УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Российский патент 1994 года по МПК F03D5/04 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к преобразованию энергии ветра и солнца.

Известно ветроэнергетическое устройство [1] , состоящее из многосекционного каркаса с размещенными на нем рабочими элементами преобразователей энергии ветрового потока, который установлен на опорных тележках с возможностью перемещения по криволинейному несущему пути.

Такое устройство недостаточно эффективно из-за того, что часть рабочих элементов всегда расположена в теневой зоне каркаса, большая масса подвижных частей ведет к значительным потерям энергии на трение, а занятая устройством поверхность земли не может использоваться для других целей
Известны устройства для фотоэлектрического [2] и отражающе-фокусирующего [3] преобразования солнечной энергии в электрическую или тепловую, в которых отсутствуют большие движущиеся части, рабочие элементы всегда обращены в направлении солнца, но значительная площадь поверхности земли, занятая устройствами, также не может использоваться по иному назначению.

Известно устройство для преобразования энергии ветра [4] , принятое за прототип, в котором рабочие преобразующие элементы размещены на жестком многосекционном каркасе, который установлен на опорных тележках с возможностью перемещения по двум эквидистантным путям несущей трассы при изменении направления ветра.

Однако это устройство недостаточно эффективно по следующим причинам.

Во-первых, увеличение мощности ветроэнергетических преобразователей ведет не только к значительно большему увеличению массы многосекционного каркаса, но и к существенному усложнению процесса его перемещения по несущей трассе. Кроме того, для осуществления возможности работы устройства требуется достаточно точная выверка эквидистантных путей в горизонтальной плоскости и относительно друг друга. Во-вторых, зона поверхности земли, расположенная как внутри эквидистантных путей устройства, так и на некотором расстоянии за их пределами, не может использоваться для объектов промышленного, сельскохозяйственного и социально-бытового назначения.

Изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности работы в результате многократного увеличения мощности устройства и на повышение эффективности использования занимаемой им территории за счет осуществления возможности размещения на ней других объектов промышленного, сельскохозяйственного и культурно-бытового назначения.

Указанная задача решается за счет того, что в устройстве для преобразования энергии, содержащем криволинейную несущую трассу, включающую по меньшей мере два эквидистантных пути, размещенные на них с возможностью перемещения опорные тележки с установленным на них с возможностью автоматической ориентации и размещенным вдоль несущей трассы по меньшей мере одним многосекционным каркасом с поддерживающей частью и преобразователи энергии, установленные на каркасе, опорные тележки снабжены приводами и соединены друг с другом связями с образованием по меньшей мере двух цепей, установленных с возможностью синхронного перемещения по эквидистантным путям несущей трассы. Кроме того, преобразователи энергии выполнены в виде ветровых и (или) солнечных преобразующих устройств, эквидистантные пути выполнены в виде сопряженных участков различной кривизны, а цепи опорных тележек установлены с возможностью изменения их длины за счет изменения длины их связей, по меньшей мере два каркаса с поддерживающими частями расположены на противоположных участках несущей трассы, каркас установлен с возможностью отклонения его центра масс относительно его мест закрепления на опорных тележках в направлении, поперечном пути несущей трассы.

К существенным отличительным признакам устройства для преобразования энергии относятся следующие.

Опорные тележки многосекционного каркаса и его поддерживающей части соединены связями и образуют по меньшей мере две цепи.

Цепи опорных тележек, снабженных приводами, установлены с возможностью синхронного перемещения по эквидистантным путям несущей трассы.

Преобразователи энергии выполнены в виде ветровых и (или) солнечных преобразующих устройств.

Эквидистантные пути несущей трассы выполнены в виде сопряженных участков различной кривизны.

Цепи опорных тележек установлены с возможностью изменения их длины за счет изменения длины их связей.

По меньшей мере два каркаса с поддерживающими частями расположены на противоположных участках несущей трассы.

Каркас установлен с возможностью отклонения его центра масс относительно его мест закрепления на опорных тележках в направлении, поперечном пути несущей трассы.

На фиг. 1 представлена схема устройства для преобразования энергии (вид сверху) с кольцевой замкнутой трассой из двух эквидистантных путей; на фиг. 2 - то же, с незамкнутой трассой из трех эквидистантных путей; на фиг. 3 - то же, с замкнутой трассой в виде многогранника со скругленными сопряжениями сторон; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1 (с поддерживающей частью в виде односторонних гибких растяжек с наклоном части каркаса с преобразователями энергии навстречу ветровому потоку); на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 2 ( с поддерживающей частью в виде двухсторонних гибких растяжек).

