ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С СИСТЕМОЙ ЖЕСТКИХ ПАРУСОВ Российский патент 2024 года по МПК B63B35/44 

Изобретение относится к области судостроения и возобновляемой энергетики, в частности, к ветроэнергетическим установкам морского базирования.

Ветроэнергетика является одной из самых быстро развивающихся отраслей возобновляемой энергетики. Недостатком существующих ветроэнергетических установок являются большие размеры преобразователей энергии воздушного потока, обусловленные низкой плотностью воздуха.

Известен вариант решение проблемы уменьшения размеров преобразователя энергии с помощью парусной энергетической установки (патент РФ № 2745173). Она содержит симметричный относительно носа и коры катамаран, совершающий циклические движения по дуговой траектории. К корпусам катамарана снизу прикреплена крыльчатка гидрогенератора. С помощью электрического кабеля, оснащенного системой поплавков, электрогенератор соединен с буем, который закреплен с помощь груза на морском дне в месте подведения электрического кабеля от внешнего потребителя электричества.

Недостатком установки является низкая эффективность использования кинетической энергии ветрового потока при движении по дуговой траектории, поскольку на одной ее половине катамаран движется курсом бейдевинд, при котором угол между направлением ветра и направлением движения катамарана составляет менее 90°, что приводит к уменьшении его скорости.

Известна парусная энергетическая установка, позволяющая повысить эффективность использования кинетической энергии ветрового потока путем изменения траектории и организации автоматического управления ее движением (патент РФ № 2 779 605). Установка содержит симметричный относительно носа и кормы катамаран, на котором установлены мачты с системой изменения положения парусов, а снизу к корпусам катамарана прикреплена крыльчатка гидрогенератора, соединенного электрическим кабелем с буем, который закреплен с помощью груза на морском дне в месте подведения кабеля от внешнего потребителя электроэнергии. Для катамарана вводится область его перемещения в виде круга диаметром D с центром в месте нахождения буя, в которой катамаран движется автоматически курсом галфвинд между путевыми точками Т1 и Т2, которые являются точками пересечения перпендикулярной к направлению ветра хорды длинной L с окружностью радиуса R=D/2, для чего на катамаране устанавливается датчик скорости и направления ветра, автопилот и система автоматического управления движением катамарана, включающая стационарный приемник GPS и навигационный компьютер, вычисляющий положение путевых точек Т1 и Т2 при любом направлении ветра и формирующий сигналы для автопилота, а также формирующий сигналы на изменение положения парусов на 90° в точках Т1 и Т2

Недостатком установки является низкая эффективность преобразования энергии ветрового потока, обусловленная тем, что на катамаране установлены паруса традиционного типа. Известно, что устанавливаемые на морских судах жесткие паруса с изменяющимся профилем крыла являются более эффективными по сравнению с традиционными парусами (Wingsail - Wikipedia) Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования энергии ветрового потока путем установки системы жестких парусов с изменяющимся профилем крыла.

Технический результат достигается тем, что в парусную энергетическую установку, содержащую симметричны относительно носа и кормы катамаран, на котором установлены две мачты, а снизу к корпусам катамарана прикреплена крыльчатка гидрогенератора, соединенная электрическим кабелем с поворотным контактным устройством, установленными на буе, закрепленном с помощью груза на морском дне в месте подведения кабеля от внешнего потребителя электроэнергии, при этом для катамарана вводится область его перемещений в виде круга диаметром D с центром в месте расположения буя, а которой катамаран движется автоматически курсом галфинд между путевыми точками Т1 и Т2, которые являются точками пересечения перпендикулярной к направлению ветра хорды длиной L с окружностью R=D/2, для чего на катамаране устанавливается датчик скорости и направления ветра, автопилот и система автоматического управления движением катамарана, включающая стандартный приемник GPS и навигационный компьютер, вычисляющий положение путевых точек Т1 и Т2, при любом направлении ветра и посылающий сигналы на привод для перемещения руля, при этом каждая мачта прикрепляется тросами к концам корпусов катамарана, а между мачтами крепится рама из П-образного профиля, в которую вставляется жесткие паруса, выполненный из двух соединенных вместе пластин, закрепленные в раме таким образом, чтобы они могли поворачиваться вокруг вертикальной оси, проходящей через линию их соединения, при этом к нижним углам пластин жесткого паруса с каждой стороны прикреплены подвижными соединениями легкие рейки, которые соединены тросами с электромоторами, входящими в состав систем управления положением парусов.

