Аэростатный ветрогенератор



Аэростатный ветрогенератор
Аэростатный ветрогенератор

 


Владельцы патента RU 2537664:

ГУБАНОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ (RU)

Изобретение направлено на улучшение пространственной устойчивости конструкции для получения электроэнергии больших и крупных мощностей от ветра в высотных скоростных слоях атмосферы над внутриконтинентальными регионами. Указанный технический результат достигается тем, что аэростатной оболочке положительной плавучести придана форма полой плоско-выпуклой линзы, плоское днище которой расположено горизонтально и смотрит вниз; оболочка имеет сквозной центрально-осевой канал, куда вставлен имеющий жесткие связи с клетью оболочки цилиндрический корпус с подшипниковыми опорами вала, на выступающий вверх конец которого насажена ортогональная турбина, а выступающий вниз конец вала через муфту сообщается с генератором; электрический кабель от генератора свисает к наземной бухте вертикально и совпадает с соответствующей осью симметрии устройства. Тот же результат может быть усилен установкой солнечных батарей на выпуклой стороне аэростатной оболочки, нанесением на нее теплопоглощающего слоя и наличием второго плоского днища из теплоизолирующего материала. 1з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение применяется для генерации энергии ветра в электроэнергию больших и крупных мощностей (от 200 до 1000 и более кВт), достигаемых в высотных скоростных слоях атмосферы с преимущественным использованием во внутриконтинентальных регионах.

Настоящий ветрогенератор относится к энергетическим установкам, работающим от ветра при вертикальном расположении оси вращения ортогональной турбины (виндроторы).

Из развития техники известны ветрогенерирующие установки, для которых в целях достижения большей вырабатываемой мощности применяется размещение турбинно-генераторных блоков в более высоких и скоростных слоях атмосферы. К таким устройствам следует отнести ветросиловые установки с применением аэростатов нейтральной и положительной плавучести. В типичной для них конструкции (патент SU №8970) горизонтально-осевые турбины и генераторы на большой высоте подвешены снизу или вокруг аэростата. Ориентация на ветер данного устройства не является достаточной для устойчивой работы турбин и обеспечивается лишь каплевидной формой аэростата. Лобовое сопротивление воздушных винтов на высоких скоростях ветра резким скачком возрастает, затем неизбежно последует потеря аэростатом оптимальной высоты, вплоть до соударения с грунтом. Турбины, установленные в кольцевой ферме, работают в разноскоростных потоках воздуха, особенно те, что расположены ниже и выше оболочки, аэростат будет раскачиваться, турбины - терять свое положение, оптимальное только при полном совпадении осей их вращения с направлением ветра. Электрический кабель от генераторов подвешен к причальному тросу(ам), при плановых спусках аэростата на землю вместе с тросами наматывается на барабаны лебедок, подвергаясь тем самым изгибам и износу, либо свободно ложится на грунт, где создает помехи и может быть непроизвольно поврежден.

При выборе типа турбины для внутриконтинентальных регионов, где ветра имеют переменчивую направленность и не стабильны по всем иным аэродинамическим параметрам, решающим является ее способность не требовать ориентации на ветер и работать в широком скоростном и турбулентном диапазоне. Такими качествами обладают только турбины виндроторов.

Из теории аэродинамического крыла (Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. - М., Машиностроение, 1995, с.63) следует, что плоско-выпуклые профили имеют большую подъемную силу, существенно проще в изготовлении.

Сущность технического решения состоит в том, что турбинно-генераторный блок устройства поднят в скоростные слои атмосферы посредством связанной с ним через клеть из обхватывающих прутьев и ремней аэростатной оболочки в форме полой плоско-выпуклой линзы, плоское днище которой расположено горизонтально и обращено к земле, а по вертикальной оси симметрии имеет сквозной канал, где расположен цилиндрический корпус и вал, установленный в подшипниках, с насаженной на него ортогональной турбиной, передающей вращение к генератору. Причальные функции выполняют тросы, идущие от тех прутьев клети, что обхватывают оболочку снизу, со стороны плоского днища, до барабанов наземных лебедок. Электрический кабель свисает от генератора свободно и соосно устройству, будучи нижним незадействованным концом намотан на наземную бухту. Положительной плавучести и жесткой фиксации устройства в заданных координатах воздушного пространства призваны служить дополнительные меры в виде нагрева инертного газа внутри оболочки от теплопоглощающего покрытия и солнечных батарей с теплоизоляцией газового объема при помощи двойного днища.

Целью изобретения является улучшение пространственной устойчивости конструкции для получения электроэнергии больших и крупных мощностей от ветра в высотных скоростных слоях атмосферы над внутриконтинентальными территориями.

Поставленная цель является результатом того, что аэростатная оболочка устройства выполнена в виде полой плоско-выпуклой линзы с горизонтально расположенным плоским днищем, обращенным вниз, имея таким образом самый благоприятный аэродинамический профиль. Турбина вертикального класса является ортогональной с увеличенными линейными размерами крыловидных лопастей и достаточной площадью ометания, подшипниковые опоры ее вала разнесены по высоте и установлены в прочном цилиндрическом корпусе, вставленном в сквозное центрально-осевое отверстие аэростатной оболочки и имеющем жесткую связь с прутьями клети, обхватывающими оболочку. Узел преобразования кинетической энергии ветра во вращение турбины поднят над оболочкой в скоростные слои воздуха, а генератор помещен под ее днище, собственным весом, а также весом свисающего по оси симметрии устройства электрического кабеля, смещая центр тяжести ветрогенератора в оптимальное положение - ближе к земле. Незадействованный конец того же кабеля намотан на наземную бухту и может с нее стравливаться при подъеме устройства на большую высоту. Предусмотрена возможность применения дополнительно к аэростатной и аэродинамической подъемным силам термического фактора - теплопоглощающего покрытия и энергии от солнечных батарей на нагрев газового объема с его теплоизоляцией при помощи второго днища.

На фиг.1 показан общий вид аэростатного ветрогенератора (далее АВГ); на фиг.2 - вид на устройство сверху.

Устройство АВГ состоит из аэростатной оболочки 1, заключенной в клеть из гибких ремней 2 и жестких прутьев 3, связанных с цилиндрическим корпусом 4, где в подшипниках 5 вращается вал 6, на который сверху насажена ортогональная турбина 7, а снизу он же через муфту 8 передает вращение на генератор 9 со свисающим электрическим кабелем 10, чей свободный конец намотан на наземную бухту 11. Связь с фундаментом и регулировку высоты расположения установки осуществляют причальные тросы 12 с помощью наземных лебедок 13. В состав конструкции могут быть включены теплопоглощающее покрытие 14, солнечные батареи 15 и теплоизолирующее второе днище 16.

Аэростатный ветрогенератор работает следующим образом.

После сборки устройства на грунте оболочка 1 заполняется газом легче воздуха в количестве, обеспечивающем ее положительную плавучесть под действием аэростатической подъемной силы. Затем тросы 12 стравливаются с барабанов синхронно работающих наземных лебедок 13 до тех пор, пока установка не поднимется на заданную высоту, где подъемная сила умножается аэродинамической формой оболочки. Достигнут уровня высокоскоростных ветров, турбина 7 вращается с частотой, необходимой для выработки генератором 9 электроэнергии больших и крупных мощностей. Эффективность ветрогенерации повышается, если в составе турбины использовать вогнутые траверсы крыловидного сечения (патент RU №2485345). Ток от АВГ передается потребителям по кабелю 10, что подвешен к генератору 9 соосно устройству. В режиме технического ремонта и обслуживания, включая дозаправку оболочки газом, вновь включаются в работу лебедки 13, которые наматывают на свои барабаны тросы 12 и тем самым притягивают АВГ к земле.

Устойчивость конструкции улучшена применением комплекса технических мер, включающих применение полой плоско-выпуклой линзы в качестве аэростатной оболочки, которая при такой конфигурации профиля обладает улучшенными аэродинамическими характеристиками; опорой турбинного вала на разнесенные по высоте подшипники в простом и прочном цилиндрическом корпусе, связанном через прутья обхватывающей клети и соосно с аэростатной оболочкой, для чего последняя имеет соответствующее сквозное центральное осевое отверстие.

Тот же результат и заявленные технологические параметры устройства лучше достигаются за счет различного расположения турбины и генератора относительно аэростатной оболочки, верхняя дислокация турбины способствует ее работе в более скоростных слоях ветра, а нижняя позиция генератора способствует устойчивости АВГ за счет смещения вниз центра тяжести установки, поскольку известно, что в существующих ветроэнергетических системах вес генераторов в 1,7-2,5 раза превышает вес турбин. Тому же результату способствует вес свободно и отдельно от причальных тросов свисающей части электрического кабеля, когда он отходит от генератора соосно устройству в целом, без нарушения вертикального равновесия АВГ. Наземная бухта под незадействованный конец кабеля позволяет избежать его повреждений, убирать, когда устройство опускается к земле, а также стравливать кабель при необходимости подъема АВГ на большую высоту.

В особо возмущенных воздушных потоках требуется дополнительная оптимизация устойчивости АВГ, которой служит зависимый признак изобретения, состоящий в том, что на выпуклой стороне оболочки размещаются теплопоглощающее покрытие 14, солнечные батареи 15, а на ее плоской стороне имеется второе днище 16 из теплоизолирующего материала. Энергия от солнечных батарей подается на нагрев инертного газа, заполняющего оболочку, а теплопоглощающее покрытие и теплоизолирующее второе днище способствует парниковому эффекту, возникающему там же благодаря аккумуляции солнечного тепла и снижению теплопотерь от оболочки в окружающую среду. За счет разницы температур газа в оболочке и атмосферного воздуха положительная плавучесть устройства возрастает, его фиксация и устойчивость в пространстве улучшается.

1. Аэростатный ветрогенератор, содержащий турбинно-генераторный блок, поднятый над землей аэростатной оболочкой положительной плавучести, заключенной в клеть из прутьев и ремней, привязанную к месту тросами через наземные лебедки, отличающийся тем, что оболочка представляет из себя полую плоско-выпуклую линзу, расположенную горизонтально и вниз своим плоским днищем, имеющую сквозной центрально-осевой канал, в котором размещен сопряженный с прутьями клети цилиндрический корпус, где с опорой на подшипники вращается вертикальный вал; на верхнем выступающем из корпуса и аэростатной оболочки конце вала установлена ортогональная турбина, а нижний конец вала через муфту сообщается с ротором генератора; электрический кабель отходит от генератора так, что его свободно свисающая в воздухе часть совпадает с осью симметрии устройства по вертикали, а его нижний незадействованный конец намотан на наземную бухту.

2. Аэростатный ветрогенератор по п.1, отличающийся тем, что на выгнутую сторону аэростатной оболочки нанесено теплопоглощающее покрытие и установлены солнечные батареи, а на плоской стороне имеется второе днище из теплоизолирующего материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение позволяет надежно и устойчиво получать электроэнергию сверхкрупной мощности от ветра в высотных скоростных слоях атмосферы, прежде всего на материковых территориях.

Ротор // 2534326
Изобретение относится к конструкции роторов, используемых преимущественно с возобновляемыми источниками энергии (как воздушными, так и водными). Сущность изобретения состоит в том, что в роторе с чашеобразными элементами, смонтированными на валу, элементы выполнены в виде конусных улиток, вершины конусов в которых могут быть в плоскости симметрии чашки или могут быть асимметричными по отношению к плоскости симметрии чашки.

Изобретение относится к области гидроэлектрической выработки электроэнергии. Сферическая турбина 96 выполнена для вращения в поперечном направлении в цилиндрической трубе под действием рабочего вещества, протекающего через трубу в любом направлении.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования и использования энергии ветра. Установка содержит поворотную стойку, несущую жестко закрепленный на ее верхнем конце подшипниковый узел с двухконцевым горизонтальным валом, один конец которого связан с генератором, а на другом конце жестко закреплен мах, несущий по меньшей мере две съемных лопасти.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Статор сегментного ветроэлектрогенератора содержит источник возбуждения, Г-образные магнитопроводы, катушки, основание, крепежные элементы, между основными катушками установлены дополнительные катушки с сердечниками, снаружи которых размещены сегментно-образные вставки.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроустановка содержит воздухозаборник с расположенным внутри него ветроколесом с лопастями, прикрепленными к верхнему и нижнему кольцам, опирающимся на центрирующие ролики, установленные на валах роторов преобразователей энергии, расположенные сверху и снизу разрежители потока.

Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию вращения вала. Турбина ветрогенератора с вертикальной осью вращения содержит вытянутые лопасти, продольные оси которых параллельны друг другу.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Лопасть ветротурбины с вертикальной осью вращения, включающая наконечник, выполненный в виде входной части аэродинамического профиля.

Изобретение относится к области силовых установок, использующих энергию потока среды. Самоустанавливающаяся парусная установка для отбора энергии потока, характеризующаяся тем, что содержит замкнутый в кольцо рельс, на котором размещены подвижные тележки, связанные между собой сцепками и несущие генераторы, ротор которых введен в контакт с поверхностью рельса.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии или выполнения механической работы. Ветроэнергетическая установка содержит установленный внутри каркаса ротор вертикального вращения с лопастями переменного сечения и толщины, изогнутыми по вертикали и по горизонтали, маховик, установленный на вторичном валу соосно с ротором, и агрегатный блок с размещенными в нем механизмами отбора мощности.

Изобретение относится к ветроэнергетике и позволяет регулировать скорость вращения ротора ветродвигателя, а также защитить его от наледи и налипания снега. Конструкция ветродвигателя отличается тем, что снабжена механизмом поворота экрана, позволяющим принудительно повернуть его вокруг своей оси и полностью или частично перекрыть ротор ветродвигателя от потока ветра и других атмосферных воздействий. Наличие механизма поворота экрана позволяет вращать экран в двух режимах: независимо от положения хвостовика и заодно с ним. Кроме того, экран снабжен конфузором с компенсатором и диффузором, способствующим увеличению скорости ветрового потока, вращающего ротор ветродвигателя. Экран снабжен подшипниками и имеет возможность вращаться вокруг вала ротора. Кроме того, ветродвигатель снабжен механизмом складывания мачты, крестовиной, и хвостовиком, механически (через шестерни) соединенным с экраном. Хвостовик установлен на подшипниках на валу ротора. 3 ил.

(57) Изобретение относится к устройству для генерации электроэнергии из энергии ветра, содержащему лопаточный блок (5), блок (6) сбора ветра и блок (8) управления. Лопаточный блок (5) содержит вертикальный вал (51), установленный с возможностью вращения на основании (4), и множество лопаток (521), неподвижно прикрепленных вокруг вала (51) и приводимых во вращение ветром. Генератор (9) соединен с валом (51) и предназначен для преобразования кинетической энергии вращения в электроэнергию. Блок (6) сбора ветра содержит вертикальные пластины (61), установленные с возможностью поворота на основании и расположенные вокруг лопаток (521). Блок (8) управления замеряет скорость вращения вала (51) и в соответствии с этой скоростью вращения перемещает по меньшей мере часть каждой вертикальной пластины (61) между первым и вторым положениями, в которых количество ветра, протекающего к лопаткам (521) соответственно увеличивается и уменьшается. 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетическим комплексам и может быть использовано в народном хозяйстве. Ветроэнергетический комплекс содержит электрогенераторы, вращаемые одной или несколькими аэротурбинами с вертикальной осью вращения. Лопасти аэротурбин крепятся внутренними концами в пазах окружностей дисков. Диски равномерно распределены по длине вала и жестко соединены с ним. Между дисками, поверхностью вала и концами лопастей образовано пространство, через которое соединены все межлопастные полости. Острые края лопастей заглушены противосвистящими приспособлениями. Аэротурбина состоит из нескольких поставленных друг на друга, скрепленных между собой и с валом турбин, образуя многосекционную аэротурбину. Число лопастей и высоту вышестоящих турбин сокращают пропорционально увеличению скорости ветра с высотой. Вал состоит из звеньев с фланцами на концах и опирается через подшипники на рамы. Фланцы жестко соединены между собой и основаниями секций. Рамы установлены на опорах. Вал соединен через системы передачи вращения с электрогенераторами и имеет систему торможения. Изобретение позволяет повысить мощность ветроэнергетического комплекса и свести уровень шума при работе к минимуму. 3 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к конструкциям ветроприемных устройств с осью вращения ротора, перпендикулярной к направлению ветра. Установка содержит ветроприемное устройство, выполненное в виде ветроколеса, установленного с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и имеет лопасти, расположенные на ободе ветроколеса и установленные на валах, находящихся на оси симметрии лопастей. Вал каждой лопасти соединен с валом собственного привода, осуществляющего разворот лопасти. Ветроколесо выполнено в виде косого сечения цилиндра с максимальной высотой продольного диаметрального сечения не менее удвоенной высоты лопастей. Изобретение направлено на повышение удельной мощности ветроустановки при номинальной скорости ветра. 4 ил.

Изобретение относится к энергетическим установкам, а более конкретно к вихревым энергетическим установкам газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов. Сущность изобретения: вихревая энергетическая установка газоперекачивающего агрегата (ГПА) компрессорной станции содержит корпус гиперболической формы (6), установленный над выхлопной трубой (1) газоперекачивающего агрегата, в центре корпуса по его оси размещены электрогенератор (8), направляющий аппарат газовоздушного потока (9) и одноступенчатая турбина (10). Верхняя часть корпуса соединена через подшипниковую опору с вытяжным устройством - трубой Вентури (12) с направляющим аппаратом (13), устанавливаемой по направлению ветра, в нижней части корпуса размещен входной направляющий аппарат воздушного потока, стенки его тангенциальных каналов образованы криволинейными панелями, состоящими из трубок газоохладителя (4), соединенных металлическими полосами, верхние концы трубок газоохладителя связаны с трубопроводом горячего газа ((7) сжатого в нагнетателе ГПА, а их нижние концы соединены со сборным трубопроводом охлажденного газа (2). Изобретение направлено на увеличение электрической мощности установки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики и может быть использовано для преобразования кинетической энергии воздушного потока в механическую и электрическую энергию. Ветровая электростанция на постоянном воздушном потоке включает множество ветроэнергетических установок, содержащих ветровые колеса с электрогенератором, нагревательный элемент и аэродинамическую трубу. Ветровые колеса с электрогенератором расположены в подземных туннелях, соединенных с башней, в которой расположены газовые горелки, создающие постоянный воздушный поток. По центру башни расположена перфорированная тонкостенная керамическая труба и водопровод с соплами внутри нее, газовые горелки нагревают керамическую трубу, а ее диффузное инфракрасное излучение активно поглощается парами воды, которые вместе с отработанными нагретыми газами перемещаются вверх и быстрее нагревают воздух в аэродинамической трубе, что создает требуемый для возникновения тяги градиент температуры с внешней средой, в дальнейшем поток усиливается за счет перепада атмосферного давления на концах аэродинамической трубы. Использование изобретения позволяет повысить эффективность работы нагревательного элемента, которая, в свою очередь, приведет к повышению эффективности ветровой электростанции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в электромашиностроении. Вертикально-осевая ветроустановка содержит ступицу, жестко зафиксированную в пространстве, располагаемую в центре вращения, в которой скомпонованы электрогенератор и ротор. Ротор содержит цилиндрический вал, от которого радиально в горизонтальной плоскости отходят закрытые в аэродинамические обтекатели силовые траверсы, на концах которых закреплены вертикальные лопасти. Цилиндрический вал с возможностью вращения пропущен через направляющую втулку, жестко закрепленную на торце вертикальной мачты. Электрогенератор содержит корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, скрепленный со ступицей, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки. В цилиндрической полости статора с возможностью вращения размещен ротор электрогенератора. Ротор включает в себя индуктор, выполненный с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха или с радиальным или тангенциальным намагничиванием. Корпус электрогенератора, снабжен первым и вторым щитами, выполненными с возможностью жесткого скрепления с соответствующими торцевыми кромками корпуса электрогенератора. Использование данного изобретения приводит к повышению ресурса и надежности работы ветроустановки и ее электрогенератора за счет существенного уменьшения трения в подшипниках, повышения КПД генератора, уменьшения массы вращающихся деталей, увеличения окружной скорости индуктора электрогенератора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам и способам производства электроэнергии. Основным элементом ветроэнергетической установки является аэродинамическая поверхность в форме крыла, в теле которого выполнен канал, соединяющий противоположные поверхности крыла. Засасываемый в этот канал воздух приводит во вращение турбину и связанный с ней электрогенератор. Установка может быть стационарной или мобильной. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и электротехники и, в частности, к электромашиностроению. Вертикально-осевая ветроустановка содержит ступицу, в которой скомпонован электрогенератор и ротор, включающий ряд вращающихся вокруг вертикальной оси вертикальных лопастей. На ступице установлен статор, внешней поверхности которого придана цилиндрическая форма, при этом он охвачен цилиндрической полостью ротора. Пазы статора, в которых уложены катушки обмотки, размещены с внешней стороны статора и открыты к обращенной к ним поверхности цилиндрической полости ротора. Внутренняя поверхность полости ротора, обращенная к статору, снабжена кольцевым выступом с пазом, в котором смонтирован индуктор, содержащий планки, ориентированные вдоль продольной оси ротора, выполненные из постоянных магнитов, с образованием составного магнитного кольца. При этом планки намагничены так, что между радиально намагниченными магнитами размещены тангенциально намагниченные, с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха. Подшипниковый узел электромашины содержит магнитные радиальные подшипники, размещенные в зазорах между кромками торцевых щитов электрогенератора и обращенных к ним поверхностях ротора, а также содержит магнитные упорные подшипники, размещенные в зазорах между поверхностями торцевых щитов электрогенератора и обращенных к ним поверхностях выступа ротора. Использование изобретения приводит к повышению ресурса ветроустановки и ее электрогенератора, уменьшению трения в подшипниках, увеличению окружной скорости индуктора электрогенератора, самораскрутке ротора при низких скоростях ветра. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в ветроэлектрогенераторах с вертикальной осью вращения. Вертикальный ротор содержит вертикальный вал, активные лопасти, соединенные гибкими связями с валом. Места крепления лопастей соединяются между собой дополнительными гибкими связями. Преимуществом данного ротора является его простота, надежность и технологичность, которые обусловлены доступностью основных компонентов. 2 ил.
Наверх