ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2075636

ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Имя изобретателя: Забегаев А.И.; Горбунов Ю.Н.; Забегаев Н.И.; Анопов В.М.; Новак Ю.И. 
Имя патентообладателя: Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "Общемаш- инжиниринг"
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1995.01.24 

Использование: относится к ветроэнергетическим установкам (ВЭУ) автономного использования, к ветродвигателям с регулируемым углом установки лопастей и предназначенным для использования в расширенном диапазоне скоростей ветропотоков, преимущественно в низкоскоростных ветропотоках. Сущность изобретения: ветродвигатель содержит вал, кинематически связанный с электрогенератором поворотные лопасти с махами, закрепленные на поворотных втулках, установленных на валу, привод поворота лопастей, кинематически связанный с поворотными втулками, и систему управления поворотом лопастей, связанную с приводом, каждая лопасть в полости вращения ветродвигателя установлена с каналом в направлении вращения, причем угол наклона образован продольными осями лопасти и втулки, а его величина лежит в диапазоне 0,5...2,0 градуса, лопасти выполнены с закруткой сечений относительно оси крутки, совмещенной с продольной осью лопасти, смещенной от хорды сечения в сторону большей кривизны профиля лопасти, а передняя кромка лопасти расположена относительно продольной оси лопасти на расстоянии 0,2...0,25 величины хорды соответственных сечений лопасти. Дополнительными отличиями заявляемого устройства является выполнение маха лопасти со срезом торца под углом 0,5...2,0 градуса относительно плоскости, перпендикулярной продольной оси втулки, а также то, что величина смещения оси крутки может быть выбрана постоянной по длине лопасти для всех сечений лопасти или переменной, монотонно изменяющейся по длине лопасти, причем она может задаваться как постоянной в абсолютных величинах, так и постоянной относительно текущей толщины профиля лопасти. Лопасть ветродвигателя может быть также выполнена наклонной за счет наклонного среза торца втулки, относительно плоскости, перпендикулярной радиусной оси лопасти.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к ветроэнергетике к ветроэнергетическим установкам (ВЭУ) автономного использования, конкретно к ветродвигателям с регулируемым углом установки лопастей и предназначенным для использования в расширенном диапазоне скоростей ветропотоков, преимущественно в низкоскоростных ветропотоках.

Известен ветродвигатель по а.с. СССР N 1325189, кл. F 03 D 7/04, 1986, БИ N 27, 1987), который содержит систему управления, снабженную кинематически связанным с поворотными лопастями электродвигателем, датчик скорости ветра и центробежный регулятор, муфту сцепления в виде закрепленного на валу электродвигателя фрикционного диска и взаимодействующей с ним прижимной обоймы.

Работа этого известного устройства основана на том, что, например, при увеличении скорости ветра мощность, вырабатываемая генератором, возрастает, что приводит к увеличению скорости вращения вала генератора и ветродвигателя, частота вырабатываемого тока при этом возрастает.

С помощью электродвигателя, запитываемого от генератора с повышенной частотой генерируемого тока, через рычаг и тягу посредством кривошипно-кулисного механизма производится поворот лопастей в сторону уменьшения отбираемой от ветропотока мощности, что приводит к уменьшению скорости вращения ветродвигателя и восстановлению частоты вырабатываемого тока.

Это известное устройство обладает следующими недостатками:

  • при работе в низкоскоростных ветропотоках требуется изменение угла установки лопастей в пределах 2.3 градусов, что при повышенной порывистости ветропотока может приводить к автоколебательным процессам в системе "ветроколесо тяга кривошипно-кулисный механизм электродвигатель" вследствие проявления упругости в механизме привода поворота лопастей, поскольку передача управляющего усилия происходит через рычажные элементы, которые, как правило, приводят к снижению кинематической жесткости и повышенной упругой податливости механизма;

  • в известном устройстве не предусматривается никаких решений в части стабилизации положения центра давления при работе ВЭУ в расширенном диапазоне скоростей ветропотоков, что, с одной стороны, приводит к повышенному износу привода из-за работы в узком диапазоне перемещений при низких скоростях ветра, а с другой стороны, требует увеличенную мощность привода при высоких скоростях ветропотоков, вследствие возрастания аэродинамических нагрузок на лопасти ветродвигателя.

