UA69030A - Wind-power accumulating apparatus - Google Patents

Abstract

The wind-power accumulating apparatus has windmill, a compressor, cinematically connected to the shaft of the windmill, receiver to accumulate the stock of compressed air, transformer of energy of compressed air to kinetic energy, and electric generator connected to the outlet shaft of that transformer. The receiver is switched in sequence between the compressor and transformer. The transformer is arranged as an airlift engine with a tank that is partly filled with liquid, executive body with ladles, this is immersed to the liquid, at least one nozzle to feed air from the receiver under the upturned labels being in liquid, and branch pipe, this is connected to the air space of the tank.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до конструкції вітроенергетичних установок, зокрема до конструкцій їх акумулюючих 2 пристроїв, та може бути використаний для енергопостачання розосереджених споживачів електроенергії з малими (від декількох кВт до декількох десятків кВт) встановленими потужностями.The invention relates to the construction of wind energy installations, in particular to the construction of their storage devices, and can be used for power supply of distributed electricity consumers with small (from several kW to several tens of kW) installed capacities.

У даний час однією з технічних задач у овітроенергетиці є стабілізація вихідної потужності електрогенераторів і, відповідно, надійності енергопостачання в умовах нестабільності вітрового навантаження на вітроколесо. 70 Наприклад, з числа таких установок найбільш простими по конструкції є ті, які мають інерційні акумулятори (маховики), як це відомо з опису до ас. СРСР Мо1366688 (М. кл РОЗ09/02, 1985р.). Маховик у такій вітроенергетичній установці підключено до вітроколеса через обгінну муфту, асинхронний генератор, оборотну проміжну асинхронну електромашину і керовану електромагнітну муфту ковзання, чим забезпечується захист усієї системи при шквальних поривах вітру від надмірних моментів, що крутять. Однак при такій конструкції 12 демпфірування шквальних навантажень стає неекономічним. По-перше тому, що з'являються великі сумарні витрати на устаткування вітроенергетичної установки - додаткову асинхронну електричну машину і муфти; по-друге - тому, що усталеність роботи системи при шквальних і штормових навантаженнях забезпечується за рахунок втрати енергії на холостий хід оборотної асинхронної електромашини.Currently, one of the technical tasks in wind power engineering is the stabilization of the output power of electric generators and, accordingly, the reliability of energy supply in conditions of instability of the wind load on the windmill. 70 For example, among such installations, the simplest in design are those with inertial accumulators (flywheels), as it is known from the description to as. USSR Mo1366688 (M. cl ROZ09/02, 1985). The flywheel in such a wind power plant is connected to the wind wheel through an overrunning clutch, an asynchronous generator, a reversible intermediate asynchronous electric machine and a controlled electromagnetic slip clutch, which ensures the protection of the entire system during gusty gusts of wind from excessive torques. However, with such a design 12, the damping of storm loads becomes uneconomical. First, because there are large total costs for the equipment of the wind power plant - an additional asynchronous electric machine and couplings; secondly - because the stability of the system operation during stormy and stormy loads is ensured due to the loss of energy at idle speed of the reversible asynchronous electric machine.

Найбільш близькою до пропонованого винаходу по технічній сутності та ефекту, що досягається, є вітроенергетична акумулююча установка за а. с. СРСР Мо1229417 (М. кл. ЕО309/02, 1984р.), що має вітродвигун (вітроколесо), компресор, проміжний перетворювач енергії стисненого повітря в кінетичну енергію, виконаний у вигляді турбіни, електрогенератор, кінематично зв'язаний з вихідним валом згаданого перетворювача (турбіни), та пневмоакумулятор (ресивер), виконаний у вигляді двох сполучених резервуарів: першого - герметичного, частково заповненого водою і підключеного до трубопроводу, що з'єднує компресор і турбіну, і другого, розміщеного у водоносному шарі грунту і зв'язаного з цим грунтом дренажними трубками, а з першим « резервуаром - переливною трубою.The closest to the proposed invention in terms of its technical essence and the achieved effect is the wind energy accumulative installation according to a. with. USSR Mo1229417 (M. cl. EO309/02, 1984), which has a wind engine (windwheel), a compressor, an intermediate converter of the energy of compressed air into kinetic energy, made in the form of a turbine, an electric generator kinematically connected to the output shaft of the aforementioned converter ( turbines), and a pneumatic accumulator (receiver), made in the form of two connected tanks: the first - sealed, partially filled with water and connected to the pipeline connecting the compressor and the turbine, and the second, placed in the aquifer of the soil and connected to it soil with drainage pipes, and with the first "reservoir" - an overflow pipe.

Така конструкція вітроенергетичної установки, зі значним об'ємом ресивера, дуже стійка до шквальних поривів вітру і може ефективно акумулювати енергію вітрового потоку. Однак підключення пневмоакумулятора до бокового відводу ланцюга передачі енергії вітру від вітродвигуна до електрогенератора і використання о високошвидкісного перетворювача енергії стисненого повітря в кінетичну енергію, тобто турбіни в складі со відомої вітроенергетичної установки, знижує надійність її роботи і стійкість електропостачання споживачів при слабких вітрових навантаженнях, оскільки для усталеної роботи турбіни необхідний істотний перепад тисків о (порядку 0,1 і більше МПа). Відповідно пневмоакумулятор може лише згладити пікові вітрові навантаження на Ге») вітродвигун, але при зазначених взаємозв'язках він не забезпечує стабільність вихідної потужності 3о електрогенератора. Крім того, відому вітроенергетичну установку, необхідною умовою роботи якої служить ее, здвоєний ресивер, включений однією своєю частиною у водоносний шар грунту, важко з'єднувати в комплекси з іншими такими ж установками. Відзначене утруднення обумовлене значними витратами енергії стисненого повітря на подолання гідроопору водоносних грунтів. «Such a design of a wind power plant, with a significant volume of the receiver, is very resistant to gusty gusts of wind and can efficiently accumulate the energy of the wind flow. However, the connection of the pneumatic accumulator to the side branch of the wind energy transmission chain from the wind engine to the electric generator and the use of a high-speed converter of the energy of compressed air into kinetic energy, that is, a turbine as part of a well-known wind energy installation, reduces the reliability of its operation and the stability of the electricity supply to consumers at low wind loads, since for stable operation of the turbine requires a significant pressure drop (of the order of 0.1 or more MPa). Accordingly, the pneumatic accumulator can only smooth out the peak wind loads on the wind engine, but with the specified interconnections, it does not ensure the stability of the output power of the electric generator. In addition, the well-known wind energy installation, the necessary condition for its operation is a double receiver, one part of which is included in the aquifer of the soil, is difficult to connect in complexes with other similar installations. The noted difficulty is due to the significant expenditure of compressed air energy to overcome the hydraulic resistance of water-bearing soils. "

Винахід вирішує задачу по зміні конструкції вітроустановки з ерліфтом таким чином, щоб створити З 50 установку, яка забезпечила б стабільну вихідну електричну потужність у широкому діапазоні зміни вітрових с навантажень, і крім того змогла б утилізувати залишкову енергію вітру включенням у ланцюг артезіанських з» свердловин для подачі води споживачу, наприклад для сільськогосподарських робіт.The invention solves the problem of changing the design of a wind turbine with an airlift in such a way as to create a Z 50 turbine that would provide stable output electrical power in a wide range of changes in wind c loads, and in addition, would be able to utilize the residual wind energy by including in a chain of artesian c" wells for water supply to the consumer, for example for agricultural work.

Поставлена задача вирішується тим, що у вітроенергетичній акумулюючий установці, що має вітродвигун, кінематично зв'язаний з валом вітродвигуна компресор, ресивер для нагромадження запасу стисненого повітря, перетворювач енергії стисненого повітря в кінетичну енергію і підключений до вихідного вала цього б перетворювача електрогенератор, ресивер включено послідовно між компресором і перетворювачем, а (Те) перетворювач виконано у вигляді ерліфтного двигуна, що має резервуар, частково заповнений рідиною, робочий орган з ковшами, занурений у рідину, щонайменше одне сопло для подачі повітря з ресивера під перекинуті о ковші, які знаходяться в рідині, і вихлопний патрубок, що з'єднано з повітряним простором резервуара. со 20 При такій конструкції забезпечується більш повна утилізація енергії вітру, оскільки свердловини, які живляться паралельно через ресивер (повітряний акумулятор), забезпечують роботу перетворювача енергії, с виконаного у вигляді повітряного водопідйомника (ерліфта) і гідропневматичного двигуна (а.с. СРСР Мо1753009The task is solved by the fact that in a wind energy storage installation that has a wind motor, a compressor is kinematically connected to the shaft of the wind motor, a receiver for accumulating a supply of compressed air, a converter of the energy of compressed air into kinetic energy and an electric generator connected to the output shaft of this converter, the receiver is included in series between the compressor and the converter, and (T) the converter is made in the form of an airlift engine, having a tank partially filled with liquid, a working body with buckets immersed in the liquid, at least one nozzle for supplying air from the receiver under the buckets, which are in liquid, and an exhaust pipe connected to the air space of the tank. со 20 With such a design, a more complete utilization of wind energy is ensured, since the wells, which are fed in parallel through the receiver (air accumulator), ensure the operation of the energy converter, c made in the form of an air water lift (airlift) and a hydropneumatic engine (a.s. USSR Mo1753009

Мкл гОЗВ9/00), що працює від підведеного повітря. Гідропневматичний двигун виконано у вигляді ротора, що має щонайменше два послідовно посаджених на загальний вал колеса із закріпленими по їх периферії ковшами, 22 пастками повітря, резервуар, розділений на секції, число яких дорівнює числу коліс, причому у випадку якщо в. перша секція резервуара підключена до ресивера через систему клапанів, кожна наступна секція резервуара до попередньої секції підключена через повітряний ковпак і т.п., у цьому випадку двигун включається послідовно.Мкл гОЗВ9/00), operating from supplied air. The hydropneumatic engine is made in the form of a rotor, which has at least two wheels mounted in series on a common shaft with buckets fixed on their periphery, 22 air traps, a tank divided into sections, the number of which is equal to the number of wheels, and in the case of the first section of the tank is connected to the receiver through a valve system, each subsequent section of the tank is connected to the previous section through an air cap, etc., in this case the engine is turned on in sequence.

У випадку підведення повітря відразу до всіх секцій - двигун включається паралельно. У другому випадку у двигуна може працювати як одна секція, так і включені через фрикціон п... секцій, і механічна енергія двигуна 60 може бути реалізована як електрогенератором, так і іншими різними споживачами енергії (наприклад крупорушка, картофелечистка і т.п.).In the case of air supply to all sections at once - the engine is turned on in parallel. In the second case, the engine can work as one section, or p... sections included due to friction, and the mechanical energy of the engine 60 can be realized both by an electric generator and by other various energy consumers (for example, a grain grinder, a potato peeler, etc.) .

При такій конструкції утилізація енергії вітру забезпечується навіть при тривалих періодах слабкого повітряного напору на вітродвигун, оскільки артезіанські свердловини, в які повітря подається прямо від ресиверів (ресивер відіграє роль акумулятора енергії стисненого повітря), будуть стабільно подавати воду бо споживачам. Коли ж вітрове навантаження є середньої інтенсивності, надлишковий тиск у ресивері утилізується за допомогою гідропневматичного двигуна.With such a design, the utilization of wind energy is ensured even during long periods of weak air pressure on the wind engine, since the artesian wells, into which air is supplied directly from the receivers (the receiver plays the role of an accumulator of compressed air energy), will stably supply water to consumers. When the wind load is of medium intensity, the excess pressure in the receiver is utilized with the help of a hydropneumatic engine.

Конструкція пропонованої вітроенергетичної акумулюючої установки представлена на фіг.1 і 2, де на фіг.1 показано загальний вигляд установки, а на фіг.2 - блок-схема вітроенергетичної акумулюючої установки.The design of the proposed wind energy accumulative installation is presented in Fig. 1 and 2, where Fig. 1 shows the general view of the installation, and Fig. 2 shows the block diagram of the wind energy accumulative installation.

