ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F03D3/06 

Изобретение относится к области малой энергетики и может быть использовано для создания ветроэнергетических станции.

Известна ветроэнергетическая станция, содержащая ветроколесо карусельного типа, включающее кольцевой рельс, вертикальные мачты, установленные на них парусные рабочие органы, связанные с ними колесные опоры, контактирующие с рельсом, расположенным под навесом, а также кольцевые навес и тоннель, внутри которого расположен индуктор генератора (см. а.с. СССР N 1455037, кл. F 03 D 5/04, 1989).

Недостатками такой установки являются наличие опорной рельсовой системы, что значительно усложняет и соответственно удорожает стоимость установки; большие силы трения качения по рельсу, которые приводят к дополнительным безвозвратным потерям мощности; отсутствие аккумулятора энергии инерционного типа.

Известна также ветроэнергетическая установка, содержащая ветровоспринимающие рабочие органы, установленные на кольцевом понтоне и преобразователь энергии кинематически связанный с понтоном (см. а.с. СССР N 1719713, кл. F 03 D 3/06, 1992).

Последнее решение является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и выбрано в качестве прототипа.

Недостаток прототипа выражается в усложнении передачи механической энергии на электрогенераторы, особенно при увеличении размеров колеса, что вызвано наличием сил радиального смещения понтона при его вращении. Таким образом, понтон эффективно взаимодействует только с теми генераторами, в направлении которых действует названная сила. Кроме того, необходимость сооружения кольцевого канала (или по крайней мере монтирования нескольких опорных элементов (ограничителей) по внешнему периметру понтона) существенно усложняет и удорожает монтаж установки.

Задача, на решение которой направлено заявляемое решение, выражается в повышении эффективности процесса преобразования механической энергии в электрическую, при обеспечении надежности этого процесса независимо от размеров рабочего колеса, использование свободной поверхности озер и морей в прибрежной зоне.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении и повышении устойчивости при расположении на свободной акватории установки увеличенных размеров, уменьшении жидкостного трения и увеличении массы воды, вовлекаемой во вращение для аккумулирования энергии.

Поставленная задача решается тем, что ветроэнергетическая установка, содержащая ветровоспринимающие рабочие органы, установленные на кольцевом понтоне и преобразователь энергии, кинематически связанный с понтоном, отличается тем, что преобразователь энергии размещен внутри кольца на стационарном основании, при этом понтон связан со ступицей преобразователя механической энергии в электрическую посредством гибких тяг, размещенных по хорде кольца понтона и связанных с кромкой ступицы. Кроме того, ветровоспринимающие рабочие органы выполнены в виде поворотных лопастей.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого решения и признаков аналогов и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию "новизна".

При этом признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак "...преобразователь энергии размещен внутри кольца на стационарном основании..." позволяет исключить невращающиеся элементы в зоне несущей системы, где раскручена вода и обеспечить простой съем энергии на преобразователь механической энергии в электрическую, повысить безопасность и аварийную устойчивость.

Признаки ". . . понтон связан со ступицей преобразователя механической энергии в электрическую посредством гибких тяг, размещенных по хорде кольца понтона и связанных с кромкой ступицы" позволяют центровать понтон относительно стационарного основания и передать крутящий момент. Кроме того, наличие гибких тяг облегчает работу конструкции при волнении и колебании уровня воды.

Признак "... ветровоспринимающие рабочие органы выполнены в виде поворотных лопастей" позволяет повысить КПД съема энергии.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена ветроэнергетическая установка в разрезе.

На чертеже показаны понтон 1, лопасти 2, механизм поворота 3 лопастей 2, преобразователь энергии 4, стационарное основание 5, ступицы 6, гибкие тяги 7.

Установка состоит из несущей конструкции, выполненной в виде кольцевого понтона 1. Одна сторона понтона 1 выполнена необходимой формы для опоры на поверхность воды. На свободной стороне понтона 1 установлены ветровоспринимающие рабочие органы, выполненные в виде поворотных лопастей 2 и механизм поворота 3 этих лопастей. Механизм поворота 3 лопастей 2 может быть выполнен в любом общеизвестном варианте (например, зубчатая передача от приводного двигателя с управлением от флюгера). Преобразователь энергии 4 устанавливают внутри кольцевого понтона 1 на стационарном основании 5. На верхнем конце преобразователя энергии 4 выполнены ступицы 6, с кромками которых связаны гибкие тяги 7 (например, система канатов). Канаты 7 расположены по хордам кольцевого понтона 1 и связывают понтон 1 со ступицей 6 преобразователя 4 механической энергии в электрическую.

Установка работает следующим образом. При появлении ветра лопасти 2 устанавливаются в рабочее положение с помощью механизма поворота 3. Лопасти 2 раскручивают несущую конструкцию (понтон 1).

За счет сил трения о воду часть энергии в начальный момент тратится на "раскручивание" воды. Образуется водяной ринг вокруг стационарного основания 5, который будет поддерживать вращение понтона 1 при снижении силы ветра. С помощью гибких тяг через ступицы 6 вращение понтона 1 передается на преобразователь энергии 4, находящийся на стационарном основании 5.

Изобретение позволяет повысить эффективность преобразования энергии ветроэнергетической установки при обеспечении надежности этого процесса независимо от размеров рабочего колеса. Установка состоит из несущей конструкции, выполненной в виде кольцевого понтона на стационарном основании. На верхнем конце преобразователя энергии выполнены ступицы, с кромками которой связаны гибкие тяги. Гибкие тяги расположены по хордам кольцевого понтона и связывают понтон со ступицей преобразователя механической энергии в электрическую. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая ветровоспринимающие рабочие органы, установленные на кольцевом понтоне, и преобразователь энергии, кинематически связанный с понтоном, отличающаяся тем, что преобразователь энергии размещен внутри кольца на стационарном основании, при этом понтон связан со ступицей преобразователя механической энергии в электрическую посредством гибких тяг, размещенных по хорде кольца понтона и связанных с кромкой ступицы. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что ветровоспринимающие рабочие органы выполнены в виде поворотных лопастей.