Виндроторный аэростатно-плавательный двигатель

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Виндроторный аэростатно-плавательный двигатель содержит аэростатно-плавательный модуль в составе аэростатной оболочки, ветросилового блока, включающего генератор и ортогонально-лопастные виндроторы, тросов, трос-кабеля, и причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта, при этом к днищу аэростатной оболочки в форме газонаполненного шара при помощи меридианных лент прижато кольцо с плоскостными флюгерами на кронштейнах, в диаметральной и перпендикулярной ветру плоскости кольца закреплена Н-образная рама, при этом кронштейны с плоскостными флюгерами выдвинуты под прямым углом от рамных боковин в подветренную сторону, при этом по середине горизонтальной перекладины рамы установлен генератор, горизонтальный вал которого выступает с обоих торцов генератора и сопряжен с соосными ему ортогонально-лопастными виндроторами, одинаково вынесенными за пределы рамы и вращающимися в подшипниках, встроенных в рамные боковины, при этом трос-кабель закреплен по середине горизонтальной перекладины рамы, тросы натянуты вниз к лебедкам от нижних оконечностей боковин Н-образной рамы. Изобретение направлено на сохранение устойчивости и мощности генерации от восходящих воздушных потоков, достигаемых виндроторным двигателем с силовым блоком, поднятым аэростатно-плавательным модулем на высоту скоростных ветров. 2 ил.

 

Применяется для генерации энергии ветра в электроэнергию малых и средних мощностей, достигаемых в высотных скоростных слоях атмосферы.

Настоящий двигатель относится к энергетическим установкам, имеющим ортогональные лопасти и горизонтальную ось вращения виндроторов, перпендикулярную направлению ветра.

В большинстве климатических условий ветроэнергетические установки работают от ветра, перемещающегося в низовых слоях атмосферы с незначительными отклонениями от горизонтальности, не превышающими 6° к поверхности земли. Такое движение воздушных масс является единственно приемлемой для ветряных турбин с радиальными лопастями и осью вращения, совпадающей с направлением ветра, отклонение от указанной аэродинамики приводит к резкому падению КПД турбины и завершается ее полной остановкой в поднимающихся потоках воздуха. Это же правило действует применительно к виндроторам с ортогональными лопастями и осью вращения, перпендикулярной направлению ветра, та же ось должна одновременно занимать вертикальное положение.

Вместе с тем существуют регионы, где наблюдается в результате особых климатических условий или предгорного ландшафта преобладание восходящих атмосферных масс. Применение в таком случае систем с вертикально-осевыми виндроторами, поднятыми в составе аэростатно-плавательных модулей на высоту скоростных ветров, как ветрогенератор (патент RU 2576103 С1, 27.01.2015) или аэростатное крыло ветроэнергетического назначения (патент RU 2594827 С1, 15.10.2015), дает неудовлетворительные результаты. Уже при не столь значительном отклонении ветра от горизонтальной траектории мощность генераторов падает, т.к. аэростатные оболочки расположены относительно виндроторов так, что заслоняют их от напора наклонных воздушных потоков.

Наиболее распространенными видами привязных аэростатов являются наполненные легким газом шаровидные оболочки и их сигарообразные модификации (патенты RU 2046734 С1, 13.06.1991; US 20090152391 А1, 04.03.2006), к которым снизу при помощи строп подвешены корзины (патент RU 2026238 С1, 21.11.1991). Однако эти аэростаты не предназначены для ветроэнергетических целей, поднимают в атмосферу и удерживают на высоте прежде всего системы видео наблюдения, метеорологические приборы ретрансляторы и т.п. иное оборудование.

Приспособлению к ветроэнергетическим целям служит ветряная электростанция (патент DE 2524360 А1, 02.06.1975), в одной из модификаций которой (фиг. 17) ветросиловой блок подвешен к аэростатной оболочке перевернутой каплевидной формы на гибких стропах, что создает пространственную неустойчивость воздухоплавательного модуля в целом. Отличительной особенностью от этой станции высотной ветросиловой установки (патент SU 8970 А1, 11.08.1987) является использование жесткой фермы, закрепленной на днище аэростатной оболочки и служащей опорной конструкцией для по меньшей мере одного ветросилового блока. Поскольку в состав ветросиловых блоков обоих устройств входят турбины с осями вращения, совпадающими с направлением горизонтально перемещающихся ветров, применение таких установок в условиях восходящих воздушных потоков нецелесообразно по вышеизложенным причинам.

