Віндротор з турбінно-генераторним блоком, що нахиляється, - патент Україна 2513863 - ГУБАНОВ ОЛЕКСАНДР
Винахід відноситься до галузі вітроенергетики і може бути використане для перетворення енергії вітру на електроенергію. Віндротор містить щоглу, що складається з двох частин, з'єднаних шарніром, вертикально-осьову турбіну і лебідку. Лебідка закріплена поруч із щоглою і піднята на висоту, що перевищує поперечний габарит аеродинамічних лопатей турбіни. Верхня та нижня частини щогли зістиковані через фланцеве з'єднання, скошене в протилежний бік та вниз від лебідки. Сполучний фланці шарнір винесений на опущені кромки фланців, а на їх піднятій стороні є кріпильні елементи, що стягують. У вертикальній площині нахилу турбінно-генераторного блоку до фундаменту пристрою щогла може бути посилена перфорованими ребрами жорсткості. Наявність простого, міцного та надійного механізму нахилу турбінно-генераторного блоку до фундаменту встановлення віндроторного класу спростить проведення робіт з обслуговування та ремонту основного технологічного вузла. 1 з.п. ф-ли, 3 іл.
Малюнки до патенту Україна 2513863
Призначений для вироблення малих та середніх потужностей електроенергії шляхом перетворення кінетичного потенціалу вітру на материкових територіях.
Сутність винаходу полягає в тому, що турбінно-генераторний блок вертикально-осьового виконання має можливість нахилу до землі для здійснення робіт з його обслуговування та ремонту, яка реалізується за рахунок наявності у несучої щогли певним чином скошеного фланцевого з'єднання з діаметрально розташованими шарніром і кріпленнями, єдиною гнучкого зв'язку верхньої частини щогли, що нахиляється, з лебідкою, піднятою за допомогою рами на необхідну висоту. Щогла може бути посилена у вертикально-осьовій площиніперфорованими ребрами жорсткості по всій довжині можливого прогину горизонтальному положенні.
Пристрій відноситься до вітроенергетичних установок з віссю обертання генераторного ротора, перпендикулярної до вітру (вертикально-осьові турбіни або віндротори).
Практичний досвід показує, що при перенесенні вітрогенеруючого обладнання із зон на окремих максимально сприятливих ділянках морських узбереж і шельфі відбувається різке зростання собівартості електроенергії від вітру, яка стає на порядок вищою, ніж від мережевих джерел. Крім низької енергетики атмосферних потоків у глибині материків причина полягає у швидшому зносі відповідальних елементів ВЕУ, що працюють у нестабільному аеродинамічному середовищі, при температурних перепадах, коли вітер різко і часто змінює як швидкість, так і напрямок, турбіни зазнають зледеніння. Через розміщення турбінно-генераторного блоку на великій висоті вже в «офшорній» вітроенергетиці експлуатація обладнання є проблемною та дорогою. При висоті опорних щог ВЕУ до 50 м залучаються спеціальні автокрани з великою вартістю погодинної оренди, причому ці важкі механізми не застосовні в важкодоступних районах без доріг з твердим покриттям, на пересічених місцевостях. У випадках вищих баштових конструкцій використовується вертолітна техніка. Частка експлуатаційних витрат у материковій вітроенергетики стає ще більш значущою у складі собівартості електроенергії і починає носити визначальне значення. Тут у три-п'ять разів скорочується міжремонтний пробіг ВЕУ, частішають аварійні зупинки, регулярно виникає необхідність повної заміни пошкоджених чи зношених частин.
В атмосферно-кліматичних умовах материкового застосування ВЕУ зростає значеннятехнічного завдання по переміщенню турбінно-генераторного блоку з важкодоступного робочого положення на великій висоті в положення легкодоступне для обслуговування та ремонту, тобто до фундаменту установки.
З розвитку техніки відома низка конструктивних рішень зазначеного завдання. У більшості з них турбінно-генераторний блок опускається до фундаменту ВЕУ за рахунок переміщення зубчастого колеса і разом з ним гондоли пристрою вздовж зубчастої рейки, встановленої вертикально за одне ціле з опорною щоглою (патенти US № 7442009, 2р09/008711), яка може на секції (патент UA №2075643).
В окремих пристроях з тією ж метою використовуються системи блоків, шарнірів і канатів. При цьому гондоли переміщуються по вертикалі, як у вітроустановці з телескопічним регулюванням габаритів (патент UA № 2042861), або роблять нахил до фундаменту (патент RU № 2037644). В останньому вітродвигуні винос генератора і двох вітроколес у бік від несучої вежі, додаткова вага двох кронштейнів, висока парусність вузла, що генерує, створює навантаження на фундамент установки і зайву чутливість на зміни вітрового навантаження. З'єднання частин вежі лише за допомогою шарніра має недостатню міцність. Конструкція містить кілька гнучких елементів: канат, розтяжку, ланцюги, які знижують її надійність.
