Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор, содержащий воздухоплавательный модуль в составе мягкой газонаполненной аэростатной оболочки положительной плавучести, усиленной меридианными лентами, ниже расположенной рамной подвески с ветросиловым блоком из ветряных роторов и электрогенератора, причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта. Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор дополнен жестко-корпусным баллонетом, расположенным внутри аэростатной оболочки и частично выступающим снизу за ее пределы, на этой выступающей части баллонета закреплена к его днищу рамная подвеска с ветросиловым блоком и установлен на консольной платформе, выдвинутой в подветренную сторону, компрессор, обвязанный шланговым коллектором с автоматическим клапанами, срабатывающими от сигнализаторов внешнего обледенения аэростатной оболочки так, что осуществляются принудительные перетоки части легкого газа между оболочкой и баллонетом. Изобретение направлено на разрушение обледенения и пространственную устойчивость ветрогенератора. 2 ил.

 

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

Настоящий ветрогенератор относится к энергетическим установкам, имеющим горизонтальную ось вращения ветряного ротора, перпендикулярную направлению ветра.

Известно, что силовые блоки ветряных установок могут быть подняты до скоростных ветров в составе воздухоплавательных модулей, аэростатные оболочки которых наполнены легким газом в объемах, создающих устойчивую и продолжительную плавучесть высотной части энергетической системы. Без применения таких систем ветроэнергетика имеет мало практического смысла там, где низовые ветра слабы для генерации промышленных мощностей или имеют место пылевые бури, геоподоснова не пригодна для сооружения тяжелых опор ВЭУ, происходят сейсмические явления и атмосферные катаклизмы.

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 стропах, гибкость которых создает пространственную неустойчивость воздухоплавательного модуля в целом. Отличительной особенностью от этой станции другой высотной ветросиловой установки (патент SU 8970 А1, 11.08.1927) является использование жесткой рамной подвески, закрепленной на днище аэростатной оболочки и служащей опорной конструкцией для по меньшей мере одного ветросилового блока.

В надземной ветрогенераторной системе (патент RU 2457358 С1, 27.07.2012) используется ротор с неортогональными лопастями Савониуса, горизонтальная ось вращения которого перпендикулярна направлению ветра. Перпендикулярная ориентация оси вращения ротора на ветер является неизменным качеством устройства. Вместе с тем в этой системе ротор располагается в продольном отверстии горизонтально-вытянутой аэростатной оболочки или в щели между двумя горизонтальными оболочками, либо в зазоре между элементами, соединяющими оболочки. В следствии таких конструктивных особенностей системы атмосферные потоки будут скорее огибать воздухоплавательный модуль, чем воздействовать на его ротор.

Известен ветродвигатель (патент SU 1509560 А1, 02.09.1987), оснащенный ортогонально-лопастными роторами с горизонтальными осями вращения, перпендикулярными направлению ветра. Однако все роторы данного ветродвигателя приподняты над уровнем аэростатных оболочек, центр тяжести воздухоплавательного модуля смещен вверх, в устройстве отсутствуют элементы поддержания как продольной, так и поперечной стабильности модуля, оптимальной ориентации оси вращения его роторов в воздушном пространстве.

В большей мере требованиям пространственной устойчивости и надежности эффективного положения осей вращения роторов относительно ветра отвечают ветрогенератор (патент RU 2576103 С1, 27.01.2015) и ветроэнергетическая система (патент RU 2594827 С1, 15.10.2015), указанные положительные качества которых достигаются однако за счет большой материалоемкости двух или более аэростатных оболочек, входящих в составы воздухоплавательных модулей.

Все существующие аэростатно-плавательные ветроэнергетические устройства не приспособлены к эксплуатации в условиях обледенения. Это оправданно в большинстве климатических зон, где в зимние время не создаются или создаются исключительно редко и кратковременно периоды благоприятной для обледенения погоды, а именно с температурой от -5°С до -10°С при влажности воздуха более 85%. В противных же случаях при негативных особенностях климата наличие противообледенительной (ПО) системы в составе воздухоплавательных модулей ветрогенераторов является необходимым и обязательным. Без ПО-систем потребуется прекращать работу установок на время частого и продолжительного обледенения, опускать воздухоплавательный модуль к наземному причальному узлу, тем или иным способом, например тепловыми пушками, удалять ледяные образования с аэростатных поверхностей.