Это ограничивает технические возможности использования данного известного устройства.

Известен ветродвигатель, содержащий полый вал, кинематически связанный с электрогенератором, лопасти, закрепленные на втулках, установленных на валу, привод поворота лопастей, кинематически связанный с поворотными втулками, по а.с. СССР N 1612107, кл. 7/02, 1985.

Данное устройство является наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату и поэтому принято за прототип.

Недостатком этого известного устройства является то, что его работа сопровождается значительными нагрузками на механизм привода поворота лопастей, что требует увеличения мощности привода и увеличивает износ.

При работе ветродвигателя вследствие различных режимов обтекания лопасти при различных скоростях ветропотока происходит смещение положения центра давления и, как следствие, возрастают аэродинамические нагрузки, которые преодолевает механизм поворота лопастей. Во избежание развития аэроупругих - флаттерных режимов колебаний центр давления смещают по хорде назад от оси вращения, что значительно увеличивает аэродинамический момент.

Еще сильнее момент возрастает при штормовых режимах нагружения, когда из-за нарушения режимов обтекания, центр давления смещается к середине хорды.

В результате, например, для современных ветроэнергетических установок мощностью 150.250 кВт для преодоления аэродинамических нагрузок требуется привод мощностью до 8 кВт и более, что, однако, не исключает аварийные ситуации, которые могут возникать из-за недостаточной мощности привода.

Например, в 1993 году на Украине при эксплуатации ВЭУ имел место ряд аварий ВЭУ мощностью 250 кВт, обусловленный как показал анализ, главным образом, невозможностью поворота лопастей ветродвигателя при работе из-за повышенных нагрузок. Лопасти при работающем ветродвигателе заклинивало на углах отбора мощности и ветродвигатель разгонялся до недопустимых скоростей с последующей аварией.

Экономичность и надежность ВЭУ с использованием известного по а.с. СССР N 1612107, кл. 7/02, 1985 г. технического решения (прототип) при работе в расширенном диапазоне скоростей ветра являются недостаточными.

Для отбора максимальной мощности от низкоскоростных ветропотоков необходимо постоянное отслеживание оптимального угла установки лопастей за изменением скорости ветропотока, который, к тому же, обладает повышенной порывистостью по отношению к высокоскоростным ветропотокам.

Доля ветров, имеющих скорости в диапазоне до 2.5 м/с, составляет до 60. 70% времени в году, в то время как период сильных ветров свыше 10 м/с не превышает 12.15% всего ресурса времени в году.

В практике проектирования ВЭУ при скоростях ветра Vном скорости, при которой ВЭУ выходит на номинальную мощность, угол установки лопастей, как правило, не регулируют. Таким образом, число рабочих ходов системы привода поворота лопастей оказывается относительно невелико.

Переход на работу и регулирование в области низкоскоростных потоков увеличивает число рабочих ходов привода практически в десятки раз и, что особенно неблагоприятно, эта наработка происходит в узкой области изменения углов поворота, что приводит к повышенному износу привода.

При отсутствии управления на участке кривой "мощность скорость" до выхода на номинальную мощность имеет место недобор мощности. Учитывая большой процент низких скоростей ветра в общей картине распределения скоростей ветра по времени в году, работа в низкоскоростных потоках позволяет повысить выработку энергии ветроустановкой.

Важно подчеркнуть, что при использовании ВЭУ в качестве автономного источника энергоснабжения, а в РФ и СНГ только 40% территории охвачена промышленными и локальными сетями, экономичность и надежность имеет важнейшее значение.

Экономичность прежде всего от того, что при стадиях пуска-останова ВЭУ используют собственный энергоисточник, преимущественно аккумуляторную батарею ограниченной емкости, а общие расходы энергии на собственные нужды ВЭУ достигают 10.20% от установленной мощности.

Надежность потому, что в автономном варианте использования ВЭУ является основным источником энергии, поэтому перерывы в ее работе увеличивают стоимость энергоснабжения и ухудшают окупаемость ВЭУ, т.к. требуют подключения резервного источника энергии.

