Аэростатно-привязная ветротурбина

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Аэростатно-привязная ветротурбина, содержащая воздухоплавательный модуль положительной плавучести из четного числа газонаполненных баллонов, уложенных поперек на арочной мостовой ферме, ветросиловые блоки, каждый с гондолой в составе планетарного мультипликатора и генератора, а также с радиально-лопастным ротором, ось вращения которого совпадает с направлением ветра, тросовые и трос-кабельная связи с наземным причальным узлом, на поворачивающейся платформе узла находятся трос-кабельная бухта и программно управляемые лебедки. Трос-кабель прикреплен по середине горизонтальной балки арочной мостовой фермы, подветренно к крепежам привязных тросов; кабельная бухта причального узла оснащена собственным механическим приводом, управляемым программно; ветросиловые блоки подвешены к арочной мостовой ферме ниже ее горизонтальной балки и зеркально относительно оси симметрии модуля, все их роторы перенесены на подветренную сторону фермы, разно расположенные от упомянутой оси роторы имеют встречные вращения. Изобретение направлено на повышение устойчивости пространственной ориентации ветросиловых блоков и минимизацию аэродинамических помех. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение применяется для генерации энергии ветра в электроэнергию средних и больших мощностей, достигаемых на высоте скоростных слоев атмосферы.

Настоящее устройство относится к ветроэнергетическим установкам, радиально-лопастные роторы которых имеют оси вращения, совпадающие с направлением ветра.

Известные ветроэнергетические системы можно разделить на два типа: - стационарные устройства, силовые блоки которых подняты до скоростных ветров, имеющих место на морских побережьях и океанских шельфах, с опорой на массивные башни и колонны ростом, как правило, 60-100 метров, в исключительном случае до 200 метров (патенты US 2010/0135794 А1, 03.06.2010; RU 2458246 С1, 31.03.2011); - мобильные ВЭУ, что действуют на высотах от 250-300 метров, достигаемых за счет использования привязных аэростатных оболочек разнообразной объемной конфигурации, наполненных легкими газами - водородом или чаще более безопасным гелием. Последние ветряные агрегаты, что касается местностей размещения, являются универсальными и единственно эффективными там, где низовые ветра слабы, в силу чего генерируемые от ветра мощности не достигают промышленно значимых значений.

Среди мобильных ВЭУ можно в свою очередь видеть установки, в которых имеет место попытка зафиксировать аэростатные оболочки с ветросиловыми блоками в воздушном пространстве над местом их дислокации. Однако эту задачу еще не удалось решить полностью и в этой связи представляет определенный интерес только ветрогенератор (патент RU 2535427 С1, 24.12.2013), устойчивость которого обеспечивается программным управлением наземными лебедками, регулирующими длину и натяжение их привязных тросовых связей с высотной частью устройства. Другой разновидностью привязных аэростатных генераторов являются установки, силовые блоки которых подняты на высоту скоростных атмосферных потоков в составе воздухоплавательных модулей и за счет конструкции причальных узлов описывают в воздухе круговые траектории, занимая оптимальное положение на ветер (патент RU 2576103 С1, 27.01.2015).

Известен аэростатно-плавательный ветродвигатель (патент RU 2602650 С1, 26.01.2016), положительную плавучесть воздухоплавательному модулю которого создают газонаполненные баллоны, взаимосвязанные на арочной мостовой ферме, так что образуют выгнутую вверх конструкцию, имеющую в горизонтальной проекции дельтавидный контур. По меньшей мере один силовой блок ветродвигателя в составе радиально-лопастного ротора, его ось вращения совпадает по направлению и смотрит на ветер, гондола, в корпусе которой установлены планетарный мультипликатор с электрогенератором, находится в площади фермы, совпадающей с центром масс воздухоплавательного модуля. Оптимальная пространственная ориентация модуля, а вместе с ним - оси вращения ротора, обеспечивается прежде всего его аэродинамической формой в целом, в частности аэродинамическими поверхностями отдельных элементов: у концевых баллонов и центрально-осевого Т-образного стабилизатора на корме. Этой же задаче пространственной ориентации модуля служат наличие поворотной платформы у наземного причального узла, определенный порядок установки на ней тросовых лебедок и трос-кабельной бухты. Вместе с тем пространственная устойчивость заданной ориентации воздухоплавательного модуля обеспечена недостаточно. Если его поперечную устойчивость еще можно поддерживать программно управляя лебедками, то аналогичной возможности по регулированию продольной устойчивости модуля не существует. Т-образный стабилизатор на корме модуля работает в данном направлении эффективно только при отсутствии воздушных вихрей и пульсаций в атмосфере, для которой в реальной обстановке характерно скорее возмущенное состояние. Его центрально-осевое размещение снижает степень влияния на поперечную устойчивость воздухоплавательного процесса. Крепление свободно свисающего трос-кабеля на корме модуля в более наветренном положении, чем крепежи натянутых привязных тросов, силой собственного веса вместе с напором ветра на ротор ухудшает продольную устойчивость ориентации аэровысотной части ветродвигателя, задирает вверх корму его воздухоплавательного модуля. В отличие от ветроэнергетического устройства (патент RU 2594827 С1, 15.10.2015) в настоящем ветродвигателе не решена задача компенсации потери устойчивой ориентации модуля от реактивного момента, действующего при работе одного и более роторов.

