ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА И ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НА ЕЕ ОСНОВЕ Российский патент 2013 года по МПК F03D11/00 

Предлагаемая группа изобретений относится к возобновляемым источникам энергии, в частности за счет использования силы ветра для получения электроэнергии, касается ветроэнергетической установки и ветроэнергетического комплекса на ее основе.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая несущую высотную объемную оболочку, наполненную газом легче воздуха с прикрепленными к ней снизу на жесткой штанге ветродвигателем и гибкой центральной оттяжкой для удержания в фиксированном высотном положении в воздушном пространстве над данной поверхностью объемной высотной оболочки и штанги с ветродвигателем (GB 1546467 A1, кл. F03D 11/04, опубл. 1979 г.).

Недостатком этой установки является ненадежность удерживания ее в воздушном пространстве над данной поверхностью в резко изменяющихся погодно-климатических условиях, особенно при утилизации ветровой энергии на больших высотах, что сказывается на эффективности работы установки и устойчивости равномерного электроснабжения потребителей энергии.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является ветроэнергетическая установка, защищенная патентом RU 2064603 C1, кл. F03D 5/00, опубл. 27.07.1996 г., принятая за ближайший аналог (прототип).

Ветроэнергетическая установка, по прототипу, содержит несущую высотную объемную оболочку, наполненную газом легче воздуха, и ветродвигатель, прикрепленный к оболочке снизу посредством жесткой штанги, при этом оболочка снабжена гибкой центральной оттяжкой, установка дополнительно содержит центральный и боковые подвижные блоки, прикрепленные как к штанге, так и к оболочке, неподвижные блоки и автономные лебедки, установленные на фундаменте, и дополнительные гибкие связи-оттяжки, прикрепленные к боковым поверхностям оболочки с возможностью расчаливания и регулирования по длине совместно с центральной оттяжкой, причем каждая связь-оттяжка прикреплена к своему якорному монолитному фундаменту и запасована в подвижные блоки оболочки, штанги и в неподвижные блоки фундамента с последующей заводкой на автономную лебедку. На штанге оболочки могут быть размещены по крайней мере два ветродвигателя. Ветродвигатели могут быть размещены на дополнительных жестких штангах, соединяемых между собой и подвешенных к одной оболочке. Ветроэнергетическая установка может быть использована в ветроэнергетических парках (комплексах).

Описанная в качестве прототипа установка обладает небольшой мощностью из-за ограниченного количества ветродвигателей (максимум два), что снижает ее эффективность и не позволяет использовать в промышленных масштабах. Кроме этого, большое количество связей-оттяжек усложняет монтаж и использование установки.

В задачу предлагаемого изобретения положено создание эффективной ветроэнергетической установки и ветроэнергетического комплекса на ее основе.

Технический результат от использования группы изобретений заключается в увеличении мощности ветроэнергетической установки и ветроэнергетического комплекса.