Для борьбы с обледенением летательных аппаратов их лобовые сопротивления минимизируются, применяются механические, физико-химические и тепловые ПО-системы. Разновидностью механического метода является пневматическая система, имеющая небольшую массу и энергоемкость, что делает ее предпочтительной в низко-скоростных потоках воздуха. При этом на защищаемой поверхности закрепляются сигнализаторы обледенения и эластичные пневмокамеры. Когда обледенение достигает толщины в 4-5 мм, внутрь камер подается воздух, они раздуваются и раскалывают лед, который уносится ветром с защищаемой поверхности. Цикл очистки завершается стравливанием воздуха из объемов камер. Однако покрытие всей защищаемой поверхности пневмокамерами утяжеляет летательный аппарат и чаще всего технически возможно не повсеместно, в результате чего на защищаемых поверхностях остаются места и зоны, с которых удаление льда не происходит.

Наряду с этим из области практического воздухоплавания известен действующий германский полужесткий дирижабль Zeppelin NT LZ-N07, внутри газонаполненной оболочки которого размещены для поддержания неизменяемости сигарообразной внешней формы аппарата мягкие емкости - баллонеты, наполняемые воздухом из внешней окружающей среды.

Сущность технического решения состоит в том, что камерой изменяемой наполняемости является вся мягкая аэростная оболочка, из которой при обледенении ее внешней поверхности в среднем 1/5 доля легкого газа принудительно перетекает в жестко-корпусной баллонет, являющийся внутренним элементом упомянутой мягкой оболочки, частично выступающим снизу за ее пределы. Аэростатическая подъемная сила оболочки не изменяется, положительная плавучесть воздухоплавательного модуля ветрогенератора сохраняется. В то же время мягкая аэростатная оболочка несколько теряет первоначальную форму, ее поверхность сморщивается, ледяная корка ломается, отрывается по всей внешней поверхности оболочки и уносится ветром. По завершении цикла противообледенительной очистки легкий газ из баллонета принудительно перетекает в том же количестве назад в оболочку, которая тем самым восстанавливает свою первоначальную обтекаемую форму и низкое лобовое сопротивление.

Целью изобретения является использование ветрогенератора в условиях обледенения внешней поверхности мягкой аэростатной оболочки воздухоплавательного модуля, с помощью которого ветросиловой блок поднят на высоту скоростных ветров.

Поставленная цель достигается тем, что на внешней поверхности мягкой газонаполненной аэростатной оболочки воздухоплавательного модуля противообледенительно-аэростатного ветрогенератора установлены сигнализаторы обледенения, внутри оболочки содержится баллонет в жестко-корпусном исполнении, частично выступающий снизу за пределы этой же оболочки. Рамная подвеска с ветросиловым блоком крепится к днищу выступающей части баллонета, от которой также выдвинута в подветренную сторону консольная платформа с установленным на ней компрессором, обвязанным имеющим автоматические клапана шланговым коллектором, для осуществления принудительного перетока доли легкого газа из мягкой аэростатной оболочки в жесткий баллонет и того же количества газа в обратном порядке.

На фиг. 1 показан общий вид противообледенительно-аэростатного ветрогенератора; на фиг. 2 - вид на воздухоплавательный модуль того же устройства с наветренной стороны.

Устройство состоит из воздухоплавательного модуля и причального узла, связанных привязными тросами 1 и трос-кабелем 2. В свою очередь воздухоплавательный модуль включает в себя мягкую аэростатную оболочку 3 в форме газонаполненного шара на внешней поверхности оснащенного сигнализаторами обледенения и усиленного меридианными лентами 4. Внутри и частично выступая снизу за пределы оболочки располагается жестко-корпусной баллонет 5, на днище которого закреплена и свисает вниз рамная подвеска 6 с силовым блоком из ветряных роторов 7 и электрогенератора 8. От выступающей части баллонета выдвинута в подветренную сторону консольная платформа 9, на которой установлен компрессор 10, обвязанный шланговым коллектором с автоматическими клапанами 11.1 и 11.2 для принудительного перетока части легкого газа из оболочки в баллонет, а также 12.1 и 12.2 для обратного перетока того же количества легкого газа из баллонета в оболочку. То, как шланговый коллектор изображен на фиг. 1, сделано для наглядности, в действительности он полностью расположен на подветренной стороне аэростатной оболочки. 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.

Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор работает следующим образом. Мягкая аэростатная оболочка устройства заполняется легким газом в объеме, необходимом для придания оболочки стабильной шаровидной формы и достижения подъемной силы, достаточной для отрыва от земли и пространственной устойчивости воздухоплавательного 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 роторов становятся перпендикулярными направлению ветра. Скоростной напор ветра вращает роторы, механическая энергия подается в электрогенератор, 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, воздухоплавательный модуль совместно с поворотной платформой разворачиваются снова до тех пор, пока направленность привязных тросов и трос кабеля не совпадут с новым направлением ветра, а оси вращения роторов не займут перпендикулярного положения к ветру.