Сущность технических решений состоит в том, что улучшение устойчивости пространственной ориентации ветросиловых блоков, поднятых до скоростных ветров в атмосфере при помощи воздухоплавательного модуля, обеспечивается их четным числом, подвеской к арочной мостовой ферме, так что роторы находятся от фермы в подветренном положении и зеркально расположены относительно оси симметрии модуля, разной направленностью вращения роторов по обе стороны от той же оси, креплением трос-кабеля по середине упомянутой фермы при наветренном крепеже привязных тросов, оснащением кабельной бухты собственным механическим приводом, управляемым программно и регулирующим длину вместе с натяжением трос-кабеля. В корме аэровысотной части устройства могут быть размещены одинаковые горизонтальные стабилизаторы крыловидного профиля, выступающие в противоположные стороны за контур взаимосвязанных баллонов воздухоплавательного модуля.

Целью изобретения является улучшение устойчивости пространственной ориентации ветросиловых блоков, поднятых на высоту скоростных ветров в составе воздухоплавательного модуля и имеющих радиально-лопастные роторы, оси вращения которых совпадают с направлением ветра.

Поставленная цель достигается прежде всего в части продольной устойчивости пространственной ориентации модуля переносом крепления трос-кабеля на середину нижней горизонтальной балки арочной мостовой фермы в подветренное положение к крепежам привязных тросов. Одновременно кабельная бухта оснащается собственным механическим приводом, управляемым программно подобно лебедкам, чем регулируется длина и натяжение трос-кабеля. Ветросиловые блоки опускаются ниже за пределы площади фермы, подвешиваются к ее нижней горизонтальной балке и разворачиваются так, что их роторы занимают подветренное к ферме положение. Число ветросиловых блоков устанавливается четным с их зеркальной подвеской относительно оси симметрии воздухоплавательной конструкции. Роторы по разные стороны от упомянутой оси имеют встречные вращения, компенсирующие реактивные моменты с улучшением поперечной устойчивости пространственной ориентации модуля. В обоснованном случае, когда без утяжеления воздухоплавательного модуля обойтись невозможно, в его корме дополнительно предусматриваются одинаковые горизонтальные стабилизаторы крыловидного профиля, выступающие в противоположные стороны за контур газонаполненных баллонов в сборе.

На фиг. 1 показан общий вид аэростатно-привязной ветротурбины; на фиг. 2 - вид сверху на воздухоплавательный модуль устройства; на фиг. 3 - вид со стороны ветра на воздухоплавательный модуль ветротурбины.

Аэростатно-привязная ветротурбина состоит из воздухоплавательного модуля и наземного причального узла, соединенных привязными тросами 1 и трос-кабелем 2. В свою очередь воздухоплавательный модуль включает в себя арочную мостовую ферму 3 с уложенными на ней газонаполненными баллонами 4 и подвешенными снизу ветросиловыми блоками, в составе гондол 5, в корпусах которых находятся планетарные мультипликаторы и электрогенераторы, подветренных роторов 6. В обе стороны от кормы воздухоплавательного модуля за пределы контура газонаполненных баллонов могут отходить одинаковые горизонтальные стабилизаторы крыловидного профиля 7. Наземный причальный узел представляет из себя бетонную тумбу 8 с поворотной платформой 9, где подветренно установлены совместно управляемые программно соосные лебедки 10 и диаметрально расположенная к ним кабельная бухта с собственным механическим приводом самостоятельно программного управления 11.