Поэтому задача создания ВЭУ с аэродинамически "разгруженным" ветродвигателем с малой потребляемой на управление мощностью и высоконадежной является актуальной и сложной инженерной задачей.

Особенно актуально эта задача стоит при разработке ВЭУ, которые предназначены для работы в расширенном диапазоне скоростей ветра, т.к. при этом ветродвигатель проектируется на работу в режиме отдачи мощности при низких скоростях ветра, а при средних и высоких скоростях аэродинамические нагрузки существенно возрастают, что может привести к невозможности управления ветродвигателем или потребует чрезмерно большой мощности приводов.

Практическое решение данных вопросов с применением известных технических решений, в том числе и с применением а.с. СССР N 1612107, по существу невозможно или весьма затруднено, требуются новые подходы, обусловленные особенностями работы в низкоскоростных ветропотоках.

Целью изобретения является:

  • повышение эффективности ВЭУ за счет обеспечения работы в расширенном диапазоне скоростей ветров преимущественно в сторону низких скоростей в режиме максимальной отдачи мощности;

  • увеличение ресурса работы ВЭУ за счет снижения нагрузок на механизм привода поворота лопастей и собственно на ВЭУ в целом и уменьшения износа;

  • повышение экономичности ВЭУ за счет снижения мощности, потребляемой на управление в расширенном диапазоне скоростей ветра;

  • повышение надежности ВЭУ за счет снижения нагрузок, действующих на механизм поворота лопастей и ветроколесо, при переводе лопастей из рабочего во флюгерное положение и обратно.

Поставленная цель достигается за счет того, что в ветродвигателе, содержащем вал, кинематически связанный с электрогенератором, поворотные лопасти с махами, закрепленными на поворотных втулках, установленных на валу, привод поворота лопастей, кинематически связанный с поворотными втулками, и систему управления поворотом лопастей, связанную с приводом, каждая лопасть в плоскости вращения ветродвигателя установлена с наклоном в направлении вращения, причем угол наклона образован продольными осями лопасти и втулки, а его величина лежит в диапазоне 0,5. 2,0 градуса, лопасти выполнены с закруткой сечений относительно оси крутки, совмещенной с продольной осью лопасти, смещенной от хорды сечения в сторону большей кривизны профиля лопасти, а передняя кромка лопасти расположена относительно продольной оси лопасти на расстоянии 0,2.0,25 величины хорды соответственных сечений лопасти.

Дополнительными отличиями заявляемого устройства является то, что мах лопасти выполнен со срезом торца под углом 0,5.2,0 градуса относительно плоскости, перпендикулярной продольной оси втулки, а также то, что величина смещения оси крутки может быть выбрана постоянной по длине лопасти для всех сечений лопасти или переменной, монотонно изменяющейся по длине лопасти, причем она может задаваться как постоянной в абсолютных величинах, так и постоянной относительно текущей толщины профиля лопасти.

Лопасть ветродвигателя может быть также выполнена наклонной за счет наклонного среза торца втулки, относительно плоскости, перпендикулярной радиусной оси лопасти.

Приложенные чертежи изображают

ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Фиг. 1 ветродвигатель, общий вид, схема привода поворота лопастей.

На фиг. 1 обозначено:

10 редуктор привода поворота лопастей,

11 вращающаяся часть толкателя механизма привода поворота лопастей,

12 невращающаяся часть толкателя механизма привода поворота лопастей,

13 узел развязки вращающейся и невращающейся частей толкателя.

14 тяги привода поворота лопастей,

15 электрогенератор, связанный с валом 1 через трансмиссию.

Фиг. 2 ветродвигатель, схема, иллюстрирующая наклон лопасти в плоскости вращения на угол "a".

Фиг. 3 лопасть ветродвигателя, вид Б, см. фиг. 2

На фиг. 2, 3 обозначено:

"д" концевое сечение лопасти ветродвигателя,

"г" корневое сечение лопасти ветродвигателя,

"к" расстояние от передней кромки лопасти до оси вращения лопасти,

"f" хорда лопасти,

"d" смещение оси крутки и вращения лопасти относительно хорды,

"b" угол установки сечения относительно плоскости вращения ветродвигателя,

"b" плоскость вращения ветродвигателя.