Поставленная задача достигается тем, что в ветроэнергетической установке, включающей несущую объемную оболочку, наполненную газом легче воздуха, стропу несущей объемной оболочки, соединяющую несущую объемную оболочку через лебедку несущей объемной оболочки с якорем несущей объемной оболочки, жесткую штангу, закрепленную снизу несущей объемной оболочки, закрепленную с помощью стропы жесткой штанги через лебедку жесткой штанги на якоре жесткой штанги, секции ветродвигателей, соединенные между собой и с жесткой штангой, каждая из которых содержит дополнительную жесткую штангу и ветродвигатель с ветровым колесом и с хвостом, генератор, по периметру несущей объемной оболочки выполнена обвязка, в основании несущей объемной оболочки закреплена рама с роликом (блоком), внутри жесткой штанги установлен основной вал, ветродвигатель выполнен в виде самолета и дополнительно содержит корпус, крылья с углом атаки, кронштейны, внутри корпуса ветродвигателя выполнен горизонтальный вал с редуктором, с конической шестерней, находящейся в зацеплении с шестерней основного вала, при этом жесткая штанга закреплена на раме посредством стропы жесткой штанги, пропущенной через ролик (блок) на раме, секции ветродвигателя соединены с жесткой штангой и между собой посредством соединительных муфт, кронштейны ветродвигателя жестко связывают корпус ветродвигателя с дополнительными жесткими штангами; внутри жесткой штанги и дополнительных жестких штанг секций ветродвигателей по всей высоте выполнен один основной вал; внутри каждой дополнительной жесткой штанги секции ветродвигателя выполнен свой внутренний вал; основной вал жесткой штанги соединен с внутренним валом дополнительной жесткой штанги секции ветродвигателя посредством кардана; внутренние валы дополнительных жестких штанг секций ветродвигателей соединены между собой посредством кардана; основной вал центрируется и вращается посредством подшипников жесткой штанги; в месте соединения жесткой штанги с дополнительными жесткими штангами секций ветродвигателей, либо в месте соединения дополнительных жестких штанг секций ветродвигателей, на жесткой штанге, и/или на дополнительных жестких штангах секций ветродвигателей выполнены фланцы; соединительная муфта содержит фланцы, выполнена из двух половинок, соединенных болтами; между фланцами штанг и фланцами соединительной муфты расположены опорные подшипники; кардан вращается и центрируется посредством подшипников жесткой штанги; несущая объемная оболочка выполнена в виде аэростата; обвязка выполнена из тросов; жесткая штанга и дополнительные штанги секций ветродвигателей выполнены из труб; каждая секция ветродвигателей снабжена редуктором и генератором; утилизированное электричество подается по кабелю, расположенному внутри жесткой штанги и/или дополнительных жестких штанг секций ветродвигателей.

Поставленная задача достигается также тем, что в ветроэнергетическом комплексе, содержащем несколько ветроэнергетических установок, ветроэнергетические установки соединены посредством кронштейнов, закрепленных на обвязках несущих объемных оболочек; ветродвигатели ветроэнергетических установок установлены на разных уровнях жестких штанг ветроэнергетических установок; за счет определенного размещения ветроэнергетических установок относительно друг друга ветроэнергетический комплекс может иметь в плане форму квадрата.

На фиг.1 изображена ветроэнергетическая установка.

На фиг.2 изображена секция ветродвигателя ветроэнергетической установки.

На фиг.3 изображена секция ветродвигателя ветроэнергетической установки в разрезе.

На фиг.4 изображен ветроэнергетический комплекс.

На фиг.5 изображен ветроэнергетический комплекс, общий вид.

На фиг.6изображен ветроэнергетический комплекс, вид сверху.

Конструктивно ветроэнергетическая установка на фиг.1-4 содержит:

1 - несущую объемную оболочку;

2 - обвязку;

3 - стропу несущей объемной оболочки;

4 - лебедку несущей объемной оболочки;

5 - якорь несущей объемной оболочки;

6 - фундамент якоря несущей объемной оболочки;

7 - раму;

8 - ролик (блок);

9 - жесткую штангу;

10 - стропу жесткой штанги;

11 - лебедку жесткой штанги;

12 - якорь жесткой штанги;

13 - основной вал;

14 - соединительную муфту;

15 - секцию ветродвигателя;

16 - дополнительную жесткую штангу;

17 - ветродвигатель;

18 - корпус;

19 - ветроколесо;

20 - фюзеляж (хвост);

21 - крылья;

22 - кронштейны;

23 - горизонтальный вал;

24 - редуктор;

25 - коническую шестерню;

26 - шестерню основного вала;

27 - подшипник основного вала;

28 - фланцы штанг;

29 - опорные подшипники;

30 - кардан;

31 - фланцы соединительной муфты;

32 - болты соединительной муфты;

33 - генератор;

34 - фундамент для генератора.

Конструктивно ветроэнергетический комплекс на фиг.5-6 содержит:

35 - ветроэнергетические установки;

36 - кронштейны несущих объемных оболочек.

Ветроэнергетическая установка содержит несущую объемную оболочку 1, наполненную газом легче воздуха, обвязку 2, выполненную по периметру несущей объемной оболочки 1, стропу несущей объемной оболочки 3, соединяющую несущую объемную оболочку 1 через лебедку 4, закрепленную на якоре 5, установленном на монолитном фундаменте 6.

В основании несущей объемной оболочки 1 закреплена рама 7 с роликом 8.

