ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F03D3/06 

Изобретение относится к области малой энергетики и может быть использовано для создания установок повышенной мощности.

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 расположены индуктор и генераторы (см. а.с. СССР 1455037, МКИ⁵ F 03 D 5/04, 1989 г.).

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, размещенные на кольцевом понтоне и преобразователь механической энергии в электрическую, кинематически связанный с понтоном (см. а.с. СССР 1719713, МКИ⁵ F 03 D 3/06, 1992 г.).

Ветровоспринимающие рабочие органы прототипа расположены вдоль всего диаметра несущей системы и могут снимать энергию со всей площади понтона. Однако они работают неэффективно, т.к. ветровоспринимающие рабочие органы, расположенные на меньших радиусах вращаются с линейной скоростью, которая меньше скорости ветра. Чем меньше радиус, на котором расположен рабочий орган, тем больше должна быть угловая скорость вращения несущей системы.

Кроме того, необходимость сооружения кольцевого канала (или, по крайней мере, монтирования нескольких опорных элементов (ограничителей) по внешнему периметру понтона) существенно осложняет и удорожает монтаж установки. Недостаток прототипа выражается также в усложнении передачи механической энергии на электрогенераторы.

Задача, на решение которой направлено заявляемое решение, выражается в повышении эффективности процесса преобразования механической энергии в электрическую, не увеличивая габариты установки.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в оптимизации условий взаимодействия ветрового потока с элементами устройства и как следствие увеличении КПД.

Поставленная задача решается тем, что ветроэнергетическая установка, содержащая ветровоспринимающие рабочие органы, размещенные на кольцевом понтоне, и преобразователь механической энергии в электрическую, кинематически связанный с понтоном, отличается тем, что на понтон с возможностью вращения соосно с ним, оперто несущее кольцо, снабженное дополнительными ветровоспринимающими органами, при этом понтон и кольцо связаны гибкими тягами с кромками ступиц отдельных преобразователей энергии, установленных соосно внутри кольца понтона на стационарном основании, причем тяги размещены по хордам соответственно понтона и несущего кольца.

Кроме того, понтон содержит кольцевой рельс, а несущее кольцо оперто на этот рельс. При этом ветровоспринимающие рабочие органы выполнены в виде поворотных лопастей.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого решения и существенных признаков аналогов и прототипов свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

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

Признак ". .. на понтон с возможностью вращения соосно с ним оперто несущее кольцо, снабженное дополнительными ветровоспринимающими органами..." позволяет увеличить число рабочих органов, расположенных по радиусу несущей системы, одновременно позволяя увеличить угловую скорость ее вращения, воспринимая энергию ветра более эффективно.

Признак ". . . отдельных преобразователей энергии, установленных соосно внутри кольца понтона на стационарном основании..." позволяет исключить невращающиеся элементы в зоне несущей системы, где раскручена вода, и обеспечить простой съем энергии на преобразователи механической энергии в электрическую, повысить безопасность и аварийную устойчивость.

Признаки ". .. понтон и кольцо связаны гибкими тягами с кромками ступиц отдельных преобразователей энергии...", "... причем тяги размещены по хордам соответственно понтона и несущего кольца..." позволяют центровать понтон и несущее кольцо относительно стационарного основания и передать крутящий момент. Кроме того, наличие гибких тяг облегчает работу устройств при волнении и колебании уровня воды.

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

Признаки третьего пункта формулы изобретения конкретизируют конструктивное выполнение несущих конструкций и их взаимодействие.

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

На чертеже показаны понтон 1, несущее кольцо 2, лопасти 3 и 6, механизмы поворота 4 и 7 этих лопастей, кольцевой рельс 5, стационарное основание 8, преобразователи энергии 9 и 10, ступицы 11, гибкие тяги 12.

Установка состоит из двух несущих систем, вложенных одна в другую и вращающихся с различной угловой скоростью. Одна несущая система выполнена в виде кольцевого понтона 1, одна сторона которой выполнена необходимой формы для опоры на поверхность воды. На свободной стороне понтона 1 установлены ветровоспринимающие рабочие органы, выполненные в виде поворотных лопастей 3 с механизмом их поворота 4. На понтоне 1 установлен кольцевой рельс 5. На кольцевой рельс оперто несущее кольцо 2 (вторая несущая система), на котором установлены поворотные лопасти 6 со своим механизмом поворота 7. Механизмы поворота 4 и 7 лопастей 3 и 6 могут быть выполнены в любом общеизвестном варианте (например, зубчатая передача от приводного двигателя с управлением от флюгера). Внутри понтона 1 на стационарном основании 8 соосно установлены преобразователи энергии 9 и 10, на верхних концах которых выполнены ступицы 11. Гибкие тяги 12 (например, система канатов) размещенные по хордам соответственно понтона 1 и несущего кольца 2, связывают кромки ступиц 11 преобразователя энергии 9 с понтоном 1 и кромки ступиц 11 преобразователя энергии 10 с несущим кольцом 2.

Устройство работает следующим образом. При появлении ветра лопасти 3 и 6 устанавливаются в рабочее положение с помощью механизмов их поворота 4 и 7. Лопасти 3 раскручивают понтон 1, а лопасти 6 - несущее кольцо 2. За счет сил трения о воду часть энергии в начальный момент тратится на "раскручивание" воды. Образуется водяной ринг вокруг стационарного основания 8. Энергия вращения несущих систем 1 и 2 с помощью гибких тяг 12 через ступицы 11 передается на преобразователи энергии 9 и 10, находящиeся на стационарном основании 8.

Такое техническое решение позволяет наиболее полно использовать энергию ветра в охватываемых размерах. При этом можно получить различные частоты вращения несущих систем и использовать это качество для снятия энергии или для управления.

Изобретение относится к области малой энергетики и может быть использовано при создании установок повышенной мощности. Установка состоит из двух несущих систем, вложенных одна в другую и вращающихся с различной угловой скоростью. Одна несущая система выполнена в виде понтона и оперта поверхностью, свободной от лопастей, на поверхность воды и содержит кольцевой рельс, а вторая с дополнительными лопастями оперта на этот рельс. Понтон и кольцо связаны гибкими тягами с кромками ступиц отдельных преобразователей энергии, установленных соосно внутри кольца понтона на стационарном основании. Тяги размещены по хордам соответственно понтона и кольца. Технический результат заключается в оптимизации условий взаимодействия ветрового потока с элементами устройства и увеличении КПД. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая ветровоспринимающие рабочие органы, размещенные на кольцевом понтоне, и преобразователь механической энергии в электрическую, кинематически связанный с понтоном, отличающаяся тем, что на понтон с возможностью вращения соосно с ним оперто несущее кольцо, снабженное дополнительными ветровоспринимающими органами, при этом понтон и кольцо связаны гибкими тягами с кромками ступиц отдельных преобразователей энергии, установленных соосно внутри кольца понтона на стационарном основании, причем тяги размещены по хордам соответственно понтона и несущего кольца. 2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что ветровоспринимающие рабочие органы выполнены в виде поворотных лопастей. 3. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что понтон содержит кольцевой рельс, а несущее кольцо оперто на этот рельс.