Фиг. 4 схема, иллюстрирующая геометрию сечений лопасти ветродвигателя при установке на углы отбора максимальной мощности для низкоскоростных ветров в диапазоне I изменения углов B и при работе в режиме ограничения мощности в диапазоне 2 изменения углов B (V).

На фиг. 4 обозначено:

1 положение центра крутки и продольной оси лопасти относительно сечения лопасти, полученное в результате наклона лопасти на угол "a". Контур сечения лопасти, соответствующий этому положению обозначен пунктиром.

1' положение точки 1 в сечении лопасти до ее наклона в плоскости вращения,

(1-1') величина смещения точки 1' за счет наклона лопасти

L1-1ў = r1-1'Чa

2 положение центра давления при низких скоростях ветропотока позади продольной оси лопасти,

2' смещение центра давления вперед относительно радиусной оси лопастей ветродвигателя за счет наклона лопасти,

(2'-2) величина смещения точки 2' за счет наклона лопасти,

22ў смещенное положение центра давления вперед от точки 2' при увеличении скорости обтекания и увеличения числа Re,

22 смещение назад положения центра давления за счет поворота наклоненной лопасти,

L22 плечо действия силы Q22.

Фиг. 5 зависимость углов установки сечений B (приведена для концевого сечения лопасти) от скорости v ветропотока.

Диапазон I для работы на отдачу максимальной мощности.

Диапазон 2 для работы в режиме ограничения мощности.

Заявляемое устройство представляет собой ветродвигатель, содержащий вал 1, кинематически связанный с электрогенератором, поворотные лопасти 2 с махами, закрепленными на поворотных втулках 3, установленных на валу 1, привод 4 поворота лопастей, кинематически связанный с втулками 3 и систему управления 5 поворотом лопастей, связанную с приводом 4, каждая лопасть 2 в плоскости вращения ветродвигателя установлена с наклоном в направлении вращения, причем углом "a" наклона образован продольными осями 6 лопасти и втулки 7, а его величина лежит в диапазоне 0,5.2,0 градуса, лопасти 2 выполнены с закруткой сечений относительно оси крутки 8, совмещенной с продольной осью 6 лопасти, смещенной от хорды сечения в сторону большей кривизны профиля лопасти, а передняя кромка лопасти расположена относительно продольной оси лопасти на расстоянии 0,2.0,25 величины хорды соответственных сечений лопасти, а мах лопасти выполнен со срезом торца 9 под углом 0,5.2,0 градуса.

В заявляемом ветродвигателе величина смещения оси крутки 8 может быть выбрана постоянной по длине лопасти для всех сечений лопасти или переменной, монотонно изменяющейся по длине лопасти, причем величина смещения может задаваться как постоянной в абсолютных величинах, так и постоянной относительно текущей толщины d профиля лопасти.

Наклон лопасти в ветродвигателе может быть выполнен за счет наклоненного среза торца втулки относительно плоскости, перпендикулярной радиусной оси лопасти под углом 0,5.2,0 градуса.

Ветродвигатель работает следующим образом.

С помощью механизма привода поворота лопасти устанавливают на углы отбора мощности и производят разгон ветродвигателя. На фиг. 5 показано изменение углов установки сечений В(V) на участке разгона ветродвигателя. После разгона лопасти удерживают на оптимальных углах углах отбора максимальной мощности в зависимости от скорости ветропотока. При этом в диапазоне скоростей ветра V0.Vном угол (В)V изменяется в небольших пределах от 0,5 до 2-3 градусов. При увеличении скорости ветра свыше Vном диапазон изменения углов В(V) возрастает и при увеличении V, например, до 20 м/с угол В(V) увеличивается на 20 градусов по отношению к Vном.

При работе ветродвигателя происходит постоянное изменение угла В(V) в соответствии с изменением скорости ветра, обеспечиваемое механизмом привода поворота лопастей по командам системы управления.