В надземной ветрогенераторной системе (патент RU 2457358 С1, 27.07.2012) используется виндротор с неортогональными лопастями Савониуса, горизонтальная ось вращения которого перпендикулярна направлению ветра. Перпендикулярная ориентация оси вращения виндротора на ветер является неизменным качеством устройства и сохраняется при любых перемещениях атмосферных потоков, включая их поднимающийся характер. Вместе с тем в этой системе виндротор располагается в аэростатно-плавательном модуле таким образом, что закрыт от поднимающихся ветров, будучи помещен в продольное отверстие горизонтально-вытянутой аэростатной оболочки или в щель между двумя горизонтальными оболочками, либо в зазор между элементами, соединяющими оболочки. Вследствие таких конструктивных особенностей системы вращение виндротора в восходящем воздушном потоке делается невозможным.

Известен ветродвигатель (патент SU 1509560 А1, 02.09.1987), оснащенный ортогонально-лопастными виндроторами с горизонтальными осями вращения, перпендикулярными направлению ветра, способными работать в восходящих потоках воздуха. Однако все виндроторы данного ветродвигателя приподняты над уровнем аэростатных оболочек, центр тяжести аэростатно-плавательного модуля смещен вверх, в устройстве отсутствуют элементы поддержания как продольной, так и поперечной стабильности модуля, оптимальной ориентации оси вращения его виндроторов в воздушном пространстве. Устойчивость генерации не обеспечена, возможности практического применения ветродвигателя вызывают серьезные сомнения.

Сущность изобретения состоит в том, что ветросиловой блок аэростатно-плавательного модуля устройства укомплектован двумя ортогонально-лопастными виндроторами, горизонтальные оси вращения которых перпендикулярны направлению ветра, разно направленно и симметрично выступают за пределы Н-образной рамы. Генератор установлен по середине рамы на ее горизонтальной перекладине, вал генератора выступает с обоих его торцов и сопряжен с соосными ему осями вращения виндроторов. Рама закреплена на кольце, прижатому к днищу аэростатной оболочки в форме газонаполненного шара меридианными лентами, отходит вниз диаметрально кольцу и в плоскости, перпендикулярной направлению ветра. Кроме рамы от кольца отходят кронштейны с плоскостными флюгерами. От перекладины рамы и от нижних оконечностей ее боковин свободно свисает трос-кабель и натянуты привязные троса, что сообщаются соответственно с кабельной бухтой и двумя диаметральными ей соосными лебедками, установленными в известном порядке на поворачивающейся платформе причального узла.

Целью изобретения является сохранение устойчивости и мощности генерации от восходящих воздушных потоков, достигаемой виндроторным двигателем с силовым блоком, поднятым аэростатно-плавательным модулем на высоту скоростных ветров.

Поставленная цель достигается тем, что аэростатная оболочка в форме газонаполненного шара объединена в одно целое с кольцом, имеющим плоскостные флюгера на кронштейнах и притянутым к днищу оболочки меридианными лентами, а также с Н-образной рамой, на перекладине которой установлен ветросиловой блок. Флюгерные кронштейны направлены от ветра и под прямым углом к свисающей вниз раме, их крепления к кольцу по месту их расположения совпадают. Генератор ветросилового блока находится по середине горизонтальной перекладины рамы, вал генератора выступает с его обоих торцов, через муфты соединен с соосными валу осями вращения ортогонально-лопастных виндроторов, одинаково раздвинутых за пределы рамы. Плоскость рамы, диаметрально свисающей с кольца, вместе с осями вращения виндроторов перпендикулярна направлению ветра благодаря привязки аэростатно-плавательного модуля гибкими связями к поворотной платформе наземного причального узла, которая отличается от известной схемы тем, что троса натянуты от нижних оконечностей боковин Н-образной рамы до двух соосных лебедок на упомянутой платформе, а трос-кабель свободно свисает от середины перекладины рамы до кабельной бухты на той же платформе.