Пропонована вітроенергетична акумулююча установка містить вітродвигун 1, з валом якого (як через мультиплікатор так і без нього) кінематично зв'язаний компресор 2 для подачі стисненого повітря в систему, кінематично зв'язану з валом вітродвигуна 1, зворотний клапан З (такий клапан необхідний при використанні компресора), ресивер 4 (зокрема, у вигляді повітряного пружинного акумулятора), що через трубопровід подає 7/0 стиснене повітря через редукційний регулюючий клапан 5 і регулюючий дросель 6 до свердловин 7 і 8, вода з яких через трубопроводи і зворотні клапани 9, 10 і напірний бак 11 з датчиком рівня подається споживачу, вентиль (клапан) 12, що регулює подачу води споживачу, вентиль (клапан) 13 запірний прохідний для подачі води до гідропневматичного двигуна 14, більша частина якого заповнена рідиною (звичайною водою, але можуть бути використані рідкі антифризи, які необхідні при експлуатації у зимовий період), мультиплікатори 15, необхідні для передачі кінетичної енергії від гідропневматичного двигуна 14, електрогенератор 16 для перетворення кінетичної енергії, що надходить від гідропневматичного двигуна, в електричну, різні споживачі 17, до яких через мультиплікатори 15 можуть приєднуватись різні насадки, запобіжний прохідний клапан 18, редукційний регулюючий повітряний клапан 19, через який тиск повітря, що завжди є трохи вищим, ніж у ежекторі 21, передається до гідропневматичного двигуна, зворотний клапан 20 та ежектор 21.The proposed wind energy accumulative installation contains a wind engine 1, with the shaft of which (both through a multiplier and without it) a compressor 2 is kinematically connected to supply compressed air to the system, kinematically connected to the shaft of the wind engine 1, a non-return valve C (such a valve is necessary when using a compressor), receiver 4 (in particular, in the form of an air spring accumulator), which supplies 7/0 compressed air through a pipeline through a reducing control valve 5 and a control throttle 6 to wells 7 and 8, water from which through pipelines and check valves 9, 10 and a pressure tank 11 with a level sensor is supplied to the consumer, a valve (valve) 12 that regulates the supply of water to the consumer, a shut-off valve (valve) 13 for supplying water to the hydropneumatic motor 14, most of which is filled with liquid (ordinary water, but can be used liquid antifreezes, which are necessary for operation in the winter period), multipliers 15, necessary for the transfer of kinetic energy from hydrop pneumatic engine 14, electric generator 16 for converting the kinetic energy coming from the hydropneumatic engine into electric energy, various consumers 17, to which various nozzles can be connected through multipliers 15, safety bypass valve 18, reducing regulating air valve 19, through which the air pressure, which is always slightly higher than in the ejector 21, is transmitted to the hydropneumatic motor, check valve 20 and ejector 21.

Працює описана вітроенергетична акумулююча установка в такий спосіб. Енергія, що виробляється вітродвигуном 1 від прийнятого ним вітрового навантаження, через вал (можливо і мультиплікатор) передається на компресор 2. Стиснуте ним повітря через зворотний клапан З подається в ресивер 4. Далі стиснене повітря через редукційний регулюючий клапан 5 (підтримуючий постійний тиск (Р) на його виході, за умови що Р входу більше Р виходу), через одну з гілок магістралі надходить у більш глибоку артезіанську свердловину 8 об (регулювання тиску в якій відбувається за допомогою редукційного регулюючого клапана 5), і через іншу повітряну магістраль і регулюючий дросель 6 (який підтримує у магістралі постійний, але трохи менший, тиск) у « менш глибоку свердловину 7. Пропонується використання в установці не менш ніж двох свердловин з метою дублювання. Пухирці повітря, що спливають у рідині, заповнюють верхню частину порожнини свердловин і створюють тиск на рідину, тому вода, піднімаючись через трубопроводи і зворотні клапани 9 і 10 (необхідні для о зо перекриття зливу води назад в артезіанські свердловини), подається в напірний бак 11 з датчиком рівня води, і з баку через вентиль (клапан) регулюючий прохідний 12 подається споживачу. Вода з напірного бака 11 через о запірний прохідний вентиль (клапан) 13 може також в міру необхідності подаватися до гідропневматичного о двигуна 14 для забезпечення його роботи. Кінетична енергія, яку виробляє двигун, Через мультиплікатори 15 подається як до електрогенератора постійного струму 16, так і до різних споживачів 17. Робота ме) з5 Гідропневматичного двигуна 14 забезпечується стисненим повітрям, що надходить від ресивера 4 через со запобіжний регулюючий прохідний клапан 18, редукційний регулюючий повітряний клапан 19 і зворотний клапан 20. Крім того відпрацьоване повітря через ежектор 21 для подальшого використання може знову подаватися на компресор 2.The described wind energy accumulative installation works in the following way. The energy produced by the wind engine 1 from the wind load received by it is transmitted to the compressor 2 through a shaft (possibly a multiplier). The air compressed by it is fed to the receiver 4 through the non-return valve C. Further, the compressed air is passed through the reduction control valve 5 (maintaining constant pressure (P ) at its outlet, provided that P of the inlet is greater than P of the outlet), through one of the branches of the main line enters a deeper artesian well 8 ob (pressure regulation in which is carried out by means of a reducing control valve 5), and through another air line and a control throttle 6 (which maintains a constant, but slightly lower, pressure in the pipeline) into a "less deep well 7. It is proposed to use at least two wells in the installation for the purpose of duplication. Air bubbles floating in the liquid fill the upper part of the cavity of the wells and create pressure on the liquid, so the water, rising through the pipelines and check valves 9 and 10 (necessary to stop the draining of water back into the artesian wells), is fed into the pressure tank 11 with a water level sensor, and from the tank through the valve (valve) regulating passage 12 is supplied to the consumer. Water from the pressure tank 11 through the shut-off valve (valve) 13 can also be supplied to the hydropneumatic engine 14 as necessary to ensure its operation. The kinetic energy produced by the engine is supplied through the multipliers 15 to the direct current generator 16 and to various consumers 17. The operation of me) z5 of the hydropneumatic engine 14 is ensured by compressed air coming from the receiver 4 through the safety regulating bypass valve 18, reducing regulating air valve 19 and non-return valve 20. In addition, the spent air through the ejector 21 can be fed back to the compressor 2 for further use.