Жесткая штанга 9 закреплена снизу несущей объемной оболочки 1 на раме 7 посредством стропы 10, удерживается лебедкой 11, имеющей якорь 12.

Стропа жесткой штанги 10, пропущенная через ролик 7, соединяет и удерживает жесткую штангу 9 с секциями ветродвигателей 15 с лебедкой жесткой штанги 11, закрепленной на якоре жесткой штанги 12.

Внутри жесткой штанги 9 выполнен основной вал 13.

Снизу к несущей объемной оболочке 1 посредством жесткой штанги 9 и соединительной муфты 14 прикреплены секции ветродвигателей 15.

Также посредством соединительных муфт 14 секции ветродвигателей 15 соединены между собой.

Каждая секция ветродвигателя 15 содержит дополнительную жесткую штангу 6 и ветродвигатель 17.

Ветродвигатель 17 выполнен в виде самолета и содержит: корпус 18, ветроколесо 19, фюзеляж (хвост) 20, крылья 21 с углом атаки, кронштейны 22.

Кронштейны 22 жестко связывают корпус 18 ветродвигателя 17 с дополнительной жесткой штангой 16 секции ветродвигателя 15.

Внутри корпуса 18 ветродвигателя 17 на горизонтальном валу 23 установлен редуктор 24, коническая шестерня 25, находящаяся в зацеплении с шестерней основного вала 26, жестко закрепленной на основном валу 13.

Внутри жесткой штанги 9 и секций ветродвигателей 15 по всей высоте может быть выполнен один основной вал 13, либо внутри каждой штанги ветродвигателя 16 выполнен свой внутренний вал, тогда основной вал 13 жесткой штанги 9 соединен с валами штанг ветродвигателей 16 и/или внутренние валы штанг ветродвигателей 16 соединены между собой посредством кардана 30. Основной вал 13 центрируется и вращается посредством подшипников жесткой штанги 27.

В месте соединения жесткой штанги 9 с дополнительными жесткими штангами 16 ветродвигателей 17, либо в месте соединения дополнительных жестких штанг 16 ветродвигателей 17, на жесткой штанге 9 и/или на дополнительных жестких штангах 16 ветродвигателей 17 выполнены фланцы 28.

Соединительная муфта 14 содержит фланцы 31, выполнена из двух половинок, соединенных болтами 32.

Между фланцами 28 и фланцами соединительной муфты 31 расположены опорные подшипники 29.

Кардан 30 вращается и центрируется посредством подшипников жесткой штанги 27.

Несущая объемная оболочка 1 выполнена, например, в виде аэростата.

Обвязка 2 выполнена, например, из тросов.

Жесткая штанга 9, штанги ветродвигателей 16 выполнены, например, из труб.

В необходимых случаях каждая секция ветродвигателя 15 может быть снабжена редуктором 24 и генератором.

Утилизированное электричество может подаваться по кабелю, расположенному внутри жесткой штанги 9 и/или внутри дополнительных жестких штанг 16 секций ветродвигателей 15.

Ветроэнергетический комплекс содержит несколько ветроэнергетических установок 35, по меньшей мере две, соединенных между собой.

Несущие объемные оболочки 1 ветроэнергетических установок 35 соединяют посредством кронштейнов 32, закрепленных на обвязках 2 несущих объемных оболочек 1.

Ветродвигатели 17 могут быть установлены на разных уровнях жестких штанг 9 ветроэнергетических установок 35.

За счет определенного размещения ветроэнергетических установок 35 относительно друг друга ветроэнергетический комплекс может иметь в плане, например, форму квадрата.

Сборку предлагаемого изобретения осуществляют следующим образом.

На земле располагают несущие объемные оболочки 1, выполненные, например, в виде аэростатов, заполненных газом легче воздуха, в нужном количестве, располагая их относительно друг друга в плане, например, в форме квадрата. Несущие объемные оболочки 1 соединяют между собой посредством кронштейнов 32, закрепленных на обвязках 2, создавая единый ветроэнергетический комплекс.

Под несущими объемными оболочками 1 на рамах 7, через ролики (блоки) 8 пропускают стропы жестких штанг 10, один конец которых закрепляют на жестких штангах 9, а другой - на лебедках жестких штанг 11.