На фиг. 1 показан общий вид виндроторного аэростатно-плавательного двигателя; на фиг. 2 - вид на аэростатно-плавательный модуль того же устройства с подветренной стороны.

Устройство состоит из аэростатно-плавательного модуля и причального узла, привязных тросов 1 и трос-кабеля 2. В свою очередь аэростатно-плавательный модуль включает в себя аэростатную оболочку 3 в форме газонаполненного шара, к днищу которой притянуто меридианными лентами 4 кольцо 5 с кронштейнами 6 и плоскостными флюгерами 7, в диаметральной и перпендикулярной направлению ветра плоскости кольца закреплена Н-образная рама 8. На середине горизонтальной перекладины рамы установлен генератор 9, к концам его вала, выступающим с обеих торцов генератора, через муфты 10 присоединены оси двух ортогонально-лопастных виндроторов 11, вращающихся в подшипниках 12, встроенных в боковины рамы, за пределы которой виндроторы выдвинуты одинаково. По середине перекладины рамы закреплен свисающий трос-кабель, а от нижних оконечностей рамных боковин натянуты привязные троса. Причальный узел устройства представляет из себя бетонную наземную тумбу 13 с поворотной платформой 14, где подветренно установлены две соосные лебедки 15 и диаметральная им кабельная бухта 16.

Настоящий двигатель работает следующим образом. Аэростатная оболочка устройства заполняется легким газом в объеме, необходимом для придания оболочке законченной шаровидной формы и достижения подъемной силы, достаточной для отрыва от земли и пространственной устойчивости аэростатно-плавательного модуля на высоте скоростных ветров, натяжения привязных тросовых связей с причальным узлом. Троса и трос кабель синхронно стравливаются с барабанов лебедок и кабельной бухты. В процессе подъема модуля до необходимой высоты он разворачивается воздушным потоком по круговой траектории вокруг места привязки, разворачивается через гибкие связи вместе с поворотной платформой причального узла и механизмами на ней. Ориентация модуля на ветер завершается после того, как горизонтальные оси вращения виндроторов становятся перпендикулярными направлению ветра. Скоростной напор ветра, в том числе при восходящем воздушном потоке, вращает ортогонально-лопастные виндроторы, механическая энергия подается в генератор, где преобразуется в электрическую энергию, направляемую по трос-кабелю через контроллер, аккумуляторную батарею и инвертор к потребителям. При изменении направления ветра его напор воздействует на наветренную боковую поверхность аэростатной оболочки и ветросиловой блок, аэростатно-плавательный модуль совместно с поворотной платформой разворачиваются снова до тех пор, пока направленность привязных тросов и трос кабеля не совпадут с новым направлением ветра, а горизонтальные оси вращения виндроторов не займут перпендикулярного положения к ветру.

В турбулентных условиях велика вероятность ситуации, когда ветровые нагрузки на ортогонально-лопастные виндроторы будут различны по величине, при которой может возникнуть крутящий момент, создающий вращение аэростатно-плавательного модуля и скрещивание его привязных тросовых связей. Это явление нейтрализуется наличием плоскостных флюгеров, парусность которых надежно поддерживает оптимальную ориентацию на ветер силового блока в предлагаемом устройстве.

Выбор для аэростатной оболочки шаровидной формы обусловлен восходящим характером воздушных потоков, при котором оболочки горизонтально-вытянутой конфигурации оказывают дестабилизирующее влияние на устойчивость аэростатно-плавательного модуля в атмосфере. Корма таких оболочек задирается вверх, привязные троса провисают, модуль теряет устойчивость пространственной ориентации, ветросиловые блоки могут занимать положения под нежелательными углами относительно направленности ветра.