(Выполнение механизма привода поворота лопастей в настоящей заявке не рассматривается, так как является независимым решением: например, привод поворота лопастей для заявляемого ветродвигателя рассмотрен в заявке того же заявителя на "Способ управления ветроэнергетической установкой и ветроэнергетическая установка", исх. N 92/12-94 от 16.12.94. вх. ВНИИГПЭ от 29.12.94).

Нагрузка на привод поворота лопастей аэродинамический момент, возникающий при работе ветродвигателя, зависит от величины аэродинамической силы Q (силы Q, Q на фиг. 4) и плеча действия этой силы относительно радиусной оси "q-q" (см. фиг. 2).

За счет наклона продольной оси лопасти на угол "a" вперед по направлению вращения достигается "управляемое" заданное смещение положения центра давления относительно радиуса оси лопасти.

Введем терминологические обозначения.

Радиусная ось лопасти ось, проходящая через вал ветроколеса и основание поворотной втулки. Совпадает с продольной осью втулки на участке до наклона лопасти в плоскости вращения ветроколеса, обозначена "q-q" на фиг. 2.

Продольная ось лопасти ось, вокруг которой производится вращение лопасти при работе ветродвигателя. Она лежит в плоскости хорд сечений или в плоскости, параллельной плоскости хорд. Последнее выполнение в заявляемом решении.

Ось крутки ось, вокруг которой построена геометрия лопасти: привязаны и закручены сечения. В заявляемом решении ось крутки совпадает с осью вращения продольной осью лопасти.

В зависимости от режима обтекания положение центра давления по хорде сечения лопасти изменяется. При низких скоростях ветропотока центр давления лежит на расстоянии от 0,25 до 0,3 хорды, отсчитываемом в сечениях от передней кромки лопасти. При увеличении скоростей обтекания и соответственно чисел Re происходит частичная турбулизация потока, режим обтекания изменяется, центр давления смещается вперед.

При создании ветродвигателей, работающих в области низкоскоростных ветропотоков, возникает проблема обеспечения долговечности работы ветродвигателя, в особенности механизма привода лопастей, а также других элементов ВЭУ. Это связано с тем, что работа в низкоскоростном диапазоне ветров резко увеличивает число циклов нагружения, которое испытывает конструкция ВЭУ при работе в режиме отдачи мощности. Кроме того, как показали исследования, для съема максимальной мощности в диапазоне скоростей ветра от 1,5 до 6,0 м/с угол установки сечений лопастей должен изменяться в пределах до 2.3 градусов. В диапазоне скоростей ветра от 6,0 до 20,0 м/с это изменение достигает 20 градусов.

Работа ВЭУ в расширенном диапазоне скоростей ветропотоков приводит к расширению диапазона нагрузок, действующих на лопасти.

Так, для ВЭУ при "классических" вариантах построения число Re для диапазона V= 10.30 м/м изменяется в 3 раза, в то время как для рассматриваемого класса ВЭУ, работающих в диапазоне скоростей, например, от 3,0 до 30 м/с число Re изменяется в 10 раз. Это приводит к увеличенному диапазону смещений положения центра давления и соответственно увеличению аэродинамических моментов, действующих на лопасти, и нагрузкам на механизм привода поворота лопастей при высоких скоростях ветра.

Следует отметить, что важное значение имеет режим работы ВЭУ при переходе во флюгерное положение их рабочего и наоборот из флюгерного в рабочее. Это обусловлено тем, что при обтекании лопастей ВЭУ, находящейся в нерабочем состоянии, лопасти могут находиться в произвольном неориентированном относительно ветропотока положении, в том числе и на углах максимального отбора мощности, а также во флюгерном положении. Центр давления может при этом располагаться на середине хорды лопасти, что создает повышенный аэродинамический момент, действующий на привод поворота лопастей. Механизм привода поворота лопастей должен обеспечивать установку лопастей во флюгерное положение при скоростях ветра до 52.60 м/с или переводить лопасть в рабочее положение при скоростях ветра до 25.30 м/с.