Устройство для преобразования энергии содержит замкнутую (фиг. 1, 3) или разомкнутую (фиг. 2) несущую трасу 1 с эквидистантными по всей ее длине путями 2, установленными на земной или водной поверхности. На путях трассы 1 размещены опорные тележки 3, соединенные связями 4 в цепи 5, 6, снабженные встроенными или автономными приводами (не показаны). Цепи опорных тележек 5, 6 установлены с возможностью изменения их общей длины за счет удлинения или укорачивания связей 4, соединяющих опорные тележки 3 в цепи. На цепях опорных тележек, расположенных на разных путях трасы 1, установлен по крайней мере один многосекционный каркас, состоящий из двух частей - части 7, на секциях которой установлены преобразователи энергии 8, и поддерживающей части 9, выполненной в виде, например, системы гибких растяжек (фиг. 4, 5). Часть 7 каркаса с преобразователями энергии 8 размещена на цепи 5 опорных тележек, а поддерживающая часть 9 каркаса может размещаться на одной (фиг. 1) или двух (фиг. 2, 3) цепях 6 опорных тележек, расположенных соответственно с одной или с двух сторон относительно части 7 каркаса.

Секции части 7 каркаса соединены друг с другом и имеют возможность отклоняться относительно мест их закрепления на опорных тележках в направлении, поперечном пути несущей трассы, то есть навстречу ветровому потоку 10 (фиг. 4). В качестве преобразователей энергии 8 могут быть применены и ветровые, и солнечные энергетические преобразователи, работающие по отдельности или совместно. Устройство снабжено встроенными или размещенными отдельно датчиками измерения пространственно-энергетических параметров ветрового 10 и солнечного 11 потоков энергии и датчиками контроля параметров узлов устройства, связанными с системой управления. Приводы перемещения цепей опорных тележек, механизмы ориентации и регулирования каркаса и преобразователей энергии, устройства сбора, подготовки и передачи энергии потребителю и др. также связаны с системой управления.

В зоне расположения устройства могут размещаться объекты 12 промышленного, сельскохозяйственного и социально-бытового назначения.

Устройство для преобразования энергии работает следующим образом.

По команде системы управления в ручном или автоматизированном режиме цепи 5, 6 опорных тележек 3 перемещаются по трассе 1 с расположенным на них каркасом в положение, соответствующее поперечному расположению каркаса относительно ветрового 10 или солнечного 11 потока энергии (фиг. 1, 2, 3). Преобразователи энергии 8, ориентированные по сигналам системы управления и настроенные на определенный режим работы, под действием энергопотока вырабатывают электрическую энергию или концентрируют тепловую энергию солнца в определенной области зоны расположения устройства. Электрическая или тепловая энергия от преобразователей поступает в общую энергосистему устройства, в которой осуществляется ее подготовка по требуемым параметрам (частота, напряжение, род, сила тока, температура, давление теплоносителя и др. ) и передача потребителю.

Вырабатываемая энергия используется для нужд расположенных в зоне устройства промышленных, сельскохозяйственных и социально-бытовых объектов 12 или передается в другие районы. Избыток энергии может накапливаться для последующего использования путем применения соответствующих аккумулирующих устройств в зависимости от местных условий.

При изменении направления и интенсивности ветрового потока и солнечного излучения система управления устройства после обработки информации от соответствующих датчиков выдает команду на изменение положения каркаса не несущей трассе 1 - синхронно включаются приводы перемещения цепей опорных тележек 5, 6 и весь каркас с преобразователями энергии перемещается на соответствующий участок трассы 1, расположенный поперек энергопотока 10 или 11.

При размещении на каркасе ветровых преобразователей энергии возможны, например, варианты устройства, предусматривающие размещение на криволинейной (фиг. 1) или многогранной (фиг. 3) замкнутой (фиг. 1, 3) или разомкнутой (фиг. 2) трассе 1 двух или более каркасов, часть из которых располагается с наветренной стороны, а другие - с подветренной стороны устройства. Причем поддерживающая часть 9 каркаса располагается с одной (фиг. 4) или с двух (фиг. 5) сторон от части 7 каркаса с преобразователями энергии. Для уменьшения нагрузки на гибкие растяжки поддерживающей части 9 каркаса его часть 7 установлена с возможностью смещения центра масс относительно мест закрепления секций с преобразователями энергии 8 в направлении навстречу ветровому потоку 10 путем, например, наклона. Величина наклона зависит от ветровой нагрузки на каркас и обеспечивается изменением длины растяжек части 9 каркаса. Наклоном каркаса навстречу ветровому потоку обеспечивается уменьшение (компенсация) величины опрокидывающего момента от действующей на каркас силы давления ветра и соответственно уменьшение нагрузок на растяжки поддерживающей части каркаса.