Для подъема несущих объемных оболочек 1 подтравливают стропы несущих объемных оболочек 10 с помощью синхронной работы лебедок несущих объемных оболочек 4. Выведя несущие объемные оболочки 1 на нужную высоту, начинают подъем секций ветродвигателей 15.

Жесткие штанги 9 соединяют с дополнительными жесткими штангами 16 секций ветродвигателей 15 посредством соединительных муфт 14, состоящих из двух половинок, соединенных болтами 32. При этом соединяют основные валы 13 жестких штанг 9 с валами дополнительных жестких штанг 16, например, посредством карданов 30. Соединяя последовательно нужное количество секций ветродвигателей 15, при помощи стропы 10 и лебедки 11 поднимают жесткие штанги 9 с секциями ветродвигателей 15 к несущим объемным оболочкам 1 на нужную высоту.

Располагают секции ветродвигателей 15 ветроэнергетических установок, объединенных в единый ветроэнергетический комплекс, на разных уровнях, в шахматном порядке.

Фиксируют положение жестких штанг 9 относительно несущих объемных оболочек 1, устанавливая жесткие штанги 9 в отверстия (не показаны), находящиеся в раме 7. В таком положении стопорят лебедки жестких штанг 11.

На высоте производят запуск ветроколес 19 ветродвигателей 17.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом.

Вращение ветроколеса 19 передается через горизонтальный вал 23 и редуктор 24 на коническую шестерню 25, которая в свою очередь приводит в движение шестерню основного вала 26, жестко закрепленную на основном валу 13. Все агрегаты, соединенные с жесткой штангой 9, приводят во вращение основной вал 13, который связан с генератором 33, установленным на фундаменте 34. С генератора 33 утилизированная энергия ветра в виде электрического тока передается потребителю.

Предложенная конструкция ветроэнергетической установки и ветроэнергетического комплекса обеспечивает увеличение мощности за счет лучшей утилизации энергии ветра. Этому способствуют следующие факторы:

- выполнение ветродвигателя с крыльями, имеющими угол атаки, обеспечивает стабильное положение секций ветродвигателей, увеличивает их подъемную силу, снижает нагрузку на ветроэнергетическую установку и позволяет устанавливать большое количество ветродвигателей с увеличенными габаритами ветроколес;

- соединение секций ветродвигателей с жесткой штангой и между собой посредством соединительных муфт с опорными подшипниками и валов дополнительных жестких штанг с основным валом и между собой посредством карданов обеспечивает вращение ветродвигателей на 360° вокруг своей оси в разных направлениях, не зависимо друг от друга, способствует улавливанию потоков ветра на разных уровнях;

- размещение секций ветродвигателей ветроэнергетических установок, объединенных в единый ветроэнергетический комплекс, на разных уровнях, в шахматном порядке, также способствует улавливанию потоков ветра на разных уровнях;

- соединение несущих объемных оболочек посредством кронштейнов обеспечивает их расположение на одной высоте, что снижает парусность всего ветроэнергетического комплекса и потерю энергии.