Джерела інформації « 1. А.с. СРСР Мо1366688 (М. кл г0309/02), 1985р. з с 2. А.с. СРСР Мо1229417 (М. кл. ГО309/02), 1984р. - прототип. 3. А.с. СРСР Мо1753009 (М. Кл. РГОЗВ9/00), 1992р. ;» (22) се) («в) о 50 (42)Sources of information « 1. A.s. USSR Mo1366688 (M. kl g0309/02), 1985. from p. 2. A.s. USSR Mo1229417 (M. cl. GO309/02), 1984. - a prototype. 3. A.s. USSR Mo1753009 (M. Cl. RGOZV9/00), 1992. ;" (22) se) («c) at 50 (42)

РR

60 б560 b5

! ' ши шт "і пит! "shi sht" and pit

ГЕ ЩО плен, "3 шт 72 я спеці ра г гі А лк я-к У я Те ов | | пи ! (їв НО р ро Кіно в я 5 ТОННGE SCHO plen, "3 pieces 72 I spec ra g gi Alk I-k U I Te ov | | pi ! ( ate NO r ro Kino v I 5 TON

Е -от го ла 021E -ot go la 021

Су ї- 3 Й йо немпресори. /о -Su yi- 3 Y yo nempressors. /o -

С 8 йFrom the 8th

ЙAND

8 7000 фн-- ї. Фіг. 1 « «лати рпдукшамни. яиюбікннй, | регулюючи ав)8 7000 fn-- i. Fig. 1 « «lati rpdukshamny. yaiyubiknny, | adjusting av)

А М не щи тала Ї 1 о 1 ясне 1 Ф ши 17 16 7 | й те - тет | гаА M ne shchi tala Y 1 o 1 clear 1 F shi 17 16 7 | and te - tet | Ha

Фіг. 2 « - сFig. 2 « - p

Claims (1)

Формула винаходуThe formula of the invention "з . . . . . я Вітроенергетична акумулююча установка, що має вітродвигун, кінематично зв'язаний з валом вітродвигуна компресор, ресивер для нагромадження запасу стисненого повітря, перетворювач енергії стисненого повітря в Кінетичну енергію і підключений до вихідного вала цього перетворювача електрогенератор, яка відрізняється Ге») тим, що ресивер включено послідовно між компресором і перетворювачем, а перетворювач виконано у вигляді со ерліфтного двигуна, що має резервуар, частково заповнений рідиною, робочий орган з ковшами, занурений у рідину, щонайменше одне сопло для подачі повітря з ресивера під перекинуті ковші, які знаходяться в рідині, і ав) вихлопний патрубок, що з'єднано з повітряним простором резервуара. Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних с мікросхем", 2004, М 8, 15.08.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. 60 б5"with . . . . i Wind energy storage installation having a wind motor, a compressor kinematically connected to the shaft of the wind motor, a receiver for accumulating a supply of compressed air, a converter of the energy of compressed air into kinetic energy and an electric generator connected to the output shaft of this converter, which differs Ge") by the fact that the receiver is connected in series between the compressor and the converter, and the converter is made in the form of a co-airlift engine, which has a tank partially filled with liquid, a working body with buckets immersed in the liquid, at least one nozzle for supplying air from the receiver to the overturned ladles, which are in the liquid, and av) the exhaust pipe, which is connected to the air space of the tank. Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2004, M 8, 15.08. 2004. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. 60 b5