Конструкция парусной энергетической установки и ее работа поясняются схемами, представленными на Фиг. 1-3. На Фиг. 1 изображен вариант симметричного относительно носа и кормы катамарана 1, в котором оба корпуса выполнены в виде трубы с коническими наконечниками. На катамаране установлены две мачты, верхние концы которых с помощью тросов 3 прикреплены к корпусам катамарана. Между мачтами закреплена рама 4, выполненная из П-образного профиля, например, из углепластика. В раме 4, как показано на Фиг. 2, установлены жесткие паруса 5 с изменяющимся профилем, выполненные из двух соединенных вместе пластин, закрепленных в раме 4 таким образом, чтобы они могли поворачиваться вокруг оси, проходящей через линию их соединения. К нижним углам пластин жесткого паруса, с каждой стороны прикреплены подвижными соединениями легкие рейки 6 и 7, которые могут перемещаться вперед и назад с помощью закрепленных на них тросов, соединенных с электромоторами, входящими в состав систем управления положением жестких парусов 8 и 9. Эти системы с помощью реек 6 и 7 выставляют оптимальное угловое положение пластин, образующих жесткие паруса 5, и оптимальный угол между ними, определяющий профиль паруса. Снизу к корпусам катамарана 1 крепится крыльчатка 10 гидрогенератора, который, как показано на Фиг. 3, соединен с помощью электрического кабеля 11, снабженного системой поплавков 12, с поворотным контактным устройством, установленным на буе 13. Поворотное контактное устройство соединено с кабелем от внешнего потребителя электроэнергии 14, который расположен в месте крепления буя 13 с помощью груза 15 на морском дне. Для катамарана вводится область его перемещений 16 в виде круга диаметром D с центром в месте нахождения буя 13 (Фиг. 3). В области перемещений 16 катамаран движется автоматически курсом галфвинд между путевыми точками Т1 и Т2 при любом направлении ветра. Точки Т1 и Т2 являются точками пересечения перпендикулярной направлению ветра хорды длиной L, с окружностью, ограничивающую область перемещений катамарана 16. Длина хорды определяется длиной электрического кабеля 11, соединяющего гидрогенератор с поворотным контактным устройством, установленным на буе 13. Для нахождения путевых точек Т1 и Т2 и организации автоматического движения курсом галфвинд на катамаране 1 устанавливается (Фиг 1) датчик скорости и направления ветра 17, автопилот и система управления автоматическим движением катамарана 18, включающая стационарный приемник GPS (типа Garmin GPS 120) и навигационный компьютер, вычисляющий положение путевых точек Т1 и Т2 при любом направлении ветра и посылающий управляющие сигналы на автопилот, который может быть выполнен в виде румпельного автопилота.

Установка работает следующим образом. Катамаран приводится в область его перемещений 16, где идущий от буя 13 электрический кабель 11 подключается к гидрогенератору и включается система автоматического управления движением катамарана. По показаниям датчика скорости и направления ветра 17 и показаниям приемника GPS навигационным компьютером определяется координаты путевых точек Т1 и Т2. После этого катамаран приводят в ближайшую путевую точку, например, в точку Т1, и разворачивают так, чтобы его диаметральная плоскость была приблизительно направлена на путевую точку Т2, после чего включаются системы управления положением парусов 8 и 9 и катамаран отпускают. Под действием аэродинамических сил и в результате автоматического управления катамаран начинает двигаться курсом галфвинд к точке Т2, при этом его жесткие паруса с помощью систем управления положением парусов 8 и 9 приводятся в оптимальное для данного курса положение с нужным угловым профилем. Когда катамаран придет в точку Т2 с навигационного компьютера системы автоматического управления движением катамарана на системы изменения положение парусов 8 и 9 поступит сигнал, по которому пластины, образующие жесткие паруса, повернутся на 90° и катамаран начнет двигаться в обратном направлении.

При движении катамарана образуется обтекающий его водный поток, который вращает крыльчатку 10 гидрогенератора, вырабатывающего электроэнергию. Через электрический кабель 11 и установленное на буе 13 поворотное контактное устройство вырабатываемая гидрогенератором электроэнергия передается внешнему потребителю энергии.

Изобретение относится к области судостроения и возобновляемой энергетике, в частности, к ветроэнергетическим установкам морского базирования. Парусная энергетическая установка содержит симметричный относительно носа и кормы катамаран, на котором установлены две мачты, а снизу к корпусам катамарана прикреплена крыльчатка гидрогенератора, соединенного электрическим кабелем с поворотным контактным устройством, установленным на буе, закрепленном с помощью груза на морском дне в месте подведения кабеля от внешнего потребителя электроэнергии. На катамаране устанавливается датчик скорости и направления ветра, автопилот и система автоматического управления движением катамарана, включающая стационарный приемник GPS и навигационный компьютер. Каждая мачта прикрепляется тросами к концам корпусов катамарана, а между мачтами крепится рама из П-образного профиля, в которую вставляются жесткие паруса, выполненные из двух соединенных вместе пластин, закрепленных в раме таким образом, чтобы они могли поворачиваться вокруг вертикальной оси, проходящей через линию их соединения. К нижним углам пластин жесткого паруса с каждой стороны прикреплены подвижными соединениями легкие рейки, которые соединены тросами с электромоторами, входящими в состав систем управления положением парусов. Достигается повышение эффективности использования кинетической энергии ветра парусной энергетической установкой путем установки системы жестких парусов с изменяющимся профилем. 3 ил.

Парусная энергетическая установка, содержащая симметричный относительно носа и кормы катамаран, на котором установлены две мачты, а снизу к корпусам катамарана прикреплена крыльчатка гидрогенератора, соединенного электрическим кабелем с поворотным контактным устройством, установленным на буе, закрепленном с помощью груза на морском дне в месте подведения кабеля от внешнего потребителя электроэнергии, при этом для катамарана вводится область его перемещений в виде круга диаметром D с центром в месте расположения буя, в которой катамаран движется автоматически курсом галфвинд между путевыми точками Т1 и Т2, которые являются точками пересечения перпендикулярной к направлению ветра хорды длиной L с окружностью радиуса R=D/2, для чего на катамаране устанавливается датчик скорости и направления ветра, автопилот и система автоматического управления движением катамарана, включающая стационарный приемник GPS и навигационный компьютер, вычисляющий положение путевых точек Т1 и Т2 при любом направлении ветра и посылающий сигналы на привод для перемещения руля, отличающаяся тем, что каждая мачта прикрепляется тросами к концам корпусов катамарана, а между мачтами крепится рама из П-образного профиля, в которую вставляются жесткие паруса, выполненные из двух соединенных вместе пластин, закрепленных в раме таким образом, чтобы они могли поворачиваться вокруг вертикальной оси, проходящей через линию их соединения, при этом к нижним углам пластин жесткого паруса с каждой стороны прикреплены подвижными соединениями легкие рейки, которые соединены тросами с электромоторами, входящими в состав систем управления положением парусов.