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора 2023 играет роль опоры статора 2021, повышая устойчивость и точность положения при установке статора 2021 на опорной колонне 1; держатель статора возбудителя 2033 расположен на поверхности нижней части статора возбудителя 2031, держатель статора возбудителя 2033 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора возбудителя 2033 играет роль опоры статора возбудителя 2031, повышая устойчивость и точность положения при установке статора возбудителя 2031 на опорной колонне 1.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный пятый фланец 11, первый фланец 7, первая опора 4 расположены под фиксатором 201 последовательно сверху вниз; поверхность верхней части пятого фланца 11 соединена с поверхностью нижней части фиксатора 201 посредством сварного соединения; два сечения в верхней и нижней части указанного первого фланца 7 не одинаковы, как показано на Фиг.4, первый фланец 7 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и 19, первый фланец 7 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, первый фланец 7 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, первый фланец 7 имеет ступенчатую форму, при этом форма первого фланца 7 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть указанного первого фланца 7 соединена с пятым фланцем 11 с помощью болтового или сварного соединения, а меньшая часть первого фланца 7 соединена с внешним кольцом первой опоры 4 с помощью болтового или сварного соединения или посадки с натягом; внутреннее кольцо указанной первой опоры 4 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, держатель первой опоры 18 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца первой опоры 4, и держатель первой опоры 18 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании первого фланца 7 формы платформы конической формы или рупора, сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части первого фланца 7, и в первом фланце 7 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность первого фланца 7 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время, размер внешнего кольца первой опоры 4 уменьшается и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы первый фланец 7 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время изготовления фланцев; установка пятого фланца 11 облегчает соединение между первым фланцем 7 и фиксатором 201; указанный держатель первой опоры 18 используется для удержания первой опоры 4 и всех деталей, воздействующих на первую опору 4, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения первой опоры 4, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, шестой фланец 12, второй фланец 8 и вторая опора 5 расположены над фиксатором 201 последовательно сверху вниз; шестой фланец 12 соединен с поверхностью верхней части фиксатора 201 с помощью сварного соединения, два сечения верхней части и нижней части указанного шестого фланца 12 не одинаковы, как показано на Фиг.32 и Фиг.4, второй фланец 8 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и Фиг.19, второй фланец 8 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, второй фланец 8 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, второй фланец 8 имеет ступенчатую форму, при этом форма второго фланца 8 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть второго фланца 8 соединена с шестым фланцем 12 с помощью болтового или сварного соединения; внутреннее кольцо указанной второй опоры 5 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1; указанный седьмой фланец 13 посажен на внешней стенке внешнего кольца второй опоры 5 с помощью посадки с натягом, а поверхность нижней части седьмого фланца 13 соединена с малой частью второго фланца 8 с помощью болтового или сварного соединения; держатель второй опоры 19 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца второй опоры 5, и держатель второй опоры 19 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании второго фланца 8 формы платформы конической формы или рупора сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части второго фланца 8, во втором фланце 8 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность второго фланца 8 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время уменьшается размер внешнего кольца второй опоры 5 и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы второй фланец 8 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время производства фланцев; установка шестого фланца 12 облегчает соединение между вторым фланцем 8 и фиксатором 201; указанный держатель второй опоры 19 используется для удержания второй опоры 5 и всех деталей, воздействующих на вторую опору 5, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения второй опоры 5, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.32, внутреннее кольцо указанной третьей опоры 6 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, и расположено над второй опорой 5, держатель третьей опоры 20 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца третьей опоры 6, держатель третьей опоры 20 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, держатель третьей опоры 20 используется для удержания третьей опоры 6 и всех деталей, воздействующих на третью опору 6, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения третьей опоры 6, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Третий фланец 9 соединен с поверхностью верхней части указанного седьмого фланца 13 с помощью болтового или сварного соединения, четвертый фланец 10 соединен с внешним кольцом третьей опоры 6 с помощью болтового или сварного соединения, соединительная деталь 23 для передачи вращательного момента расположена между третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10, как показано на Фиг.12, указанной соединительной деталью 23 является полая труба, как показано на Фиг.11, указанная соединительная деталь 23 содержит по крайней мере два соединительных стержня 231, верхние концы указанных соединительных стержней 231 соединены с четвертым фланцем 10, а нижние концы соединительных стержней 231 соединены с третьим фланцем 9, указанные соединительные стержни 231 расположены с внешней стороны опорной колонны 1, по кругу, который является соосным с сечением опорной колонны 1, и ребро жесткости 232 приварено к соединительным стержням 231 для увеличения прочности соединительной детали 23; благодаря использованию полой трубы в качестве соединительной детали 23 ее конструкция проста и легка в изготовлении, а также имеет низкую себестоимость; и при вращении полой трубы вместе с третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10 в полой трубе не возникает сопротивления вращению, которое может повлиять на мощность ветрового электрогенератора, таким образом значительно увеличивая эффективность производства электроэнергии; при использовании многочисленных соединительных стержней 231 в качестве соединительной детали, ее конструкция проста и при этом снижается вес вертикального ветрового электрогенератора; как показано на Фиг.32, два восьмых фланца 21 соединены с поверхностью внешней окружности третьего фланца 9, два девятых фланца 22 соединены с поверхностью внешней окружности четвертого фланца 10, нижняя часть указанной лопасти 3 соединена с третьим фланцем 9 посредством восьмого фланца 21, верхняя часть лопасти 3 соединена с четвертым фланцем 10 посредством девятого фланца 22. Установка восьмого фланца 21 и девятого фланца 22 облегчает установку, демонтаж и техническое обслуживание лопасти 3.