В заявляемом устройстве рассмотренные задачи имеют принципиальное решение благодаря следующим подходам:

  • задания положения продольной оси лопасти относительно передней кромки на расстоянии 0,2.0,25 хорды в соответственных сечениях;

  • наклона лопасти вперед по вращению ветродвигателя на величину 0,5.2,0 градуса;

  • выполнения втулки лопасти со срезом ближнего к валу ветродвигателя торца под углом 0,5.2,0 градуса;

  • совмещения оси крутки и продольной оси лопасти и смещения их относительно хорды сечения в сторону большей кривизны профиля лопасти.

При обтекании профиля лопасти низкоскоростным потоком центр давления находится на расстоянии 0,25.0,33 хорды от передней кромки лопасти. При установке лопасти с наклоном вперед в плоскости вращения на угол 0,5.2,0 градуса происходит совмещение центра давления с радиусной осью "q-q", см. фиг. 2, в результате чего при работе в низкоскоростном диапазоне ветропотоков аэродинамический момент, действующий на лопасть, снижается практически до нуля и износ механизма привода поворота лопастей при работе в этом диапазоне практически прекращается. Уменьшается мощность, потребляемая приводом, что очень важно для автономных режимов эксплуатации ВЭУ, когда операции пуска и работы при низких скоростях ветров производятся на собственном энергоисточнике, а вырабатываемая мощность невелика.

При увеличении скорости ветра мощность, развиваемая ветродвигателем, возрастает и при V>Vном необходимо ограничение мощности, которое достигается при повороте лопастей на увеличенные углы b, см. фиг. 4, угол атаки сечения по отношению к ветропотоку при этом уменьшается, за счет чего мощность, отбираемая от ветропотока ограничивается. При повороте лопастей на значительные углы смещенное положение продольной оси лопасти и наклон торца маха приводит к сложному движению лопасти: ее продольная ось движется по боковой поверхности усеченного конуса, радиус которого в малом основании равен величине смещения продольной оси лопасти от хорды, и радиусом в большом основании

r RлЧfв

где Rл радиус лопасти от конца до скошенного торца маха;

fв угол среза торца маха.

За счет этого происходит уменьшение плеча действия аэродинамической силы, как показано на фиг. 4, несмотря на смещение центра давления вперед

L22 < L22ў

и снижается опасность возникновения аэроупругих режимов колебаний (типа флаттера лопасти).

При выведении лопастей из флюгерного положения в рабочее, а равно и при переводе из рабочего во флюгерное, центр давления при неработающем ветродвигателе располагается примерно на середине хорды сечений, что в "классических" конструкциях ВЭУ требует высокой мощности привода. Особенно опасен встречающийся на практике режим заклинивания лопастей на углах отбора мощности, когда из-за повышенных нагрузок, привод поворота лопастей не в состоянии преодолеть действующие аэродинамические нагрузки и трение в подшипниках. В результате возникает аварийная ситуация. В заявленном решении наклон лопасти вперед приближает центр давления в этом режиме обтекания к радиусной оси лопасти, что снижает действующие на привод поворота лопастей нагрузки и потребную мощность привода. Как показали расчеты, для ВЭУ среднего класса мощности 100.150 кВт, заявленное решение позволяет снизить нагрузки в режиме выведения лопасти во флюгерное положение при неработающем ветродвигателе на 30.50% и делает возможным производить операции установки лопасти в необходимое положение даже при штормовых ветрах при скоростях ветра 52.60 м/с на автономном энергоисточнике.

Эффект снижения аэродинамической нагрузки, создаваемый за счет смещения продольной оси лопасти от хорды сечения при повороте лопасти количественно может регулироваться в зависимости от конфигурации лопасти, используемого профиля, скорости вращения ветродвигателя.

При задании постоянной величины смещения по всей длине лопасти, эффект смещения наиболее выражен для периферийной наиболее скоростной части лопасти, так как в относительном выражении для периферийной части лопасти величина смещения больше чем в корневой части, например для лопасти с характеристиками (см. таблицу).