Всі відомі технічні рішення розроблені виключно для горизонтально-осьових ВЕУ, ефективність генерації яких падає поза «офшорними» атмосферно-кліматичними зонами до 10-15%, суттєво ускладнюють та здорожчують конструкції, містять багато слабких та ненадійних елементів. Що стосується віндроторів, які мають кращу працездатність на материкових територіях, подібних систем практичної значимості, спрямованих на полегшення іздешевлення експлуатації, не виявлено.
Метою винаходу є створення простого, міцного та надійного механізму нахилу турбінно-генераторного блоку до фундаменту встановлення віндроторного класу для проведення робіт з обслуговування та ремонту основного технологічного вузла.
Поставлена мета досягається тим, що турбіна ВЕУ є вертикально-осьовий, лебідка встановлена на одному фундаменті поруч із щоглою, піднята на задану висоту, забезпечену рамою, жорстко пов'язаною з нижньою частиною щогли. При цьому лебідка має гнучкий зв'язок із верхньою частиною щогли. Стик частин щогли виконаний фланцевим, скошеним вниз і в бік, діаметрально протилежну лебідці, даний вузол на додаток до шарнірного з'єднання посилений кріпленням, що стягує. Додаткова міцність щоглі у поздовжньому напрямку може бути досягнута застосуванням перфорованих ребер жорсткості.
На фіг.1 показаний пропонований віндротор у робочому режимі вітрогенерації; на фіг.2 - той же віндротор під час обслуговування та ремонту турбінно-генераторного блоку, коли у зазначених цілях він опущений до основи установки; на фіг.3 - переріз «А-А».
Пристрій містить єдиний фундамент 1, на якому встановлені жорстко пов'язані між собою нижня частина щогли 2 і рама 3 під лебідкою 4, що має у свою чергу гнучку зв'язок 5 з верхньою частиною щогли 6, де на вершині розташовані генератор 7 і осьова вертикально турбіна 8. Частини щогли зістиковані скошеним фланцевим з'єднанням 9, до складу якого входять шарнір 10 і кріплення, що стягують 11. Щогла може бути посилена поздовжніми ребрами жорсткості 12, при ремонті може застосовуватися проміжна опора 13.
Віндротор діє в такий спосіб. Для обслуговування та ремонту турбінно-генераторного вузла 7, 8 верхня частина щогли 6, повертаючись навколошарніра 10 нахиляється до землі. Для цього розбираються кріплення 11 і стравлюється гнучка зв'язок 5 з лебідки 4. При поверненні віндротора в робоче положення лебідка 4 натягує гнучку зв'язок 5 доти, поки верхня частина щогли 6, повертаючись навколо шарніра 10, не займе вертикальне положення. Після чого кріплення 11 стягуються і віндротор стає готовим до роботи.
Простота конструкції мінімізує кількість операцій, що здійснюються з віндротором з метою обслуговування та ремонту турбінно-генераторного блоку. Завдяки нахилу фланцевого з'єднання від лебідки здійснюються повороти верхньої частини щогли навколо шарніра в єдиному напрямку, яке потрібно.
Міцність та надійність пристрою досягається скороченням числа гнучких зв'язків до одного порівняно з прототипом, де вони застосовуються у кількості чотирьох елементів. На вирішення останнього завдання направлено також фланцеве з'єднання нижньої та верхньої частин щогли, що стягується кріпленнями. При великій довжині верхньої частини щогли, щоб виключити її прогин у горизонтальному положенні, робиться посилення ребрами жорсткості, що розміщуються поздовжньо у вертикально-осьовій площині, застосовується проміжна опора. З метою зниження парусності щогли, піднятої на робочу позицію, згадані ребра жорсткості виконані перфорованими.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Віндротор з нахиляється турбінно-генераторним блоком, що містить лебідку і щоглу, що складається з двох частин, з'єднаних шарніром, який відрізняється тим, що турбіна є вертикально-осьовий, лебідка встановлена поруч і за одне з щоглою, піднята на висоту, що перевищує поперечну лопатей турбіни, верхня і нижня частини щогли зістиковані через фланцеве з'єднання, скошене в протилежний бік і вниз від лебідки,сполучний шарнір винесений на опущені кромки фланців, а на їх піднятій стороні є кріплення, що стягують.
2. Віндротор по п.1, який відрізняється тим, що у вертикальній площині нахилу турбінно-генераторного блоку до фундаменту пристрою його щогла посилена перфорованими ребрами жорсткості.