В лопасти 3 вертикального ветрового электрогенератора, как показано на Фиг.5, Фиг.22-25, указанная лопасть 3 состоит из трех блоков лопасти 31; как показано на Фиг.22, сечение блоков лопасти 31 имеет овальную форму с большой средней частью и двумя малыми концами, один из двух малых концов имеет дугообразную форму, а другой конец острый; благодаря использованию в блоках лопасти 31 конструкции с таким видом сечения, коэффициент использования энергии ветра является высоким. Указанные блоки лопасти 31 включают каркас 101, корпус лопасти 102, первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104; корпус лопасти 102 установлен на каркасе 103, и каркас 103 расположен в корпусе лопасти 102; указанный первый край лопасти 103 расположен в одном конце корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть первого края лопасти 103 имеет дугообразную форму, а головная часть 1032 первого края лопасти 103 переходит в корпус лопасти 102; указанный второй край лопасти 104 расположен в противоположной части от первого края лопасти 103 корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть 1041 второго края лопасти 104 имеет заостренную форму, а головная часть 1042 второго края лопасти 104 переходит в корпус лопасти 102; как показано на Фиг.22 и Фиг.25, первая группа направляющих рельсового типа (не показана) расположена между корпусом лопасти 102 и первым краем лопасти 103, вторая группа направляющих рельсового типа 32 расположена между корпусом лопасти 102 и вторым краем лопасти 104; первая пневматическая система 95 расположена между каркасом 101 и первым краем лопасти 103, вторая пневматическая система 96 расположена между каркасом 101 и вторым краем лопасти 104, указанная первая пневматическая система 95 содержит первый воздушный компрессор (не показан) и первый пневмоцилиндр 111, как показано на Фиг.25, указанный первый пневмоцилиндр 111 содержит корпус первого пневмоцилиндра 112, поршень первого пневмоцилиндра 113, поршневой шток первого пневмоцилиндра 114 и первое пневматическое уплотнительное устройство 115, поршень первого пневмоцилиндра 113 установлен в корпусе первого пневмоцилиндра 112, один конец поршневого штока первого пневмоцилиндра 114 соединен с поршнем первого пневмоцилиндра 113, а другой конец соединен с первым краем лопасти 103, корпус первого пневмоцилиндра 112 закреплен на каркасе 101, первое уплотнительное устройство 115 установлено в двух концах корпуса первого пневмоцилиндра 112, указанная вторая пневматическая система 121 содержит корпус второго пневмоцилиндра 122, поршень второго пневмоцилиндра (не показан), поршневой шток второго пневмоцилиндра 123 и второе пневматическое уплотнительное устройство (не показано), поршень второго пневмоцилиндра установлен в корпусе второго пневмоцилиндра 122, один конец второго пневматического уплотнительного устройства соединен с поршнем второго пневмоцилиндра, а другой конец соединен со вторым краем лопасти 104, второй пневмоцилиндр 122 закреплен на каркасе 101 и второе уплотнительное устройство установлено в двух концах второго пневмоцилиндра 122; при использовании системы пневмоцилиндра в качестве движущего устройства, благодаря тому, что его средой является газ, оно обладает небольшим весом, а ресурс среды достаточно большой и экологически чист; благодаря малой вязкости газа сопротивление между газом и корпусом пневмоцилиндра является малым. Ребро жесткости лопасти 50 также установлено между каркасом 101 и корпусом лопасти 102, таким образом увеличивая прочность соединения между каркасом 101 и корпусом лопасти 102; первая уплотнительная лента 60 размещается в части указанного корпуса лопасти 102 возле первого края лопасти 103, а вторая уплотнительная лента 70 размещается в части указанного корпуса лопасти 102 возле второго края лопасти 104, таким образом предотвращая попадание влаги и пыли в блок лопасти; тем самым предотвращая при работе вертикального ветрового электрогенератора образование конвекции в обеих частях сечения блока лопасти, влияющей на эффективность работы вертикального ветрового электрогенератора.
Как показано на Фиг.4, система охлаждения расположена в генераторном блоке 2, и включает лопасть вентилятора 24, охладитель 25, шайбу уплотнения 26, вентилятор 27 и воздуховоды 15, расположенные в статоре генератора 2021, роторе 2022, статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.15, указанная лопасть вентилятора 24 установлена под наклоном на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, шайба уплотнения 26 жестко посажена на внешней стенке опорной колонны 1 и размещена над внутренним возбудителем 203 в верхней части внутреннего фиксатора 2012, и вентилятор 27 установлен на шайбе уплотнения 26; охладитель 25 установлен на шайбе уплотнения 26 и расположен над вентилятором 27; воздуховыпускное отверстие 29 открыто в нижней части внутреннего фиксатора 2012, и воздуховпускное отверстие 33 открыто в верхней части внутреннего фиксатора 2012, воздуховпускное отверстие 33 расположено над шайбой уплотнения 26, и указанное воздуховыпускное отверстие 29 и воздуховпускное отверстие 33 соединены с воздуховодом фиксатора; внешний охладитель 34 расположен в опорной колонне 1, и охладитель 25 соединен с внешним охладителем 34 с помощью питающего трубопровода 35 и отводной трубы 36.
Как показано на Фиг.17, подъемный механизм 80 расположен на вершине указанной опорной колонны 1, указанный подъемный механизм 80 содержит вращающуюся башню 801, стрелу 802, уравновешивающее плечо 803, противовес 804, крановую тележку 805, направляющую рельсового типа 806, крюк 807, головной канат 808, грузоподъемный механизм 809 и систему управления (не показана). Указанная вращающаяся башня 801 соединена с вершиной опорной колонны 1, стрела 802 и уравновешивающее плечо 803 установлены на вращающейся башне 801, и вращающаяся башня 801 может вращаться на 360°; противовес 804 установлен на одном конце уравновешивающего плеча 803; направляющая рельсового типа 806 расположена на стреле 802, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, и крановая тележка 805 может осуществлять движение по направляющей рельсового типа 806 вперед и назад; крюк 807 расположен под крановой тележкой 805, крюк 807 соединен с одним концом головного каната 808, другой конец головного каната 808 соединен с грузоподъемным механизмом 809, и спуск и подъем крюка 807 контролируется грузоподъемным механизмом 809. В дополнение, тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и уравновешивающим плечом 803, один конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с уравновешивающим плечом 803; тяговая штанга стрелы 811 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и стрелой 802, один конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен со стрелой 802; тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 и тяговая штанга стрелы 811 обеспечивают устойчивость конструкции подъемного механизма 80 и увеличивают грузоподъемность подъемного механизма 80.
Как показано на Фиг.32, подъемная система расположена в указанной опорной колонне 1, указанной подъемной системой является подъемник 37, и указанный подъемник 37 включает кабину подъемника 371 и подъемный механизм кабины подъемника 372, движение подъемной кабины 371 вверх и вниз достигается с помощью подъемного механизма кабины подъемника 372. Внешнее кольцо указанной первой опоры 4, второй опоры 5 и третьей опоры 6 оснащено тормозным механизмом (не показан).