При преобразовании ветра в восходящий атмосферный поток не происходит утраты мощности и устойчивой генерации электроэнергии, поскольку ветросиловой блок аэростатно-плавательного модуля оснащен ортогонально-лопастными виндроторами, горизонтальная ось вращения которых неизменно перпендикулярна любой направленности ветра. Модуль сбалансирован симметричностью установки плоскостных флюгеров, положением генератора посередине горизонтальной перекладины Н-образной рамы, одинаковостью выноса за пределы рамы, идентичностью крыловидного профиля ортогональных лопастей, габаритов и масс обеих виндроторов.

Виндроторный аэростатно-плавательный двигатель, содержащий аэростатно-плавательный модуль в составе аэростатной оболочки, ветросилового блока, включающего генератор и ортогонально-лопастные виндроторы, тросов, трос-кабеля, и причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта, при этом к днищу аэростатной оболочки в форме газонаполненного шара при помощи меридианных лент прижато кольцо с плоскостными флюгерами на кронштейнах, в диаметральной и перпендикулярной ветру плоскости кольца закреплена Н-образная рама, при этом кронштейны с плоскостными флюгерами выдвинуты под прямым углом от рамных боковин в подветренную сторону, при этом по середине горизонтальной перекладины рамы установлен генератор, горизонтальный вал которого выступает с обоих торцов генератора и сопряжен с соосными ему ортогонально-лопастными виндроторами, одинаково вынесенными за пределы рамы и вращающимися в подшипниках, встроенных в рамные боковины, при этом трос-кабель закреплен по середине горизонтальной перекладины рамы, тросы натянуты вниз к лебедкам от нижних оконечностей боковин Н-образной рамы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Высотная ветроэнергетическая станция воздушного размещения, содержащая магнитоэлектрический генератор, ротор которого расположен вертикально и стационарно в центре неподвижной площадки, а верхний и нижний статоры смонтированы сверху и снизу неподвижной площадки, при этом статоры выполнены в виде колец торовой формы и имеют противоположные направления вращения относительно друг друга, к статорам одним концом прикреплены лопасти, другим концом лопасти шарнирно прикреплены к валу ротора, при этом лопасти и торовые кольца статоров выполнены надувными и наполнены гелием.

Изобретение относится к мобильным ветроустройствам для обеззараживания обочин разбрызгиванием. Мобильное ветроустройство для обеззараживания обочин разбрызгиванием содержит ветроколесо на вертикальной трубчатой оси с закрепленными на ней стаканом-дозатором и телескопической штангой.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветроэлектроагрегат сегментного типа содержит башню, ветроколесо с горизонтальной осью вращения и роторными элементами, поворотное основание со ступичным узлом и стабилизатором, статорные элементы.

Изобретение относится к ветроколесам ветросиловых и ветроэлектроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения. Ветроколесо ветроэлектрогенератора содержит втулку, спицы, парусные лопасти.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии. Изобретение направлено на улучшение эксплуатационных характеристик за счет уменьшения массы, применения широко распространенных чашечных магнитопроводов.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя механической энергии воздушного потока (например, энергии набегающего воздушного потока при использовании на подвижных локальных объектах, энергии ветра при использовании на неподвижных локальных объектах), в электрическую энергию постоянного тока.

Изобретение относится к турбине для электромобиля. Турбина для электромобиля состоит из вала, снабженного диском и генератором, где вал выполнен с возможностью установки под углом; на диске собраны лопасти, которые состоят из опорной балки и верхних крыльев, соединенных между собой вертикальными крыльями; вертикальные крылья выполнены с возможностью вращения на опорной балке и установлены начиная с самого конца лопастей; на каждой лопасти установлены несколько вертикальных крыльев, турбина выполнена с возможностью установки на любой детали электромобиля, которая подвержена воздействию ветра, и установки в нее наполовину или закрыта направляющим крылом, турбина снабжена обтекателем.