При перемещении каркаса по несущей трассе 1 с участками различной кривизны (фиг. 3) для компенсации разности в длинах эквидистантных путей (наружный путь длиннее внутреннего) опорные тележки соединены в цепи 6 с помощью связей 4, имеющих возможность изменять по команде системы управления расстояние между опорными тележками 3. Так, при перемещении каркаса по трассе из трех эквидистантных путей различной кривизны (фиг. 2) связи между опорными тележками наружного пути удлиняются, внутреннего пути укорачиваются, а сpеднего пути остаются неизменными. Этим достигается расположение всех трех опорных тележек, находящихся на разных путях и связанных с одной секцией каркаса, на одной радиальной линии криволинейной трассы и обеспечивается стабильное положение каркаса в вертикальной плоскости.

Многогранная форма несущей трассы (фиг. 3), каждая грань которой равна или превышает суммарную длину располагаемых на ней каркасов, позволяет наиболее эффективно расположить все каркасы на трассе относительно ветрового потока. Достигается это тем, что грани трассы устройства и расположенные на каркасе преобразователи энергии размещаются перпендикулярно направлению главенствующих ветров для данной местности (с учетом "розы ветров").

Искажение характера ветрового потока в теневой зоне каркаса, расположенного с наветренной стороны устройства, и снижение энергетического потенциала не влияют на работу каркаса, расположенного на той же трассе, но с подветренной стороны устройства. Это объясняется тем, что расстояние между каркасами может достигать нескольких километров. При прохождении этого расстояния ветровой поток даже при высоте каркаса, измеряемой десятками и сотнями метров, полностью выравнивается.

Особенностью устройства, на котором расположены солнечные преобразователи энергии, является то, что трасса 1 выполняется незамкнутой, ориентированной на восток, юг и запад в случае, если на трассе расположен один каркас (фиг. 2). Для многокаркасного устройства с солнечными преобразователями трасса выполняется замкнутой.

При размещении на каркасе и ветровых, и солнечных преобразователей энергии повышается регулярность (равномерность) выработки энергии. При наличии ветра работают ветровые преобразователи, при наличии солнечного потока энергии работают солнечные преобразователи, при наличии ветрового и солнечного потоков энергии работают те и другие в оптимальном соотношении.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1307082, кл. F 03 D 3/06, опублик. 1987.

Авторское свидетельство СССР N 275249, кл. Н 01 L 31/00, опублик. 1970.

Авторское свидетельство СССР N 1272062, кл. F 24 J 2/18, опублик. 1986.

Авторское свидетельство СССР N 1280180, кл. F 03 D 1/02, опублик. 1986.

Использование: в области энергетики, в частности при преобразовании энергии ветра и солнца. Сущность: устройство для преобразования энергии содержит криволинейную несущую трассу в виде по меньшей мере двух эквидистантных путей, на которых размещены опорные тележки с установленными на них по меньшей мере одним многосекционным каркасом с поддерживающей частью и с преобразователями энергии, расположенными вдоль несущей трассы с возможностью перемещения по ней и автоматической ориентации. Новым в устройстве является то, что опорные тележки, снабженные приводами, соединены друг с другом связями и образуют по меньшей мере две цепи, установленные с возможностью синхронного перемещения по эквидистантным путям несущей трассы. Кроме того, преобразователи энергии выполнены в виде ветровых и солнечных преобразующих устройств. Эквидистантные пути выполнены в виде сопряженных участков различной кривизны. Цепи опорных тележек установлены с возможностью изменения их длины за счет изменения длины их связей. По меньшей мере два каркаса с поддерживающими частями расположены на противоположных участках несущей трассы. Каркас установлен с возможностью отклонения его центра масс относительно его мест закрепления на опорных тележках в направлении, поперечном пути несущей трассы. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ, содержащее криволинейную несущую трассу, включающую по меньшей мере два эквидистантных пути, размещенные на них с возможностью перемещения опорные тележки с установленным на них с возможностью автоматической ориентации и размещенным вдоль несущей трассы по меньшей мере одним многосекционным каркасом с поддерживающей частью и преобразователи энергии, установленные на каркасе, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы и использования занимаемой территории, опорные тележки снабжены приводами и соединены друг с другом связями с образованием по меньшей мере двух цепей, установленных с возможностью синхронного перемещения по эквидистантным путям несущей трассы. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что преобразователи энергии выполнены в виде ветровых и(или) солнечных преобразующих устройств. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что эквидистантные пути выполнены в виде сопряженных участков различной кривизны, а цепи опорных тележек установлены с возможностью изменения их длины за счет изменения длины их связей. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере два каркаса с поддерживающими частями расположены на противоположных участках несущей трассы. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каркас установлен с возможностью отклонения его центра масс относительно его места закрепления на опорных тележках в направлении, поперечном пути несущей трассы.