Процесс работы вышеуказанного вертикального ветрового электрогенератора состоит главным образом из нескольких частей, а именно, генерирование энергии ветровым электрогенератором, охлаждение генератора, запуск генератора в качестве двигателя и техническое обслуживание. Принцип работы указанных частей раскрывается далее.
Принцип работы генерирования энергии вертикального ветрового электрогенератора следующий: лопасть 3 начинает свое вращение от толчка ветра, вращательный момент создается после вращения лопасти 3, и вращательный момент, созданный с помощью лопасти 3, передается четвертому фланцу 10 и третьему фланцу 9 посредством нижней части лопасти 3, в то же время, третий фланец 9 и четвертый фланец 10 вращаются с лопастью 3, вращательный момент, переданный четвертому фланцу 10, передается третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, третий фланец 9 последовательно передает вращательный момент фиксатору 201 с помощью седьмого фланца 13, второго фланца 8 и шестого фланца 12, и фиксатор 201 побуждает ротор 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению, заставляя ротор 2022 вращаться вокруг статора 2021, и заставляя ротор возбудителя 2032 вращаться вокруг статора возбудителя 2031, в процессе вращения ротора возбудителя 2032 обмотка ротора возбудителя в роторе возбудителя 2032 генерирует переменный ток, и затем выпрямительное устройство преобразует переменный ток в постоянный ток и передает постоянный ток в обмотку ротора генератора 2022, магнитное поле создается после того, как в обмотку ротора генератора поступает постоянный ток, из-за вращательного действия ротора генератора 2022 обмотка ротора генератора создает магнитное поле, распределение которого близко к синусоидальному, обмотка статора генератора 2021 осуществляет движение, пересекая магнитные силовые линии, и в обмотке статора генератора возбуждается потенциал трехфазного переменного тока, таким образом достигается цель генерации электроэнергии. В данной конструкции благодаря установке третьего фланца 9, четвертого фланца 10 и соединительной детали 23, вращательный момент, создаваемый лопастью 3 передается не только третьему фланцу 9, но и четвертому фланцу 10, и четвертый фланец 10 передает вращательный момент третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, балансируется нагрузка в верхней и нижней части лопасти 3, и таким образом лопасть 3 не так легко подвергнуть деформации и повредить, что увеличивает срок службы вертикального ветрового электрогенератора. Как показано на Фиг.6, в процессе вращения лопасти 3, при малой силе ветра первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104 выдвинуты, таким образом площадь наветренной стороны лопасти 3 большая и мощность вертикального ветрового электрогенератора велика; как показано на Фиг.7, при увеличении силы ветра первый край лопасти 103 движется по направлению к каркасу 101 вдоль первой группы направляющих рельсового типа под действием первой пневматической системы 95, и первый край лопасти 103 уменьшается, в то же время второй край лопасти 104 движется по направлению к каркасу 101 вдоль второй группы направляющих рельсового типа 2 под действием второй пневматической системы 96, и второй край лопасти 104 уменьшается, в это время площадь наветренной стороны лопасти 3 уменьшается, мощность вертикального ветрового электрогенератора автоматически регулируется при использовании такой конструкции, предотвращая выход из строя вертикального ветрового электрогенератора, вызванный чрезмерной мощностью из-за повышенной скорости ветра.
Принцип работы системы охлаждения следующий: вентилятор 27 работает и образует воздушный поток, холодный воздух достигает нижней части генератора с помощью воздуховода 15 ротора возбудителя 2032, статора возбудителя 2031, ротора 2022 и статора 2021, охлаждая при этом возбудитель генератора, в то же время холодный воздух нагревается, поступает в воздуховод фиксатора 2013 с помощью воздуховыпускного отверстия 29, и осуществляет здесь теплообмен с наружным воздухом с помощью внешнего фиксатора 2011, таким образом горячий воздух воздушного потока охлаждается, и затем воздушный поток поступает в охладитель 25 с помощью воздуховпускного отверстия 33, воздушный поток здесь еще более охлаждается и поступает во внутреннюю полость ветрового электрогенератора с помощью вентилятора 27, образуя внутренний цикл. Благодаря установке лопасти вентилятора 24 с внешней стороны внешнего фиксатора 2011 ротора, и тому, что лопасть вентилятора 24 под наклоном установлена на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, при вращении фиксатора 201 лопасть вентилятора 24 вращается вместе с ним, в то же время, на лопасти вентилятора 24 образуется резкое различие между зонами высокого и низкого давления, побуждая воздух снаружи возле генератора сформировать воздушный поток, движущийся от зоны высокого давления к низкому, то есть сформировать внешний цикл, таким образом эффективность теплообмена между воздушным потоком во внутреннем цикле и снаружи возрастает, охлаждающий эффект в генераторе улучшается и срок службы генератора возрастает.
Процесс работы внешнего охладителя 34 и охладителя 25 следующий: внешний охладитель 34 передает охлаждающую жидкость в охладитель 25 с помощью питающего трубопровода 35, охлаждающая жидкость осуществляет теплообмен в охладителе 25 с воздухом во внутреннем цикле, и затем нагревается и поступает для охлаждения во внешний охладитель 34 с помощью отводной трубы, и вышеуказанный процесс продолжает свой цикл, улучшая при этом эффект охлаждения воздушного потока во внутреннем цикле в охладителе 25, тем самым улучшая эффект охлаждения генератора и увеличивая срок службы генератора.
Процесс работы генератора при его запуске в качестве двигателя следующий.