Изобретение относится к роторной лопасти (2) ветроэнергетической установки (100). Роторная лопасть (2) содержит носовую часть (4) роторной лопасти, заднюю кромку (6) роторной лопасти, зону комлевой части (28) роторной лопасти для крепления роторной лопасти (2) на ступице ветроэнергетической установки (100), вершину (40) роторной лопасти, при этом роторная лопасть (2) проходит от зоны комлевой части (28) роторной лопасти вдоль продольного направления к вершине (40) роторной лопасти, и роторная лопасть (2) содержит внутри по меньшей мере одно первое полое пространство (18), ближнее к носовой части (4) роторной лопасти, и одно второе полое пространство (20), ближнее к задней кромке (6) роторной лопасти, первое полое пространство (18) нагревается с помощью первого, второе полое пространство (20) нагревается с помощью второго нагревательного средства (30), с целью нагревания носовой части (4) роторной лопасти, соответственно, задней кромки (6) роторной лопасти.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Мобильная машина с повышенными эксплуатационными свойствами содержит кузов, в котором расположены тормозное управление, двигатель с трансмиссией, колеса, взаимодействующие с опорной поверхностью.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для подачи электрической мощности в электрическую сеть энергоснабжения. Способ подачи электрической мощности (Ps) в электрическую сеть энергоснабжения осуществляют (120) посредством по меньшей мере первого и второго ветровых парков (112).

Изобретение относится к ветровой турбине с коробкой передач одноступенчатого мультипликатора скорости с большим передаточным отношением. Коробка передач имеет коаксиальную пару кольцевых шестерней, включающую большую кольцевую шестерню, имеющую делительный диаметр А, и малую кольцевую шестерню, имеющую делительный диаметр D.

Изобретение относится к способу монтажа лопасти ротора ветроэнергетической установки, лопасти ротора ветроэнергетической установки и ветроэнергетической установке, содержащей указанную лопасть.

Изобретение относится к ветроэнергетической установке и способу ее эксплуатации. Ветроэнергетическая установка имеет по меньшей мере одну лопасть (108) ротора, систему (400) обогрева по меньшей мере одного участка по меньшей мере одной лопасти (108) ротора, по меньшей мере один температурный датчик (510) для регистрации наружной температуры в зоне или в окружающей среде ветроэнергетической установки (100), по меньшей мере один датчик (520) влажности воздуха для регистрации влажности воздуха в зоне или в окружающей среде ветроэнергетической установки (100) и блок управления (300) для активирования системы (400) обогрева лопастей, если температура падает ниже предельной величины и если превышена предельная величина влажности воздуха, причем предельная величина температуры составляет +5°C и предельная величина влажности воздуха составляет 70%, предельная величина температуры составляет +2°С или предельная величина влажности воздуха составляет 95%.

Изобретение относится к способу расчета подлежащей изготовлению задней кромки для роторной лопасти. Способ расчета подлежащей изготовлению задней кромки для роторной лопасти аэродинамического ротора ветроэнергетической установки, при этом роторная лопасть имеет относительно ротора радиальные положения, роторная лопасть имеет локальный, зависящий от радиальных положений относительно ротора профиль лопасти, и задняя кромка имеет зубчатое прохождение с множеством зубьев, при этом каждый зуб имеет высоту зуба и ширину зуба, и высота зуба и/или ширина зуба вычисляется в зависимости от его радиального положения и/или в зависимости от профиля лопасти его радиального положения.

Изобретение относится к роторной лопасти (2) ветроэнергетической установки (100). Роторная лопасть (2) содержит носовую часть (4) роторной лопасти, заднюю кромку (6) роторной лопасти, зону комлевой части (28) роторной лопасти для крепления роторной лопасти (2) на ступице ветроэнергетической установки (100), вершину (40) роторной лопасти, при этом роторная лопасть (2) проходит от зоны комлевой части (28) роторной лопасти вдоль продольного направления к вершине (40) роторной лопасти, и роторная лопасть (2) содержит внутри по меньшей мере одно первое полое пространство (18), ближнее к носовой части (4) роторной лопасти, и одно второе полое пространство (20), ближнее к задней кромке (6) роторной лопасти, первое полое пространство (18) нагревается с помощью первого, второе полое пространство (20) нагревается с помощью второго нагревательного средства (30), с целью нагревания носовой части (4) роторной лопасти, соответственно, задней кромки (6) роторной лопасти.

Изобретение относится к способу защиты от обледенения с использованием углеродного волокна и противообледенительная система для ветрогенераторов, основанная на использовании данного способа.