При величине смещения dc 0,028 м в корневой части и в концевой части соответственно



При задании величины смещения постоянной в относительных координатах или переменной, например, по монотонно изменяющемуся закону, эффекты, достигаемые за счет смещения продольной оси лопасти относительно хорды в сторону большей кривизны профиля лопасти могут регулироваться.

Сложное движение лопасти при повороте может быть реализовано не только за счет выполнения маха лопасти со срезом его торца под углом 0,5.2,0 градуса относительно плоскости, перпендикулярной продольной оси втулки, но и за счет выполнения торцев втулки со срезом относительно плоскости, перпендикулярной продольной радиусной оси лопасти под углом 0,5.2,0 градуса.

Наиболее технологичным является вариант выполнения маха лопасти со срезом торца, включенным в основную часть формулы изобретения.

Применение заявленного решения позволяет обеспечить расчетный ресурс системы привода поворота лопастей 15 лет до капитального ремонта, в том числе и с учетом работы в области низкоскоростных ветропотоков, практически не достигаемый ни одним из известных технических решений, которые могут быть применены для практического использования в ВЭУ, рассчитанной на работу в качестве автономного источника энергоснабжения.

Мощность привода при этом снижена в несколько раз и для ВЭУ класса мощности 100.150 кВт она составляет 1,5 кВт.

Технические решения аналоги требуют привода с аналогичными характеристиками по управлению мощностью 6.8 кВт.

Таким образом, заявленное решение удачно сочетается с возможностью реализации пониженных нагрузок в приводе поворота лопастей во всех жизненно важных режимах эксплуатации, включающих:

  • при низких скоростях до 5-6 м/с;

  • при высоких скоростях 10.30 м/с, а также в режимах перевода лопастей во флюгерное положение и обратно в высокоскоростных и штормовых режимах, и позволяет получить при этом положительный эффект, который заключается в следующем:

    • повышение эффективности ВЭУ за счет обеспечения работы в расширенном диапазоне скоростей ветров преимущественно в сторону низких скоростей в режиме максимальной отдачи мощности;

    • увеличение ресурса работы ЭВМ за счет снижения нагрузок на механизм привода поворота лопастей и собственно на ВЭУ в целом и уменьшения износа;

    • повышение экономичности ВЭУ за счет снижения мощности, потребляемой на управление в расширенном диапазоне скоростей ветра;

    • повышение надежности ВЭУ за счет снижения нагрузок, действующих на механизм поворота лопастей и ветроколеса, при переводе лопастей из рабочего во флюгерное положение и обратно.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Ветродвигатель, содержащий вал, кинематически связанный с электрогенератором, поворотные лопасти с махами, закрепленными на поворотных втулках, установленных на валу, привод поворота лопастей, кинематически связанный с поворотными втулками, систему управления поворотом лопастей, связанную с приводом, отличающийся тем, что каждая лопасть в плоскости вращения ветродвигателя установлена с наклоном в направлении вращения, причем угол наклона образован продольными осями лопасти и втулки, а его величина лежит в диапазоне 0,5 2,0o, лопасти выполнены с закруткой сечения относительно оси крутки, совмещенной с продольной осью лопасти, смещенной от хорды сечения в сторону большей кривизны профиля лопасти, передняя кромка лопасти расположена относительно продольной оси лопасти на расстоянии 0,2 - 0,25 величины хорды соответственных сечений лопасти.

2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что лопасть выполнена наклоненной за счет наклоненного среза торца маха лопасти.

3. Ветродвигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что срез торца маха лопасти выполнен под углом 0,5 2,0o к плоскости, перпендикулярной продольной оси втулки.

4. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что лопасть выполнена наклоненной за счет наклонного среза торца втулки.

5. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что величина смещения оси крутки выбрана постоянной по длине лопасти для всех сечений лопасти.

6. Ветродвигатель по пп.1 и 5, отличающийся тем, что величина смещения оси крутки выбрана переменной, монотонно изменяющейся по длине лопасти.

7. Ветродвигатель по пп.1 и 5, отличающийся тем, что величина смещения оси крутки относительно толщины профиля лопасти в сечениях выбрана постоянной.

Версия для печати
Дата публикации 02.04.2007гг


вверх