ВЫСОТНАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2004 года по МПК F03D9/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике. а именно - к ветровым энергоагрегатам, использующих энергию высотных струйных течений.

Известна высотная аэростатодинамическая установка. которая содержит летательный аппарат, выполненный в виде грузового воздушного змея, несущая поверхность которого содержит кольцевое крыло, состоящее из аэродинамических элементов с кривизной по размаху, и может быть разной величины хорды по размаху. По периметру кольца расположены ветродвигатели за задней кромкой аэродинамических элементов и ветродвигатели в горизонтальной плоскости перед аэродинамическими элементами причем разного направления вращения. Каждый ветродвигатель содержит компрессор центробежного типа. мультипликатор и лопастной движитель, механически соединенные друг с другом, проточные части сообщены между собой путем сообщения выхода каждого последующего со входом предыдущего, при этом выход последнего компрессора сообщен напорным рукавом со входом энергетической машины на земле. (Патент РФ №2064085). Недостатком этого решения является необходимость использования аэростатной конструкции, а также недостаточная надежность системы в случае обрыва крепления к земле. Наиболее близким к изобретению является ветроустановка для больших высот (патент США №4659940). Она содержит несущую поверхность вдоль размаха которой расположено секционированное ветроприемное устройство с генераторами, закрепленную при помощи соединительных элементов на опоре. Ветроустановка имеет привязной аэростат в форме несущей поверхности с хвостовым оперением. Вдоль размаха несущей поверхности установлено секционированное ветроприемное устройство, образованное несколькими рядом расположенными многолопастными роторами с горизонтальной осью вращения. Кольцевой обод ротора установлен с возможностью вращения на роликовых опорах, консольно закрепленных на несущей поверхности, на которой установлен двухвальный генератор.

Недостатками этого технического решения является необходимость использования аэростатной конструкции, роторов с горизонтальной осью вращения, отсутствие связи с Землей.

Техническими результатами изобретения являются: повышение КПД, снижение материалоемкости повышение надежности установки, обеспечение надежной связи с Землей.

Технические результаты достигаются тем, что в высотной ветроэнергетической установке. содержащей несущий аэродинамический элемент, при помощи тросов связанный с земной опорой, с размещенными на нем вдоль размаха под тупыми углами друг к другу ортогопальными лопастными роторами, аэродинамический элемент выполнен в виде каркаса, узлы которого расположены на эллиптической поверхности, тросы - в виде секционированных шлангов, секции которых заполнены газом и соединены друг с другом при помощи шлюзов, роторы расположены между узлами каркаса, а их лопасти снабжены струйными устройствами управления циркуляцией.

Кроме того, в ветроэнергетической установке лопасти роторов выполнены с каналами для контролируемой подачи воздуха через отверстия на поверхности лопастей в струи, управляющие циркуляцией вокруг лопастей, что обеспечивает возможность управления величиной и направлением результирующей осредненной подъемной силой, действующей на роторы и на установку и целом.

Ортогональные роторы вращаются в противоположные стороны, на контактах между ними расположены индукторы и короткозамкнутый сердечник соответствующего линейного (дугового) электрического генератора.

Струйные устройства в лопастях роторов для управления локальной циркуляцией повышают выработку энергии установки и при необходимости, в отсутствие ветра, при подъеме и опускании установки, создают подъемную силу, направление и величина которой могут меняться, позволяя управлять установкой как воздушным судном. Оси роторов составляют тупой угол, что обеспечивает разворот системы по ветру и ее устойчивое равновесие. При обрыве троса или разрушении одного из роторов установка переворачивается и опускается на Землю, сохраняя автоматическую управляемость по радиомаякам.

Отсеки кабель-троса, выполненного в виде шлангов, заполненные гелием под избыточным давлением, создают подъемную силу кабель-троса.

На фиг.1 дан общий вид ветроэнергоустановки.

На фиг.2 показана установка в продольном сечении.

Нa фиг.3 показана в разрезе лопасть ротора с каналами.

Высотная ветроэнергоустановка содержит связанный с земной опорой 1 при помощи полого троса 2 несущий аэродинамический элемент 3 с расположенными вдоль него под тупыми углами друг к другу ортогональными лопастными роторами 4, несущими индукторы и роторы линейных (дуговых) электрогенераторов. Аэродинамический элемент 3 выполнен в виде каркаса, узлы 5 которого расположены па эллиптической поверхности, трос 2 выполнен в виде секционированных шлангов, секции которых заполнены газом и соединены друг с другом при помощи шлюзов. Роторы 4 размещены между узлами 5 каркаса 3, а их лопасти 6 снабжены струйными устройствами 7 управления циркуляцией. Лопасти 6 роторов 4 поддерживаются на валу 8 траверсами 9, 10. Регулирование положения отверстий 11, 12 для контроля точки максимальной подъемной силы осуществляют распределительным валом 13 или специальной системой автоматически управляемых клапанов.

Установка работает следующим образом.

Первоначальная подъемная силы обеспечивается совместным действием подъемной силы газонаполненных шлангов 2 и подъемной силой, создаваемой работой генераторов роторов 4 в режиме двигателей при надлежащем действии струйных устройств 7 управления циркуляцией на лопастях 6 роторов 4. С помощью струйных устройств, например, меняя положение отверстий 11, 12 распределительного вала 13 относительно Земли, можно менять направление “упора” и тем самым управлять положением ветроустановки относительно земли.

Вращающий момент, развиваемый роторами 4 при набегании ветрового потока, передается генераторам, а от них выработанная энергия через токопроводящие элементы, расположенные в шланге 2, передается на Землю.

Расположение осей каждой пары роторов 4 под тупыми углами друг к другу обеспечивает автоматический разворот всей системы по ветру и ее устойчивое равновесие. В случае аварии (обрыва троса-шланга 2) установка поворачивается и плавно опускается. сохраняя автоматическую управляемость по радиомаякам с Земли. Вращение роторов 4 и плавное опускание установки осуществляется за счет энергоаккумуляторов, расположенных на установке, и работы генераторов в режиме двигателей.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно - к ветровым энергоагрегатам, использующим энергию высотных струйных течений. Технический результат заключается в повышении КПД, снижении материалоемкости, повышении надежности установки, обеспечении надежной связи с Землей. Высотная ветроэнергетическая установка содержит аэродинамические элементы в виде каркаса, узлы которого расположены на эллиптической поверхности, каркас тросами связан с земной опорой и на нем вдоль размаха под тупыми углами друг к другу размещены ортогональные лопастные роторы. Тросы выполнены в виде секционированных шлангов, секции которых заполнены газом и соединены друг с другом при помощи шлюзов. Роторы расположены между узлами каркаса, а их лопасти снабжены струйными устройствами управления циркуляцией. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Высотная ветроэнергетическая установка, содержащая несущий аэродинамический элемент, при помощи тросов, связанных с земной опорой, с размещенными на нем вдоль размаха под тупыми углами друг к другу ортогональными лопастными роторами, отличающаяся тем, что аэродинамический элемент выполнен в виде каркаса, узлы которого расположены на эллиптической поверхности, тросы - в виде секционированных шлангов, секции которых заполнены газом и соединены друг с другом при помощи шлюзов, роторы расположены между узлами каркаса, а их лопасти снабжены струйными устройствами управления циркуляцией.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что лопасти роторов выполнены с каналами и системой автоматического управления для контролируемой подачи воздуха через отверстия на поверхности лопастей в струи, управляющие циркуляцией вокруг лопастей.