ветроэнергетическая установка

Формула изобретения

Ветроэнергетическая установка, содержащая ветродвигатель, гидронасос, гидромотор, пневмогидравлический аккумулятор и мотор-генератор, отличающаяся тем, что она снабжена обратным и пропорциональным клапанами, последовательно расположенными между гидронасосом и гидромотором, напорной гидролинией, гидрозамком, вход которого подключен к напорной гидролинии, гидромультипликатором, состоящим из двух обратимых гидромашин с разными рабочими объемами и имеющим низконапорные вход и выход и высоконапорную линию, которая соединена с пневмогидравлическим аккумулятором, реле давления, подключенным к последнему, электромагнитным клапаном, выход которого подключен к управляющему входу гидрозамка, а вход соединен с выходом гидрозамка и низконапорным входом гидромультипликатора, распределителем с двумя выходами и входом, подключенным к низконапорному выходу мультипликатора, а выходами - параллельно гидронасосу, тахометром, установленном на общем валу ветродвигателя и гидронасоса, блоком управления, три входа которого соединены с соответствующим выходами мотор-генератора, тахометра и реле давления, а к трем выходам блока управления подключены соответствующие входы электромагнитного клапана, пропорционального клапана и гидромотора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для использования в качестве экологически чистого источника энергии.

Известна ветроэнергетическая установка (см. авт. свидетельство СССР N 1694067, МПК⁵ F 03 D 9/00, опубл. БИ N 43, 1991 г.), содержащая корпус с лопастным ветроколесом, установленным в его средней части при помощи ступицы, устройство преобразования энергии, выполненное в виде гидравлического контура, включающего последовательно соединенные коллекторы, гидроаккумуляторы, гидронасос, размещенный в корпусе, и гидромоторы, и связанные с последними электрические мотор-генераторы. Гидроаккумуляторы и мотор-генераторы размещены в наземной установке.

Однако такая установка не стабильна в работе при изменении скорости ветра.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является ветроэнергетическая установка, описанная в патенте РФ N 2084697, МПК⁶ F 03 D 9/00, опубл. 20.07.1997 г., содержащая ветродвигатель и устройство для аккумулирования энергии, включающее гидронасос, пневмогидравлические аккумуляторы, гидромотор и мотор-генератор, электрогенератор, кинематически связанный с ветродвигателем, и электродвигатель, образующий с гидронасосом электронасосный агрегат. Устройство для аккумулирования энергии выполнено в виде блока пневмогидравлических аккумуляторов, газовые полости которых соединены между собой общим трубопроводом, а сообщающиеся между собой гидравлические полости пневмогидравлических аккумуляторов посредством обратного клапана соединены с гидронасосом и посредством запорного устройства и преобразователя гидравлического давления - с гидромотором.

Однако такие установки имеют большие массогабаритные показатели, низкий КПД, связанный с двойным преобразованием энергии, и низкую надежность.

Технической задачей изобретения является снижение массогабаритных показателей установки, увеличение глубины автоматической стабилизации частоты вращения мотор-генератора при изменении частоты вращения ветроколеса, вызванном падением скорости ветра вплоть до полного кратковременного штиля, и более полное использование энергии ветра.

Эта задача достигается тем, что известная ветроэнергетическая установка, содержащая ветродвигатель, гидронасос, гидромотор, пневмогидравлический аккумулятор и мотор-генератор, снабжена обратным и пропорциональным клапанами, последовательно расположенными между гидронасосом и гидромотором, напорной гидролинией, гидрозамком, вход которого подключен к напорной гидролиниии, гидромультипликатором, состоящим из двух обратимых гидромашин с разными рабочими объемами и имеющим низконапорные вход и выход и высоконапорную линию, которая соединена с пневмогидравлическим аккумулятором, реле давления, подключенным к последнему, электромагнитным клапаном, выход которого подключен к управляющему входу гидрозамка, а вход соединен с выходом гидрозамка и низконапорным входом гидромультипликатора, распределителем с двумя выходами и входом, подключенным к низконапорному выходу мультипликатора, а выходами - параллельно гидронасосу, тахометром, установленным на общем валу ветродвигателя и гидронасоса, блоком управления, три входа которого соединены с соответствующими выходами мотор-генератора, тахометра и реле давления, а к трем выходам блока управления подключены соответствующие входы электромагнитнного клапана, пропорционального клапана и гидромотора.

Существо изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема ветроэнергетической установки.