При известных неблагоприятных погодных условиях на внешней поверхности аэростатной оболочки образуется наледь, о которой, если слой льда достигает 2-3 мм, сообщают сигнализаторы обледенения. Включается компрессор и открываются автоматические клапана 11.1 и 11.2 коллектора для принудительного перетока части легкого газа из мягкой аэростатной оболочки в жестко-корпусной баллонет. Вследствие утраты аэростатной оболочкой своей первоначальной формы с гладкой поверхностью, появления на ней морщин и неравномерной волнистости обледенение разрушается и удаляется воздушным потоком. Изменение состояния оболочки фиксируется и передается сигнализаторами обледенения в виде команды на автоматические запорные устройства коллектора, из которых клапана 11.1 и 11.2 закрываются, а открываются клапана 12.1 и 12.2. Осуществляется обратный принудительный переток легкого газа в том же количестве около 20-30% от объема газонаполнения всей системы из баллонета в аэростатную оболочку. По завершении описанного цикла все клапана закрываются, а компрессор отключается.

В отличие от базовых устройств предлагаемый ветрогенератор комплектуется противообледенительными элементами: жестко-корпустным баллонетом, компрессором и коллектором, средствами автоматизации, что повышает массу воздухоплавательного модуля, менее значительно, но сказывается на его габаритах с соответствующим увеличением объема газонаполнения мягкой аэростатной оболочки. Таким образом решение об его использовании даже в северных странах должно быть основано на длительных наблюдениях климата и твердой уверенности в том, что на высотах скоростных ветров часто и на продолжительное время повторяется узкий погодный интервал образования обледенения на аэростатных поверхностях. Вместе с тем целесообразность применения ветрогенератора в противообледенительной модификации не вызывает сомнения для эксплуатации в арктических широтах.

Настоящий ветрогенератор имеет двойную мобильность: вертикальную, когда ветросиловой блок размещается в широком диапазоне высот (на практике достигнут уровень в 600 метров от причального узла); горизонтальную, когда установка может легко переноситься с места на место, менять климатические зоны размещения без ущерба для эффективной генерации от ВИЭ.

Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор, содержащий воздухоплавательный модуль в составе мягкой газонаполненной аэростатной оболочки положительной плавучести, усиленной меридианными лентами, ниже расположенной рамной подвески с ветросиловым блоком из ветряных роторов и электрогенератора, причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта, отличающийся тем, что противообледенительно-аэростатный ветрогенератор дополнен жестко-корпусным баллонетом, расположенным внутри аэростатной оболочки и частично выступающим снизу за ее пределы, на этой выступающей части баллонета закреплена к его днищу рамная подвеска с ветросиловым блоком и установлен на консольной платформе, выдвинутой в подветренную сторону, компрессор, обвязанный шланговым коллектором с автоматическим клапанами, срабатывающими от сигнализаторов внешнего обледенения аэростатной оболочки так, что осуществляются принудительные перетоки части легкого газа между оболочкой и баллонетом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к покрытию лопастей роторов ветрогенераторов. Применение покрытия, содержащего от 15 до 75 ат.

Изобретение относится к ветроэнергетической установке и способу возведения ветроэнергетической установки. Ветроэнергетическая установка, имеющая фундамент (210), выполненный с возможностью установки на грунт (10) или в грунт (10), имеющий уровень грунта, и башню (102), которая размещена на фундаменте (210), при этом фундамент (210) имеет фундаментную плиту (211) и фундаментный цоколь (212) на фундаментной плите (211), расположенный выше уровня грунта, при этом фундаментная плита (211) распложена ниже уровня грунта, при этом на фундаментном цоколе (212) предусмотрен соединительный элемент (213, 214) для стягивающих тросов, имеющий множество отверстий (213a, 214a) для размещения стягивающих тросов (230), при этом стягивающие тросы (230) натянуты с нижней стороны (213b, 214b) соединительного элемента (213, 214) посредством головки (240) стягивающих тросов, при этом фундаментная плита (211) и фундаментный цоколь (212) отлиты цельно из залитого на месте бетона, при этом расстояние между верхней стороной фундаментной плиты и нижней стороной соединительного элемента для стягивающих тросов имеет величину, обеспечивающую рабочим достаточно места для натяжения стягивающих тросов.

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.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель имеет вертикальную ось вращения, как минимум две лопасти и крепления, соединяющие лопасти и вал, в горизонтальной плоскости лопасти имеют форму вытянутой капли.