Предлагаемая ветротурбина работает следующим образом. На местности сооружается наземный причальный узел, оснащается лебедками и кабельной бухтой, собирается и балансируется аэровысотная часть устройства так, что после заполнения баллонов легким газом арочная мостовая ферма в сборе с силовыми блоками располагается по центру масс воздухоплавательного модуля ветротурбины. Готовые к работе элементы соединяются между собой привязными тросами и трос-кабелем, которые медленно стравливаются с барабанов лебедок и кабельной бухты. При этом за счет программного управления последними механизмами, регулирующими длину и натяжение гибких связей, осуществляется поддержание пространственной устойчивости модуля, подъем которого завершается на уровне скоростных от 20-25 м/с ветров и на высоте по меньшей мере в 250-300 метров. В это же время воздухоплавательный модуль ветротурбины разворачивается воздушным потоком по круговой траектории вокруг наземного причального узла и фиксируется так, что ее продольная ось симметрии ориентируется на ветер. Синхронность совместных перемещений на ветер высотного модуля и поворотной платформы наземного причального узла будет лучше, если кабельную бухту перенести к лебедкам на подветренную сторону платформы. Скоростной напор ветра вращает роторы, механическая энергия поступает в планетарные мультипликаторы и затем в электрогенераторы гондол, где преобразуется в электрическую энергию, направляемую по трос-кабелю через контроллер, аккумуляторную батарею и инвертор к потребителям.

Ветровой напор на роторы силовых блоков действует так, что корма воздухоплавательного модуля задирается вверх. Это воздействие, нарушающее устойчивость ориентации осей вращения роторов на ветер, подавляется креплением трос-кабеля, обязательно подветренно к крепежным узлам привязных тросов в носовых частях газонаполненных баллонов, по середине нижней горизонтальной балки арочной мостовой фермы, регулированием его длины и натяжения со стороны собственного механического привода кабельной бухты, управляемого самостоятельной программой. Реактивные моменты, отклонения модуля от поперечной устойчивости пространственной ориентации устраняются четным числом ветросиловых блоков, их зеркальным размещением относительно оси симметрии воздухоплавательного модуля, встречными вращениями роторов по разную сторону от той же оси. Перенос роторов в подветренное положение от фермы обусловлено новым местом крепления трос-кабеля к воздухоплавательному модулю, что исключает его повреждение лопастями роторов. При этом силовые блоки опущены ниже площади арочной мостовой фермы для минимизации аэродинамических помех, ухудшающих работу роторов со стороны завихрений ветра, обтекающего балки фермы.

В условиях особо возмущенной атмосферы над местностями со сложным природным ландшафтом и высотными сооружениями в целях большего улучшения устойчивости пространственной ориентации ветросиловых блоков целесообразно оснащение кормы воздухоплавательного модуля одинаковыми горизонтальными стабилизаторами крыловидного профиля, что максимально смещены в обе стороны от продольной оси симметрии модуля за пределы дельтавидного контура газонаполненных баллонов в сборе.

1. Аэростатно-привязная ветротурбина, содержащая воздухоплавательный модуль положительной плавучести из четного числа газонаполненных баллонов, уложенных поперек на арочной мостовой ферме, ветросиловые блоки, каждый с гондолой в составе планетарного мультипликатора и генератора, а также с радиально-лопастным ротором, ось вращения которого совпадает с направлением ветра, тросовые и трос-кабельная связи с наземным причальным узлом, на поворачивающейся платформе узла находятся трос-кабельная бухта и программно управляемые лебедки, отличающаяся тем, что трос-кабель прикреплен по середине горизонтальной балки арочной мостовой фермы, подветренно к крепежам привязных тросов; кабельная бухта причального узла оснащена собственным механическим приводом, управляемым программно; ветросиловые блоки подвешены к арочной мостовой ферме ниже ее горизонтальной балки и зеркально относительно оси симметрии модуля, все их роторы перенесены на подветренную сторону фермы, разнорасположенные от упомянутой оси роторы имеют встречные вращения.