(1) Работа двигателя: как показано на Фиг.10, когда ветровой электрогенератор должен работать при малой скорости ветра или возникают трудности с его запуском, устройство контроля возбуждения 16 отключается от электроэнергетической системы 17, сила тока в обмотке статора возбудителя равна нулю, генератор работает в режиме электродвигателя, обмотка статора генератора соединяется с электроэнергетической системой 17, электроэнергетическая система 17 подает переменный ток в обмотку статора генератора с помощью реверсивного частотного преобразователя 15, в то же время вращающееся магнитное поле создается в воздушном зазоре 14 статора 2021 и ротора 2022, относительное движение создается между вращающимся магнитным полем и обмоткой ротора генератора, а также демпферной обмоткой 38, обмотка ротора генератора пересекает магнитную силовую линию и создает индуктированную электродвижущую силу в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38, индуктированный ток генерируется в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38 после того, как обмотка ротора генератора и демпферная обмотка замыкаются, вращающееся магнитное поле и индуктированный ток взаимодействуют и создают электромагнитный вращательный момент, побуждая при этом ротор генератора 2022 к вращению и достигая асинхронного хода, таким образом решается проблема работы ветрового электрогенератора при малой скорости ветра или возникновении трудностей с его запуском. При работе генератора в качестве двигателя скорость вращения генератора в качестве двигателя регулируется с помощью реверсивного частотного преобразователя 15 посредством регулировки выходной частоты. (2) Работа генератора: при увеличении скорости ветра и вращении генератора при встречном воздушном потоке, в первую очередь следует дать поработать генератору в качестве двигателя, как указано выше, и привести ротор возбудителя 2032 к вращению, переменный ток индуктируется из обмотки ротора возбудителя, после того, как переменный ток выпрямляется выпрямительным устройством 161, постоянный ток поступает в обмотку ротора генератора, и трехфазный переменный ток индуктируется из обмотки статора генератора. В то же время, следует проконтролировать, чтобы реверсивный частотный преобразователь 15 на время приостановил свою работу, генератор выходит из состояния работы в качестве двигателя, вращательный момент, производимый лопастью 3, побуждает фиксатор 201 к вращению, фиксатор 201 побуждает ротор генератора 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению и устройство контроля возбуждения 16 начинает свою работу, а генератор начинает работу в качестве синхронного генератора. После перехода рабочей функции от двигателя к генератору реверсивный частотный преобразователь 15 снова начинает свою работу и трехфазный переменный ток в обмотке статора генератора подвергается выпрямлению и фильтрации реверсивным частотным преобразователем 15, поступает в электроэнергетическую систему 17 и происходит работа генератора. При изменении скорости ветра скорость вращения генератора меняется, частота индуктированного тока в обмотке статора генератора также меняется, при этом рабочие параметры реверсивного частотного преобразователя 15 могут быть отрегулированы для того, чтобы обеспечить неизменность рабочей частоты и достичь режима работы с переменной скоростью и неизменной частотой вращения. При работе генератора в режиме генератора ток возбуждения, полученный обмоткой ротора генератора, регулируется с помощью регулировки тока на выходе устройства контроля возбуждения 16, так чтобы достичь регулировки выходной мощности генератора. (3) При превышении скоростью ветра определенного предела соединение между устройством контроля возбуждения 16 и электроэнергетической системой 17 разрывается, соединение между реверсивным частотным преобразователем 15 и генератором также разрывается, электрогенераторная система не потребляет электроэнергии и не выдает электроэнергии, в то же время, скорость вращения генератора может быть ограничена с помощью тормозного механизма, предотвращая тем самым повреждение ветрового электрогенератора.
Техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора может осуществляться с помощью подъемной системы и подъемного механизма 80, следующим образом: операторы могут добраться до любого генераторного блока 2 в опорной колонне 1 с помощью подъемной системы, а также до подъемного механизма 80, операторы могут работать с использованием крюка 807 в подъемном механизме 80, и указанный крюк 807 соединяется с грузоподъемным механизмом 809 с помощью головного каната 808, таким образом положение в вертикальном направлении крюка 807 может быть отрегулировано, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, и крановая тележка 805 может передвигаться по направляющей рельсового типа 806, таким образом может быть отрегулировано положение в горизонтальном направлении крюка 807, благодаря тому, что вращающаяся башня 801 может осуществлять вращение на 360°, операторы могут производить техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора в любом месте, без необходимости дополнительного сооружения башни для технического обслуживания и другого крупногабаритного оборудования, существенно снижая тем самым стоимость и время технического обслуживания и ремонта.
Шестой вариант выполнения изобретения
Вертикальный ветровой электрогенератор, показанный на Фиг.30-32, включает опорную колонну 1, по крайней мере один генераторный блок 2, по крайней мере две лопасти 3, первую опору 4, вторую опору 5, третью опору 6, первый фланец 7, второй фланец 8, третий фланец 9, четвертый фланец 10, пятый фланец 11, шестой фланец 12 и седьмой фланец 13, и в данном варианте выполнения изобретения имеется два генераторных блока 2, две лопасти 3, центральная ось опорной колонны 1 перпендикулярна горизонтальной плоскости, и указанная опорная колонна 1 имеет полую конструкцию. При использовании двух генераторных блоков 2 увеличивается количество генерируемой энергии и оба генераторных блока 2 устанавливаются на опорной колонне 1, занимаемая площадь значительно уменьшается при экономии земельных ресурсов.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный генераторный блок 2 содержит фиксатор 201, генератор 202 и возбудитель 203.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный фиксатор 201 состоит из внешнего фиксатора 2011 и внутреннего фиксатора 2012, внешний фиксатор 2011 расположен с внешней стороны внутреннего фиксатора 2012, а воздуховод фиксатора 2013 образован между внешним фиксатором 2011 и внутренним фиксатором 2012.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный генератор 202 содержит статор 2021 и ротор 2022, статор 2021 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор 2022 расположен снаружи статора 2021 и неподвижно установлен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора генератора (не показана) расположена на статоре 2021, обмотка ротора генератора (не показана) расположена на роторе 2022, воздушный зазор 14 расположен между статором 2021 и ротором 2022, и воздуховоды 15 расположены в статоре 2021 и роторе 2022; демпферная обмотка 38 установлена на роторе 2022, как показано на Фиг.13 и Фиг.14, демпферная обмотка 38 содержит короткозамкнутое кольцо 381 и стержень демпферной обмотки 382, и стержень демпферной обмотки 382 установлен на короткозамкнутом кольце 381.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный возбудитель 203 содержит статор возбудителя 2031 и ротор возбудителя 2032, статор возбудителя 2031 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, ротор возбудителя 2032 расположен снаружи статора возбудителя 2031 и неподвижно установлен на внутренней стенке внутреннего фиксатора 2012, обмотка статора возбудителя (не показана) расположена на статоре возбудителя 2031, обмотка ротора возбудителя (не показана) расположена на роторе возбудителя 2032, воздушный зазор 14 расположен между статором возбудителя 2031 и ротором возбудителя 2032, и воздуховоды 15 расположены в указанном статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.32, указанный возбудитель 203 установлен над генератором 202, как показано на Фиг.16, возбудитель 203 может быть также установлен под генератором 202.
Как показано на Фиг.10, обмотка статора генератора соединена с электроэнергетической системой 17 посредством реверсивного частотного преобразователя 15, обмотка статора генератора соединена с обмоткой статора возбудителя посредством реверсивного частотного преобразователя 15 и устройства контроля возбуждения 16; обмотка ротора генератора соединена с обмоткой ротора возбудителя посредством выпрямительного устройства 161.
Как показано на Фиг.32, держатель статора 2023 расположен на поверхности нижней части статора генератора 2021, держатель статора 2023 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора 2023 играет роль опоры статора 2021, повышая устойчивость и точность положения при установке статора 2021 на опорной колонне 1; держатель статора возбудителя 2033 расположен на поверхности нижней части статора возбудителя 2031, держатель статора возбудителя 2033 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, и держатель статора возбудителя 2033 играет роль опоры статора возбудителя 2031, повышая устойчивость и точность положения при установке статора возбудителя 2031 на опорной колонне 1.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, указанный пятый фланец 11, первый фланец 7, первая опора 4 расположены под фиксатором 201 последовательно сверху вниз; поверхность верхней части пятого фланца 11 соединена с поверхностью нижней части фиксатора 201 посредством сварного соединения; два сечения в верхней и нижней части указанного первого фланца 7 не одинаковы, как показано на Фиг.4, первый фланец 7 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и 19, первый фланец 7 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, первый фланец 7 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, первый фланец 7 имеет ступенчатую форму, при этом форма первого фланца 7 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть указанного первого фланца 7 соединена с пятым фланцем 11 с помощью болтового или сварного соединения, а меньшая часть первого фланца 7 соединена с внешним кольцом первой опоры 4 с помощью болтового или сварного соединения или посадки с натягом; внутреннее кольцо указанной первой опоры 4 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, держатель первой опоры 18 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца первой опоры 4, и держатель первой опоры 18 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании первого фланца 7 формы платформы конической формы или рупора, сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части первого фланца 7, и в первом фланце 7 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность первого фланца 7 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время, размер внешнего кольца первой опоры 4 уменьшается и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы первый фланец 7 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время изготовления фланцев; установка пятого фланца 11 облегчает соединение между первым фланцем 7 и фиксатором 201; указанный держатель первой опоры 18 используется для удержания первой опоры 4 и всех деталей, воздействующих на первую опору 4, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения первой опоры 4, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.32 и Фиг.4, шестой фланец 12, второй фланец 8 и вторая опора 5 расположены над фиксатором 201 последовательно сверху вниз; шестой фланец 12 соединен с поверхностью верхней части фиксатора 201 с помощью сварного соединения, два сечения верхней части и нижней части указанного шестого фланца 12 не одинаковы, как показано на Фиг.32 и Фиг.4, второй фланец 8 имеет форму платформы конической формы, как показано на Фиг.18 и Фиг.19, второй фланец 8 имеет форму рупора, как показано на Фиг.20, второй фланец 8 имеет форму выпуклой поверхности, как показано на Фиг.21, второй фланец 8 имеет ступенчатую форму, при этом форма второго фланца 8 не ограничена вышеуказанными четырьмя видами конструкции, большая часть второго фланца 8 соединена с шестым фланцем 12 с помощью болтового или сварного соединения; внутреннее кольцо указанной второй опоры 5 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1; указанный седьмой фланец 13 посажен на внешней стенке внешнего кольца второй опоры 5 с помощью посадки с натягом, а поверхность нижней части седьмого фланца 13 соединена с малой частью второго фланца 8 с помощью болтового или сварного соединения; держатель второй опоры 19 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца второй опоры 5, и держатель второй опоры 19 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1.
При использовании второго фланца 8 формы платформы конической формы или рупора сечение равномерно переходит от широкой части к узкой части второго фланца 8, во втором фланце 8 не возникает значительного внутреннего напряжения, таким образом, прочность второго фланца 8 высока и может выдержать большую нагрузку, в то же время уменьшается размер внешнего кольца второй опоры 5 и снижается стоимость вертикального ветрового электрогенератора; при использовании формы выпуклой поверхности или ступенчатой формы второй фланец 8 может быть изготовлен с применением простого оборудования и простого технологического процесса, таким образом снижая стоимость и время производства фланцев; установка шестого фланца 12 облегчает соединение между вторым фланцем 8 и фиксатором 201; указанный держатель второй опоры 19 используется для удержания второй опоры 5 и всех деталей, воздействующих на вторую опору 5, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения второй опоры 5, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Как показано на Фиг.32, внутреннее кольцо указанной третьей опоры 6 жестко посажено на внешней стенке опорной колонны 1, и расположено над второй опорой 5, держатель третьей опоры 20 расположен на поверхности нижней части внутреннего кольца третьей опоры 6, держатель третьей опоры 20 жестко посажен на внешней стенке опорной колонны 1, держатель третьей опоры 20 используется для удержания третьей опоры 6 и всех деталей, воздействующих на третью опору 6, таким образом повышая при установке устойчивость и точность положения третьей опоры 6, а также повышая устойчивость конструкции генератора.
Третий фланец 9 соединен с поверхностью верхней части указанного седьмого фланца 13 с помощью болтового или сварного соединения, четвертый фланец 10 соединен с внешним кольцом третьей опоры 6 с помощью болтового или сварного соединения, соединительная деталь 23 для передачи вращательного момента расположена между третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10, как показано на Фиг.12, указанной соединительной деталью 23 является полая труба, как показано на Фиг.11, указанная соединительная деталь 23 содержит по крайней мере два соединительных стержня 231, верхние концы указанных соединительных стержней 231 соединены с четвертым фланцем 10, а нижние концы соединительных стержней 231 соединены с третьим фланцем 9, указанные соединительные стержни 231 расположены с внешней стороны опорной колонны 1, по кругу, который является соосным с сечением опорной колонны 1, и ребро жесткости 232 приварено к соединительным стержням 231 для увеличения прочности соединительной детали 23; благодаря использованию полой трубы в качестве соединительной детали 23 ее конструкция проста и легка в изготовлении, а также имеет низкую себестоимость; и при вращении полой трубы вместе с третьим фланцем 9 и четвертым фланцем 10 в полой трубе не возникает сопротивления вращению, которое может повлиять на мощность ветрового электрогенератора, таким образом значительно увеличивая эффективность производства электроэнергии; при использовании многочисленных соединительных стержней 231 в качестве соединительной детали, ее конструкция проста и при этом снижается вес вертикального ветрового электрогенератора; как показано на Фиг.32, два восьмых фланца 21 соединены с поверхностью внешней окружности третьего фланца 9, два девятых фланца 22 соединены с поверхностью внешней окружности четвертого фланца 10, нижняя часть указанной лопасти 3 соединена с третьим фланцем 9 посредством восьмого фланца 21, верхняя часть лопасти 3 соединена с четвертым фланцем 10 посредством девятого фланца 22. Установка восьмого фланца 21 и девятого фланца 22 облегчает установку, демонтаж и техническое обслуживание лопасти 3.
В лопасти 3 вертикального ветрового электрогенератора, как показано на Фиг.5, Фиг.26-29, указанная лопасть 3 состоит из трех блоков лопасти 31; как показано на Фиг.22, сечение блоков лопасти 31 имеет овальную форму с большой средней частью и двумя малыми концами, один из двух малых концов имеет дугообразную форму, а другой конец острый; благодаря использованию в блоках лопасти 31 конструкции с таким видом сечения, коэффициент использования энергии ветра является высоким. Указанные блоки лопасти 31 включают каркас 101, корпус лопасти 102, первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104; корпус лопасти 102 установлен на каркасе 103, и каркас 103 расположен в корпусе лопасти 102; указанный первый край лопасти 103 расположен в одном конце корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть первого края лопасти 103 имеет дугообразную форму, а головная часть 1032 первого края лопасти 103 переходит в корпус лопасти 102; указанный второй край лопасти 104 расположен в противоположной части от первого края лопасти 103 корпуса лопасти 102 вдоль радиального направления блоков лопасти 31, концевая часть 1041 второго края лопасти 104 имеет заостренную форму, а головная часть 1042 второго края лопасти 104 переходит в корпус лопасти 102; как показано на Фиг.26 и Фиг.29, первая группа направляющих рельсового типа (не показана) расположена между корпусом лопасти 102 и первым краем лопасти 103, вторая группа направляющих рельсового типа 32 расположена между корпусом лопасти 102 и вторым краем лопасти 104; как показано на Фиг.26, первое движущее устройство расположено между каркасом 101 и первым краем лопасти 103 и включает первую резьбовую шпильку 2100, первую гайку 2200, первый двигатель 2300, по крайней мере две первых линейных опоры 2400 и первый опорный блок 2500 в таком же количестве, как и первая линейная опора, если указанных первых линейных опор 2400 две, то соответственно первых опорных блока 2500 тоже два, указанный первый опорный блок 2500 установлен на корпусе лопасти 102, первая линейная опора 2400 установлена в первом опорном блоке 2500, указанная первая гайка 2200 установлена на первом краю лопасти 103, один конец указанной первой резьбовой шпильки 2100 соединен с первым двигателем 2300, первая резьбовая шпилька 2100 проходит через первую линейную опору 2400, первая резьбовая шпилька 2100 входит в соединение с первой гайкой 2200, первая муфта 2600 расположена между указанным первым двигателем 2300 и первой резьбовой шпилькой 2100; как показано на Фиг.26 и Фиг.29, между каркасом 101 и вторым краем лопасти 104 расположено второе движущее устройство, которое включает вторую резьбовую шпильку 3100, вторую гайку 3200, второй двигатель 3300, по крайней мере две вторых линейных опоры 3400 и второй опорный блок 3500 в таком же количестве, как и вторая линейная опора, если указанных вторых линейных опор 3400 две, то соответственно вторых опорных блока 3500 тоже два, указанный второй опорный блок 3500 установлен на корпусе лопасти 102, вторая линейная опора 3400 установлена во втором опорном блоке 3500, указанная вторая гайка 3200 установлена на втором краю лопасти 104, один конец указанной второй резьбовой шпильки 3100 соединен со вторым двигателем 3300, вторая резьбовая шпилька 3100 проходит через вторую линейную опору 3400, вторая резьбовая шпилька 3100 входит в соединение со второй гайкой 3200, вторая муфта 3600 расположена между указанным вторым двигателем 3300 и второй резьбовой шпилькой 3100; при использовании резьбовой шпильки, гайки и линейной опоры в качестве движущего устройства достигается высокая точность передачи. Как показано на Фиг.26, ребро жесткости 50 также установлено между каркасом 101 и корпусом лопасти 102, таким образом увеличивается прочность соединения между каркасом 101 и корпусом лопасти 102; первая уплотнительная лента 60 размещается в части указанного корпуса лопасти 102 возле первого края лопасти 103, а вторая уплотнительная лента 70 размещается в части указанного корпуса лопасти 102 возле второго края лопасти 104, таким образом предотвращая попадание влаги и пыли в блок лопасти; тем самым предотвращая при работе вертикального ветрового электрогенератора образование конвекции в обеих частях сечения блока лопасти, влияющей на эффективность работы вертикального ветрового электрогенератора.
Как показано на Фиг.4, система охлаждения расположена в генераторном блоке 2, и включает лопасть вентилятора 24, охладитель 25, шайбу уплотнения 26, вентилятор 27 и воздуховоды 15, расположенные в статоре генератора 2021, роторе 2022, статоре возбудителя 2031 и роторе возбудителя 2032; как показано на Фиг.15, указанная лопасть вентилятора 24 установлена под наклоном на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, каждая лопасть вентилятора 24 имеет дугообразную форму, шайба уплотнения 26 жестко посажена на внешней стенке опорной колонны 1 и размещена над внутренним возбудителем 203 в верхней части внутреннего фиксатора 2012, и вентилятор 27 установлен на шайбе уплотнения 26; охладитель 25 установлен на шайбе уплотнения 26 и расположен над вентилятором 27; воздуховыпускное отверстие 29 открыто в нижней части внутреннего фиксатора 2012, и воздуховпускное отверстие 33 открыто в верхней части внутреннего фиксатора 2012, воздуховпускное отверстие 33 расположено над шайбой уплотнения 26, и указанное воздуховыпускное отверстие 29 и воздуховпускное отверстие 33 соединены с воздуховодом фиксатора; внешний охладитель 34 расположен в опорной колонне 1, и охладитель 25 соединен с внешним охладителем 34 с помощью питающего трубопровода 35 и отводной трубы 36.
Как показано на Фиг.17, подъемный механизм 80 расположен на вершине указанной опорной колонны 1, указанный подъемный механизм 80 содержит вращающуюся башню 801, стрелу 802, уравновешивающее плечо 803, противовес 804, крановую тележку 805, направляющую рельсового типа 806, крюк 807, головной канат 808, грузоподъемный механизм 809 и систему управления (не показана). Указанная вращающаяся башня 801 соединена с вершиной опорной колонны 1, стрела 802 и уравновешивающее плечо 803 установлены на вращающейся башне 801, и вращающаяся башня 801 может вращаться на 360°; противовес 804 установлен на одном конце уравновешивающего плеча 803; направляющая рельсового типа 806 расположена на стреле 802, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, и крановая тележка 805 может осуществлять движение по направляющей рельсового типа 806 вперед и назад; крюк 807 расположен под крановой тележкой 805, крюк 807 соединен с одним концом головного каната 808, другой конец головного каната 808 соединен с грузоподъемным механизмом 809, и спуск и подъем крюка 807 контролируется грузоподъемным механизмом 809. В дополнение, тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и уравновешивающим плечом 803, один конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги уравновешивающего плеча 810 неподвижно соединен с уравновешивающим плечом 803; тяговая штанга стрелы 811 расположена между вершиной указанной вращающейся башни 801 и стрелой 802, один конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен с вершиной вращающейся башни 801, а другой конец тяговой штанги стрелы 811 неподвижно соединен со стрелой 802; тяговая штанга уравновешивающего плеча 810 и тяговая штанга стрелы 811 обеспечивают устойчивость конструкции подъемного механизма 80 и увеличивают грузоподъемность подъемного механизма 80.
Как показано на Фиг.32, подъемная система расположена в указанной опорной колонне 1, указанной подъемной системой является подъемник 37, и указанный подъемник 37 включает кабину подъемника 371 и подъемный механизм кабины подъемника 372, движение подъемной кабины 371 вверх и вниз достигается с помощью подъемного механизма кабины подъемника 372.
Внешнее кольцо указанной первой опоры 4, второй опоры 5 и третьей опоры 6 оснащено тормозным механизмом (не показан).
Процесс работы вышеуказанного вертикального ветрового электрогенератора состоит главным образом из нескольких частей, а именно, генерирование энергии ветровым электрогенератором, охлаждение генератора, запуск генератора в качестве двигателя и техническое обслуживание. Принцип работы указанных частей раскрывается далее.
Принцип работы генерирования энергии вертикального ветрового электрогенератора следующий: лопасть 3 начинает свое вращение от толчка ветра, вращательный момент создается после вращения лопасти 3, и вращательный момент, созданный с помощью лопасти 3, передается четвертому фланцу 10 и третьему фланцу 9 посредством нижней части лопасти 3, в то же время, третий фланец 9 и четвертый фланец 10 вращаются с лопастью 3, вращательный момент, переданный четвертому фланцу 10, передается третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, третий фланец 9 последовательно передает вращательный момент фиксатору 201 с помощью седьмого фланца 13, второго фланца 8 и шестого фланца 12, и фиксатор 201 побуждает ротор 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению, заставляя ротор 2022 вращаться вокруг статора 2021, и заставляя ротор возбудителя 2032 вращаться вокруг статора возбудителя 2031, в процессе вращения ротора возбудителя 2032 обмотка ротора возбудителя в роторе возбудителя 2032 генерирует переменный ток, и затем выпрямительное устройство преобразует переменный ток в постоянный ток и передает постоянный ток в обмотку ротора генератора 2022, магнитное поле создается после того, как в обмотку ротора генератора поступает постоянный ток, из-за вращательного действия ротора генератора 2022 обмотка ротора генератора создает магнитное поле, распределение которого близко к синусоидальному, обмотка статора генератора 2021 осуществляет движение, пересекая магнитные силовые линии, и в обмотке статора генератора возбуждается потенциал трехфазного переменного тока, таким образом достигается цель генерации электроэнергии. В данной конструкции благодаря установке третьего фланца 9, четвертого фланца 10 и соединительной детали 23, вращательный момент, создаваемый лопастью 3 передается не только третьему фланцу 9, но и четвертому фланцу 10, и четвертый фланец 10 передает вращательный момент третьему фланцу 9 с помощью соединительной детали 23, балансируется нагрузка в верхней и нижней части лопасти 3, и таким образом лопасть 3 не так легко подвергнуть деформации и не так легко повредить, что увеличивает срок службы вертикального ветрового электрогенератора. Как показано на Фиг.6, в процессе вращения лопасти 3, при малой силе ветра первый край лопасти 103 и второй край лопасти 104 выдвинуты, таким образом площадь наветренной стороны лопасти 3 большая и мощность вертикального ветрового электрогенератора велика; как показано на Фиг.7, при увеличении силы ветра первый край лопасти 103 движется по направлению к каркасу 101 вдоль первой группы направляющих рельсового типа под действием первого движущего устройства, и первый край лопасти 103 уменьшается, в то же время второй край лопасти 104 движется по направлению к каркасу 101 вдоль второй группы направляющих рельсового типа 2 под действием второго движущего устройства, и второй край лопасти 104 уменьшается, в это время площадь наветренной стороны лопасти 3 уменьшается, мощность вертикального ветрового электрогенератора автоматически регулируется при использовании такой конструкции, предотвращая выход из строя вертикального ветрового электрогенератора, вызванный чрезмерной мощностью из-за повышенной скорости ветра.