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 ветроэнергетической установке. Ветроэнергетическая установка содержит башню (102) с продольной осью, установленную на башне (102) с возможностью вращения гондолу (104), несколько кабелей (200), проходящих от гондолы (104) в башню (102), и транспортный узел (500).

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 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 ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка содержит платформу, выполненную в виде многолучевой звезды с возможностью вращения вокруг собственной оси симметрии, и парусные элементы, установленные на концах лучей указанной звезды, выполненные с возможностью вращения вокруг собственных осей симметрии.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ортогональный ветродвигатель с наклонными складными лопастями содержит ветряное колесо, установленное на корпусе шестеренчатого планетарного редуктора, размещенного на полом валу отбора мощности с посаженными на нем силовым зубчатым колесом и четырехконтактным коллекторным токосъемником, центральную заторможенную ось с закрепленными на ней на нижнем конце реверсивным червячным приводом и на верхнем конце флюгерным узлом самоориентации лопастей на ветер, муфты и толкатели для размыкания кинематических связей складывающихся лопастей, ролики для разворота плоскостей сложенных лопастей перпендикулярно центральной оси вращения, устройство отбора мощности и опорную мачту.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель содержит вертикальный вал, смонтированные на нем лопасти, вращающиеся в горизонтальной плоскости.

Изобретение относится к области возобновляющихся источников энергии движущихся сред для выработки электрической и механической энергии. Преобразователь энергии движущейся среды, выполненный в виде колеса-ротора с перпендикулярной к скорости потока осью вращения, установленный на платформе или мачте и снабженный одной или несколькими сбалансированными лопастями, жестко связанными с валом и выполненными составными из несущих конструкций, плоскости которых проходят через ось вращения вала колеса-ротора и жалюзи, снабженных смещенными к одному краю осями вращения, установленными вдоль несущей конструкции лопасти на равных ширине жалюзи расстояниях, и ограничителями поворота жалюзи, установленными вдоль несущих конструкций лопастей.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветродвигатель с вертикальной осью вращения, ветродинамическим контуром и его гиревым регулятором, сопряженным с полиспастно-протяжным устройством, содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью вращения.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Сдвоенная ортогональная циклоидная ветротурбина, содержащая два встречно и соосно установленных ветроагрегата с противоположным направлением вращения их ветряных колес, генераторные узлы, несущую раму с каркасом, удерживающие их в вертикальном положении тросовые растяжки и трубчатую мачту с цапфой в нижней части.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэлектрическим станциям. Ветроэлектрическая станция содержит поворотное в горизонтальной плоскости основание с двумя вертикальными роторами, обтекатель и стабилизатор.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветроэнергетическая установка содержит беговую дорожку в виде кольцевого рельсового пути, на котором установлены тележки, соединенные поводками с валом привода генератора электрического тока.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрическим станциям. Ветроэлектрическая станция содержит поворотное в горизонтальной плоскости основание с двумя вертикальными роторами, обтекатель и стабилизатор.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель содержит вращающиеся основания с приемниками энергии, центральную стойку с поворотным основанием.

Изобретение относится к ветряным двигателям. Ветротурбинная установка содержит установленный в корпусе ротор, выполненный в виде центробежной крыльчатки с лопатками, и ветроуловитель, содержащий вертикально ориентированные изогнутые в сторону ветропотока лопасти, смещенные относительно друг друга с последовательным перекрытием друг друга с образованием между ними вертикального воздуховода.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор, содержащий воздухоплавательный модуль в составе мягкой газонаполненной аэростатной оболочки положительной плавучести, усиленной меридианными лентами, ниже расположенной рамной подвески с ветросиловым блоком из ветряных роторов и электрогенератора, причальный узел, на поворотной платформе которого установлены подветренно две соосные лебедки и диаметрально им кабельная бухта. Противообледенительно-аэростатный ветрогенератор дополнен жестко-корпусным баллонетом, расположенным внутри аэростатной оболочки и частично выступающим снизу за ее пределы, на этой выступающей части баллонета закреплена к его днищу рамная подвеска с ветросиловым блоком и установлен на консольной платформе, выдвинутой в подветренную сторону, компрессор, обвязанный шланговым коллектором с автоматическим клапанами, срабатывающими от сигнализаторов внешнего обледенения аэростатной оболочки так, что осуществляются принудительные перетоки части легкого газа между оболочкой и баллонетом. Изобретение направлено на разрушение обледенения и пространственную устойчивость ветрогенератора. 2 ил.

Наверх