Изобретение относится к ветроэнергетической установке и блоку молниезащиты для ветроэнергетической установки. Ветроэнергетическая установка включает гондолу (104) и ротор, который имеет по меньшей мере две лопасти (108) ротора.

Изобретение относится к ветровой установке и направлено на повышение надежности установки. Ветровая установка содержит башню, которая имеет служебную дверь, которая имеет дверной замок и на внешней стороне перегородку, которая проходит по существу по всей поверхности служебной двери и имеет выемку.

Изобретение относится к контролируемому соединению компонентов, ветроэнергетической установке, имеющей такое соединение, и способу мониторинга соединения компонентов.

Изобретение относится к способу фиксации угла (α) установки лопасти для лопасти (16) ротора для ротора (10). Способ фиксации угла (α) установки лопасти для лопасти (16) ротора для ротора (10) ветровой турбины (1), содержит этапы, на которых располагают и выравнивают бесконтактное измерительное устройство (2) напротив ветровой турбины (1), выравнивают азимутальное положение ветровой турбины (1) относительно измерительного устройства (2), выполняют вращение ротора (10) ветровой турбины (1), берут замеры и фиксируют профиль (26) лопасти (16) ротора, или его части, на предварительно определенной высоте посредством бесконтактного измерительного устройства (2) и определяют угол (α) установки лопасти для лопасти (16) ротора из данных, записанных во время взятия замеров (26) профиля.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Парусная горизонтальная ветросиловая турбина состоит из двух параллельных стен, скрывающих нижнюю половину ротора от ветра и имеющих вдоль стен отсыпку грунта под углом в 30° к горизонту, крыши в виде навеса ромбообразного сечения, которая накрывает стены с таким расчетом, чтобы между стенами и крышей свободно располагался ротор, состоящий из вала, на котором жестко закреплены две боковины, представляющие из себя звездочки, имеющие 4 и более лучей, концы лучей соединены наружными трубчатыми балками, а внутри боковины ротора соединяются внутренней балкой в виде трубы, соосной с валом ротора и образующей жесткий каркас ротора, который дополнительно имеет кольцевой обод, центрируемый и регулируемый талрепами для поддержки роликовыми опорами всей конструкции ротора, имеющей радиальные лопасти, состоящие из парусов, закрепленных на упругих пластиковых каркасах, способных свободно вращаться вдоль своей оси в шарнирах наружных балок и в шарнирах внутренней балки, проходя сквозь которую, оси парусов заканчиваются рычагами, которые шарнирно объединены тягами управления, имеющими на концах ролики, подпираемые с двух сторон дисками управления, шарнирно связанными с управляющими домкратами, которые работают синхронно по сигналу от датчика силы и направления ветра, изменяя угол атаки и парусность парусов от максимальной до нулевой.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Виндроторный аэростатно-плавательный двигатель содержит аэростатно-плавательный модуль в составе аэростатной оболочки, ветросилового блока, включающего генератор и ортогонально-лопастные виндроторы, тросов, трос-кабеля, и причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта, при этом к днищу аэростатной оболочки в форме газонаполненного шара при помощи меридианных лент прижато кольцо с плоскостными флюгерами на кронштейнах, в диаметральной и перпендикулярной ветру плоскости кольца закреплена Н-образная рама, при этом кронштейны с плоскостными флюгерами выдвинуты под прямым углом от рамных боковин в подветренную сторону, при этом по середине горизонтальной перекладины рамы установлен генератор, горизонтальный вал которого выступает с обоих торцов генератора и сопряжен с соосными ему ортогонально-лопастными виндроторами, одинаково вынесенными за пределы рамы и вращающимися в подшипниках, встроенных в рамные боковины, при этом трос-кабель закреплен по середине горизонтальной перекладины рамы, тросы натянуты вниз к лебедкам от нижних оконечностей боковин Н-образной рамы. Изобретение направлено на сохранение устойчивости и мощности генерации от восходящих воздушных потоков, достигаемых виндроторным двигателем с силовым блоком, поднятым аэростатно-плавательным модулем на высоту скоростных ветров. 2 ил.

Наверх