Предлагаемые изобретения относятся к области ветроэнергетики и могут быть использованы для получения электроэнергии. Установка включает наполненную газом легче воздуха несущую объемную оболочку, стропу, соединяющую ее через лебедку с якорем, жесткую штангу, закрепленную снизу оболочки с помощью стропы жесткой штанги через ее лебедку на ее якоре, соединенные между собой и с жесткой штангой секции, каждая из которых содержит дополнительную жесткую штангу и ветродвигатель с ветровым колесом и с хвостом. Оболочка выполнена с обвязкой, в основании оболочки закреплена рама с роликом, внутри жесткой штанги установлен основной вал. Ветродвигатель выполнен в виде самолета, содержащего корпус, крылья, кронштейны, жестко связывающие корпус с дополнительными жесткими штангами. Внутри корпуса размещен горизонтальный вал с конической шестерней, находящейся в зацеплении с шестерней основного вала. Жесткая штанга закреплена на раме посредством стропы жесткой штанги, пропущенной через ролик на раме. Секции ветродвигателей соединены с жесткой штангой и между собой посредством муфт. Ветроэнергетический комплекс содержит несколько ветроэнергетических установок, соединенных посредством кронштейнов, закрепленных на обвязках несущих объемных оболочек. Использование изобретений обеспечит увеличение мощности за счет стабильного положения ветродвигателей относительно направления ветра и снижения нагрузки на установку вследствие возникновения у ветродвигателей подъемной силы. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, включающая несущую объемную оболочку, наполненную газом легче воздуха, стропу несущей объемной оболочки, соединяющую несущую объемную оболочку через лебедку несущей объемной оболочки с якорем несущей объемной оболочки, жесткую штангу, закрепленную снизу несущей объемной оболочки, закрепленную с помощью стропы жесткой штанги через лебедку жесткой штанги на якоре жесткой штанги, секции ветродвигателей, соединенные между собой и с жесткой штангой, каждая из которых содержит дополнительную жесткую штангу и ветродвигатель с ветровым колесом и с хвостом, генератор, отличающаяся тем, что по периметру несущей объемной оболочки выполнена обвязка, в основании несущей объемной оболочки закреплена рама с роликом (блоком), внутри жесткой штанги установлен основной вал, ветродвигатель выполнен в виде самолета и дополнительно содержит корпус, крылья с углом атаки, кронштейны, внутри корпуса ветродвигателя выполнен горизонтальный вал с редуктором, с конической шестерней, находящейся в зацеплении с шестерней основного вала, при этом жесткая штанга закреплена на раме посредством стропы жесткой штанги, пропущенной через ролик (блок) на раме, секции ветродвигателя соединены с жесткой штангой и между собой посредством соединительных муфт, кронштейны ветродвигателя жестко связывают корпус ветродвигателя с дополнительными жесткими штангами.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что внутри жесткой штанги и дополнительных жестких штанг секций ветродвигателей по всей высоте выполнен один основной вал.

3. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что внутри каждой дополнительной жесткой штанги секции ветродвигателя выполнен свой внутренний вал.

4. Ветроэнергетическая установка по п.2 или 3, отличающаяся тем, что основной вал жесткой штанги соединен с внутренним валом дополнительной жесткой штанги секции ветродвигателя посредством кардана, который вращается и центрируется посредством подшипников жесткой штанги.

5. Ветроэнергетическая установка по п.2 или 3, отличающаяся тем, что внутренние валы дополнительных жестких штанг секций ветродвигателей соединены между собой посредством кардана, который вращается и центрируется посредством подшипников жесткой штанги.

6. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что основной вал центрируется и вращается посредством подшипников жесткой штанги.

7. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что в месте соединения жесткой штанги с дополнительными жесткими штангами секций ветродвигателей либо в месте соединения дополнительных жестких штанг секций ветродвигателей, на жесткой штанге и/или на дополнительных жестких штангах секций ветродвигателей выполнены фланцы.

8. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что соединительная муфта содержит фланцы, выполнена из двух половинок, соединенных болтами.

9. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что между фланцами штанг и фланцами соединительной муфты расположены опорные подшипники.

10. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что несущая объемная оболочка выполнена в виде аэростата.

11. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что обвязка выполнена из тросов.

12. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что жесткая штанга, дополнительные штанги секций ветродвигателей выполнены из труб.

13. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем что каждая секция ветродвигателей снабжена редуктором и генератором.

14. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что утилизированное электричество подается по кабелю, расположенному внутри жесткой штанги и/или дополнительных жестких штанг секций ветродвигателей.

15. Ветроэнергетический комплекс, содержащий несколько ветроэнергетических установок по пп.1-15, отличающийся тем, что ветроэнергетические установки соединены посредством кронштейнов, закрепленных на обвязках несущих объемных оболочек.

16. Ветроэнергетический комплекс по п.15, отличающийся тем, что ветродвигатели ветроэнергетических установок установлены на разных уровнях жестких штанг ветроэнергетических установок.

17. Ветроэнергетический комплекс по п.15, отличающийся тем, что за счет определенного размещения ветроэнергетических установок относительно друг друга ветроэнергетический комплекс может иметь в плане форму квадрата.