Принцип работы системы охлаждения следующий: вентилятор 27 работает и образует воздушный поток, холодный воздух достигает нижней части генератора с помощью воздуховода 15 ротора возбудителя 2032, статора возбудителя 2031, ротора 2022 и статора 2021, охлаждая при этом возбудитель генератора, в то же время холодный воздух нагревается, поступает в воздуховод фиксатора 2013 с помощью воздуховыпускного отверстия 29, и осуществляет здесь теплообмен с наружным воздухом с помощью внешнего фиксатора 2011, таким образом горячий воздух воздушного потока охлаждается, и затем воздушный поток поступает в охладитель 25 с помощью воздуховпускного отверстия 33, воздушный поток здесь еще более охлаждается и поступает во внутреннюю полость ветрового электрогенератора с помощью вентилятора 27, образуя внутренний цикл. Благодаря установке лопасти вентилятора 24 с внешней стороны внешнего фиксатора 2011 ротора, и тому, что лопасть вентилятора 24 под наклоном установлена на внешней стенке внешнего фиксатора 2011, при вращении фиксатора 201 лопасть вентилятора 24 вращается вместе с ним, в то же время, на лопасти вентилятора 24 образуется резкое различие между зонами высокого и низкого давления, побуждая воздух снаружи возле генератора сформировать воздушный поток, движущийся от зоны высокого давления к низкому, то есть сформировать внешний цикл, таким образом эффективность теплообмена между воздушным потоком во внутреннем цикле и снаружи возрастает, охлаждающий эффект в генераторе улучшается и срок службы генератора возрастает.
Процесс работы внешнего охладителя 34 и охладителя 25 следующий: внешний охладитель 34 передает охлаждающую жидкость в охладитель 25 с помощью питающего трубопровода 35, охлаждающая жидкость осуществляет теплообмен в охладителе 25 с воздухом во внутреннем цикле, и затем нагревается и поступает для охлаждения во внешний охладитель 34 с помощью отводной трубы, и вышеуказанный процесс продолжает свой цикл, улучшая при этом эффект охлаждения воздушного потока во внутреннем цикле в охладителе 25, тем самым улучшается эффект охлаждения генератора и увеличивается срок службы генератора.
Процесс работы генератора при его запуске в качестве двигателя следующий.
(1) Работа двигателя: как показано на Фиг.10, когда ветровой электрогенератор должен работать при малой скорости ветра или возникают трудности с его запуском, устройство контроля возбуждения 16 отключается от электроэнергетической системы 17, сила тока в обмотке статора возбудителя равна нулю, генератор работает в режиме электродвигателя, обмотка статора генератора соединяется с электроэнергетической системой 17, электроэнергетическая система 17 подает переменный ток в обмотку статора генератора с помощью реверсивного частотного преобразователя 15, в то же время вращающееся магнитное поле создается в воздушном зазоре 14 статора 2021 и ротора 2022, относительное движение создается между вращающимся магнитным полем и обмоткой ротора генератора, а также демпферной обмоткой 38, обмотка ротора генератора пересекает магнитную силовую линию и создает индуктированную электродвижущую силу в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38, индуктированный ток генерируется в обмотке ротора генератора и демпферной обмотке 38 после того, как обмотка ротора генератора и демпферная обмотка замыкаются, вращающееся магнитное поле и индуктированный ток взаимодействуют и создают электромагнитный вращательный момент, побуждая при этом ротор генератора 2022 к вращению и достигая асинхронного хода, таким образом решается проблема работы ветрового электрогенератора при малой скорости ветра или возникновения трудностей с его запуском. При работе генератора в качестве двигателя скорость вращения генератора в качестве двигателя регулируется с помощью реверсивного частотного преобразователя 15 посредством регулировки выходной частоты. (2) Работа генератора: при увеличении скорости ветра и вращении генератора при встречном воздушном потоке, в первую очередь следует дать поработать генератору в качестве двигателя, как указано выше, и привести ротор возбудителя 2032 к вращению, переменный ток индуктируется из обмотки ротора возбудителя, после того, как переменный ток выпрямляется выпрямительным устройством 161, постоянный ток поступает в обмотку ротора генератора, и трехфазный переменный ток индуктируется из обмотки статора генератора. В то же время, следует проконтролировать, чтобы реверсивный частотный преобразователь 15 на время приостановил свою работу, генератор выходит из состояния работы в качестве двигателя, вращательный момент, производимый лопастью 3, побуждает фиксатор 201 к вращению, фиксатор 201 побуждает ротор генератора 2022 и ротор возбудителя 2032 к вращению и устройство контроля возбуждения 16 начинает свою работу, а генератор начинает работу в качестве синхронного генератора. После перехода рабочей функции от двигателя к генератору реверсивный частотный преобразователь 15 снова начинает свою работу и трехфазный переменный ток в обмотке статора генератора подвергается выпрямлению и фильтрации реверсивным частотным преобразователем 15, поступает в электроэнергетическую систему 17 и происходит работа генератора. При изменении скорости ветра скорость вращения генератора меняется, частота индуктированного тока в обмотке статора генератора также меняется, при этом рабочие параметры реверсивного частотного преобразователя 15 могут быть отрегулированы для того, чтобы обеспечить неизменность рабочей частоты и достичь режима работы с переменной скоростью и неизменной частотой вращения. При работе генератора в режиме генератора ток возбуждения, полученный обмоткой ротора генератора, регулируется с помощью регулировки тока на выходе устройства контроля возбуждения 16, так чтобы достичь регулировки выходной мощности генератора. (3) При превышении скоростью ветра определенного предела соединение между устройством контроля возбуждения 16 и электроэнергетической системой 17 разрывается, соединение между реверсивным частотным преобразователем 15 и генератором также разрывается, электрогенераторная система не потребляет элетроэнергии и не выдает электроэнергии, в то же время, скорость вращения генератора может быть ограничена с помощью тормозного механизма, предотвращая тем самым повреждение ветрового электрогенератора.
Техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора может осуществляться с помощью подъемной системы и подъемного механизма 80, следующим образом: операторы могут добраться до любого генераторного блока 2 в опорной колонне 1 с помощью подъемной системы, а также до подъемного механизма 80, операторы могут работать с использованием крюка 807 в подъемном механизме 80, и указанный крюк 807 соединяется с грузоподъемным механизмом 809 с помощью головного каната 808, таким образом положение в вертикальном направлении крюка 807 может быть отрегулировано, крановая тележка 805 расположена на направляющей рельсового типа 806, и крановая тележка 805 может передвигаться по направляющей рельсового типа 806, таким образом может быть отрегулировано положение в горизонтальном направлении крюка 807, благодаря тому, что вращающаяся башня 801 может осуществлять вращение на 360°, операторы могут производить техническое обслуживание и ремонт вертикального ветрового электрогенератора в любом месте, без необходимости дополнительного сооружения башни для технического обслуживания и другого крупногабаритного оборудования, существенно снижая тем самым стоимость и время технического обслуживания и ремонта.