Ветроэнергетическая установка содержит ветродвигатель 1, кинематически связанный с гидронасосом 2, напорную линию 3, содержащую последовательно расположенные обратный клапан 4 и пропорциональный клапан 5, через которые гидронасос 2 соединен с гидромотором 6, выход которого через всасывающую линию 7 подключен к гидронасосу 2, выходной вал гидромотора 6 соединен с мотор-генератором 8. К напорной линии 3 подключен один из входов гидрозамка 9, выход которого соединен с низконапорным входом 10 гидромультипликатора 11 и входом электромагнитного клапана 12, выход которого подключен к управляющему входу гидрозамка 9. Низконапорный выход 13 гидромультипликатора 11 подключен к входу распределителя 14, один их выходов которого соединен с всасывающей линией 7 и выходом гидронасоса 2. Высоконапорная линия 15 гидромультипликатора 11 подключена к пневмогидроаккумулятору 16 и реле давления 17. Тахометр 18 установлен на общем валу ветродвигателя 1 и гидронасоса 2, а его выход, выходы реле давления 17 и мотор-генератора 8 подключены к соответствующим входам блока управления 19, выходы которого соединены с электрическими входами электромагнитного клапана 12, пропорционального клапана 5 и механизма управления 20 гидромотора 6. В качестве блока управления 19 может быть использован серийно выпускаемый "Зональный управляющий комплекс "СТАРТ-КВИН" Техническое описание РТС-00.0П2799.00.ТО".

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.

При изменении скорости ветра изменяется частота вращения ветродвигателя 1 и приводимого им во вращение гидронасоса 2 и регистрируется тахометром 18. В блоке управления 19 происходит сравнение сигналов тахометра 18, мотор-генератора 8 и реле давления 17. Результатом сравнения является выбор одного из следующих режимов работы (зарядка аккумулятора, рабочий режим и разрядка).

При разреженном пневмогидравлическом аккумуляторе и увеличении скорости ветра происходит рост частоты вращения ветродвигателя 1, гидронасоса 2 и увеличивается расход в напорной линии 3. Это приводит к увеличению давления перед пропорциональным клапаном 5, в результате чего часть рабочей жидкости через гидрозамок 9 поступает на низконапорный вход 10 гидромультипликатора 11, с низконапорного выхода 13 гидромультипликатора 11 рабочая жидкость возвращается во всасывающую линию 7 через распределитель 14. Гидромультипликатор 11 обеспечивает повышение давления в высоконапорной линии 15 за счет разных рабочих объемов гидромашин, что позволяет уменьшить габариты пневмогидравлического аккумулятора 16 без потери его энергоемкости. Для уменьшения времени зарядки пневмогидравлического аккумулятора 16, а также для снижения порогового значения скорости ветра, при которой может происходить зарядка, механизм управления 20 гидромотора 6 приводится в положение минимальной подачи, а регулирование частоты вращения мотор-генератора 8 при изменении скорости ветра обеспечивается изменением расхода рабочей жидкости, проходящей через пропорциональный клапан 5. При достижении предельного давления зарядки пневмогидравлического аккумулятора 16 с реле давления 17 подается сигнал на блок управления 19, по которому пропорциональный клапан 5 переходит в открытое состояние, и дальнейшее управление частотой вращения мотор-генератора 8 обеспечивается механизмом управления 20, в соответствии с сигналами, поступающими от тахометра 18 и мотор-генератора 8.

Снижение скорости ветра приводит к снижению частоты вращения гидронасоса 2 и уменьшению расхода рабочей жидкости, подаваемого в напорную линию 3. Снижение частоты вращения гидронасоса 2 фиксируется тахометром 18, и с одного из выходов блока управления 19 поступает сигнал на включение электромагнитного клапана 12. В результате этого гидрозамок 9 приводится в открытое состояние. При этом рабочая жидкость из пневмогидроаккумулятора 16 начинает поступать в высоконапорную линию 15 гидромультипликатора 11, что обеспечивает изменение направления расхода рабочей жидкости с низконапорного выхода 13 в низконапорный вход 10 гидромультипликатора 11 и через открытый гидрозамок 9 в напорную линию 3, что в свою очередь обеспечивает дополнительный расход жидкости к гидромотору 6 и стабилизацию частоты вращения мотор-генератора 8. При таком способе стабилизации исключаются дополнительные преобразования энергии и связанные с ними потери. Обратный клапан 4 обеспечивает однозначное направление потока рабочей жидкости.

Включение направляющего распределителя 14 позволяет обеспечить начальную раскрутку ветродвигателя 1 от гидронасоса 2, работающего в режиме гидромотора, за счет запасенной в пневмогидроаккумуляторе 16 энергии без перевода мотор-генератора 8 в режим электродвигателя. В этом случае экономится электроэнергия и повышается надежность работы мотор-генератора за счет снижения числа его реверсов и надежность работы всей энергосистемы, которую питает ветроэнергетическая установка, за счет снижения перерывов в энергоснабжении.