2. Аэростатно-привязная ветротурбина по п. 1, отличающаяся тем, что в корме воздухоплавательного модуля предусмотрены одинаковые горизонтальные стабилизаторы крыловидного профиля, выступающие в противоположные стороны за контур газонаполненных баллонов в сборе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Наземно-генераторный ветродвигатель, содержащий идентичные по габаритам ортогонально-лопастные виндроторы, поднятые в воздух газонаполненной аэростатной оболочкой положительной плавучести, механизм зубчато-конической передачи вращения на гибкий вал, натянутый вниз к свободно раскачивающемуся генератору, расположенному на поворотной платформе наземного причального узла.

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 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 ветроэнергетики. Наземно-генераторный ветродвигатель, содержащий идентичные по габаритам ортогонально-лопастные виндроторы, поднятые в воздух газонаполненной аэростатной оболочкой положительной плавучести, механизм зубчато-конической передачи вращения на гибкий вал, натянутый вниз к свободно раскачивающемуся генератору, расположенному на поворотной платформе наземного причального узла.

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

Изобретение относится к области воздухоплавательного ветродвигателя с наземным размещением генераторного узла. Наземно-генераторный воздухоплавательный двигатель в составе воздухоплавательной части из поперечной опоры для взаимосвязанных газонаполненных баллонов аэростатного модуля положительной плавучести и силового блока с ветряным радиально-лопастным ротором, планетарным мультипликатором, электрогенератором, причального узла, содержащего троса и трос-кабель, наземную тумбу с поворачивающейся платформой, на ней две соосных лебедки.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Аэростатно-плавательный ветродвигатель содержит аэростатный модуль положительной плавучести из взаимосвязанных торцами на ветер газонаполненных цилиндрических баллонов, гондолу с планетарным мультипликатором и генератором, осью вращения, совпадающей с направлением воздушного потока, и на ней ветряной ротор, тросовые и трос-кабельные связи с наземным причальным узлом, на поворачивающейся платформе которого закреплены две лебедки и трос-кабельная бухта.

Изобретение относится к возобновляемой альтернативной энергетике, а именно к способу и устройству для выработки электроэнергии на ветроэнергетической установке.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ и система для преобразования энергии ветра в электрическую или механическую энергию за счет полета по меньшей мере одного профиля (10) силового крыла, привязанного посредством по меньшей мере одного или более кабелей (11) к наземному блоку (9), передвигаемому указанным профилем силового крыла вдоль траектории знакопеременного смещения (12) для возбуждения генератора (12), причем указанная траектория знакопеременного смещения выполнена с возможностью такого ориентирования, которое обеспечивает ее самоустановку в направлении (17), по существу ортогональном направлению ветра (W).

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования энергии ветра в электрическую энергию при стабильных параметрах выходного напряжения и частоты.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам с горизонтально-осевыми пропеллерными турбинами. Способ ориентации ветроэнергетических установок с горизонтально-осевыми пропеллерными турбинами относительно направления воздушного потока, включающий в себя установку их на платформе с возможностью ее вращения в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, при этом, для устойчивой ориентации оси каждой турбины параллельно ветровому потоку, платформу выполняют так, чтобы для обеспечения статически устойчивого положения каждой турбины в ветровом потоке центр бокового давления всей конструкции платформы с турбинами находился за вертикальной осью вращения платформы.

Изобретение относится к устройству по преобразованию ветра в электрическую энергию. Устройство по преобразованию энергии ветра, содержащее опорно-несущую конструкцию, с преобразователями и аккумуляторами электрической энергии.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Аэростатно-привязная ветротурбина, содержащая воздухоплавательный модуль положительной плавучести из четного числа газонаполненных баллонов, уложенных поперек на арочной мостовой ферме, ветросиловые блоки, каждый с гондолой в составе планетарного мультипликатора и генератора, а также с радиально-лопастным ротором, ось вращения которого совпадает с направлением ветра, тросовые и трос-кабельная связи с наземным причальным узлом, на поворачивающейся платформе узла находятся трос-кабельная бухта и программно управляемые лебедки. Трос-кабель прикреплен по середине горизонтальной балки арочной мостовой фермы, подветренно к крепежам привязных тросов; кабельная бухта причального узла оснащена собственным механическим приводом, управляемым программно; ветросиловые блоки подвешены к арочной мостовой ферме ниже ее горизонтальной балки и зеркально относительно оси симметрии модуля, все их роторы перенесены на подветренную сторону фермы, разно расположенные от упомянутой оси роторы имеют встречные вращения. Изобретение направлено на повышение устойчивости пространственной ориентации ветросиловых блоков и минимизацию аэродинамических помех. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх