Изобретение относится к высотным ветроэлектрическим станциям с конической винтовой турбиной, предназначенным для использования верхних слоев атмосферы и поддерживаемым с этою целью на высоте при помощи наполненного легким газом полого каркаса, удерживаемого на привязи тросом.
На прилагаемом чертеже фиг. 1 изображает схематически продольный разрез станции; фиг. 2 и 3 - вид станции спереди и сзади; фиг. 4 - продольный разрез станции с регулировочной малой турбиной; фиг. 5 - вид станции сзади; фиг. 6 - поперечный разрез турбины; фиг. 7 - поперечный разрез винтовой лопасти; фиг. 8 - вид гофрированной поверхности в ракурсе; фиг. 9 - продольный разрез малой регулировочной турбины; фиг. 10 - продольный разрез регулятора; фиг. 11 - деталь устройства для вращения заградительных лопастей; фиг. 12 - продольный разрез оси, несущей динамомашину и маховое колесо; фиг. 13 - вид кольцевой пружины со щетками динамомашины и сжимающим их валом с винтовой нарезкой.
Корпус станции состоит на наполненного легким газом полого каркаса, образованного из нескольких частей 1, представляющих форму судовых килей (фиг. 2, 3, 5) и предназначенных удерживать корпус станции в направлении воздушного потока. Окруженное килеобразными частями 1 пространство образует рабочий аэродинамический канал 2, наружное очертание которого образовано шпангоутами; внутренняя стенка 3 канала в передней части обшивается гладкими листами, в целях достижения минимального трения воздушного потока при прохождении его через переднюю часть канала. Канал имеет форму двух конусов, соединенных между собою усеченными вершинами и основаниями обращенных наружу. Диаметр основания заднего конуса больше, чем диаметр основания переднего. Место стыка двух усеченных вершин конусов рабочего канала дает начало винтовой турбине 4, расположенной в заднем конусе, причем передняя часть канала служит приемником воздушного потока, направляющегося в турбину. Наружные края канала у основания конусов, а также в стыке вершин их скрепляются перекрещивающимися трубчатыми стойками. По оси канала установлена труба 5 (фиг. 4), скрепленная при помощи трубчатых стоек-спиц со шпангоутным каркасом рабочего канала, что придает необходимую жесткость всему корпусу. Стойки спицы, имеющие снаружи легкообтекаемый профиль, будучи внутри полыми, являются каналами, обеспечивающими свободную циркуляцию поддерживающих станцию газов между разрозненно расположенными частями 1, содержащими газ, и винтовой турбиной.
Выступающий впереди корпуса конец 6 трубчатой оси скрепляется с корпусом особыми тросовыми растяжками 7, расположенными в несколько ярусов. Наиболее отдаленный от корпуса участок трубы предназначен для монтирования регуляторной турбины 8 и заградительных лопастей 9.
Аэродинамический канал на участке 10 оси занят турбиною. По оси канала, в месте перекрещивания стоек, установлены ступицы, составляющие вместе со стойками два статических колеса 11 и 12. В двух взаимно обращенных друг к другу открытыми отверстиями ступицах помещена горизонтально, расположенная ось турбины, вращающаяся на шарикоподшипниках. На оси турбины монтированы винтовые двустенные, полые внутри, лопасти 13 (фиг. 4, 6 и 7). Несущий газ попадает в полые пространства этих лопастей из трубчатой горизонтальной оси турбины через устроенные в стенках оси против полых пространств лопастей отверстия. На окружности турбины насажено зубчатое колесо, приводящее в действие динамомашины. Двустенные винтовые лопасти 13 турбины (фиг. 7) образованы двоякими поверхностями; гофрированными 14 (фиг. 6) и гладкими 15; гофрированные поверхности применены на лобовой - передней стороне лопасти, задняя же часть лопасти - гладкая. Эти винтовые лопасти принимают на себя силы потока ветра, под воздействием которых турбина на своей горизонтальной оси получает вращение и при по средстве зубчатого соединения с электрооборудованием преобразует силы воздушного потока в электроэнергию. Вершины винтовых лопастей перекрыты между собою дугами, составляющими как бы обод, к которому, со стороны лопастей, пришита обшивка 16, охватывающая сплошною поверхностью винтовые лопасти и образующая канал, который вместе с осью и лопастями и оставляет собственно турбину. Обшивка 16 имеет гофрированную поверхность (фиг. 1 и 6), как и лобовая сторона лопастей (фиг. 7). Гребни и канальцы (фиг. 6) гофрировки по всей поверхности лопастей и окаймляющей их обшивки совпадают между собою, образуя в секторе турбины общие кривые линии.
Воздушный поток, попадая в сектор турбинного канала (фиг. 6), разбивается на мелкие струйки, в соответствии с гофрировкой. При скольжении своем по канальцам струйки реактивно отдают запас своих сил стенкам спиральных гребней, входящих в состав винтовых лопастей.
Помимо основного потока воздушной струи поступающего в турбину по центральному каналу 2, устроены еще трубы 17 берущие начало снаружи обшивки корпуса: по этим каналам в винтообразный секторы турбины поступает дополнительный воздух, предназначенный для регулирования скорости вращения ее, для чего эти каналы, приблизительно на половине длины заднего конуса, открываются отверстиями в секторы турбины. Количество поступающего дополнительного воздуха регулируется, в зависимости от скорости ветра, при помощи регуляторов-щитков, на чертеже не показанных. Щитки представляют собою кружки, имеющие диаметры, соответствующие диаметру сечения канала, и укреплены поворотно на вертикальных осях, проходящих но диаметру вспомогательного канала.
В видоизмененной станции вместо вспомогательных каналов впереди рабочего канала установлен регуляторный механизм, состоящий из малой турбины 8 и укрепленных на охватывающей ее вал трубе заградительных лопастей 9 (фиг. 4 и 9).
Малая турбина монтирована на конце трубы, выступающей вперед корпуса, в особом кожухе 18 (фиг. 9), образующем турбинный канал и прикрепленном особыми тросовыми растяжками 19′ к лопастям 9, расположенным позади турбины. Задний конец о и 19 турбины 8 имеет достаточную длину и, будучи удерживаем шарикоподшипниками 20, проходит через трубчатый вал 21, который, в свою очередь, служит осью для заградительных лопастей 9.
Горизонтальная ось 19 малой турбины (фиг. 10) при помощи передачи 22 сцеплена с вертикальным валом 23, на котором монтирован двушаровой центробежный регулятор 24; к нему прикреплен стержень 25, который, поднимаясь или опускаясь при вращении центробежного регулятора, своею утолщенною частью 26 перемещается внутри цилиндра 27, причем нажимает на шарики 28, которые, в свою очередь, кнопками 29 надавливают на пружины 30, а эти последние, соприкасаясь с плотниками 31, замыкают ток и тем включают в эту работу электромоторы 32, приводящие во вращение, через посредство червячных передач 33 заградительные лопасти, укрепленные на вращающихся осях 34. Таким образом, в соответствии с изменением скорости ветра, находящим свое отражение в работе малой турбины 8, происходит автоматически своевременный ввод в работу или вывод из работы как динамомашин, так и заградительных лопастей. Если в работу окажутся включенными динамомашины все расчетной мощности электростанции, возрастающая же скорость ветра начнет превосходить известный предел дальнейшему увеличению мощности воздушного потока будут противодействовать поворачивающиеся на своих осях заградительные лопасти 9.
В исходное нерабочее положение лопасти возвращаются действием особых раскручивающих пружин. Заградительные лопасти, поставленные в лобовое рабочее положение, приводятся во вращение силою воздушного потока.
На валах (фиг. 12), вращающихся от рабочей турбины, установлены динамомашины 35 с маховыми колесами 36. Для включения динамомашины около них установлены электродвигатели 37, приводимые в действие от регулятора малой турбины. Щетки 38 динамомашины помещены на кольцевой пружине 39, укрепленной в средней своей части 40; сквозь концы пружины проходит винт 41 с нарезками в противоположные стороны. Когда электродвигатель 37 автоматически включается в работу, щетки 38 вращением вала 41 зажимаются, и одновременно с этим при помощи имеющейся на том же валу нарезки и движущейся по ней гайки 43 включается реостат. Как только электродвигатель 37 выключен из работы, пружины 42 раскручивают ось, выключая одновременно как реостат, так и щетки.
Высотная ветро-электрическая станция подымается в воздух благодаря присутствию легкого газа, например, водорода, наполняющего камеры полого корпуса станции.
Станция прикреплена к определенному месту при помощи стального троса 44, нижней конец которого закреплен на валу электрической лебедки, установленной на вращающемся якорном механизме, поворачивающемся в зависимости от направления ветра. С помощью лебедки станция может быть снижена к земле или установлена на надлежащей высоте над поверхностью земли. Для перемещения готовой к работе ветро-электрической станции с одного места на другое к ней прикреплена трубчатая гондола 45, оборудованная двигателем 46 с гребными лопастями 47 и направляющими рулями.
При перелете станции передняя часть ее корпуса от малой турбины до окружности аэродинамического канала закрывается наставным матерчатым конусом 48 для более легкой обтекаемости станции при ее передвижении.
1. Высотная ветро-электрическая станция с применением конической винтовой турбины, помещенной внутри канала, образованного двумя усеченными конусами, каковая станция поддерживается на высоте при помощи наполненного легким газом полого каркаса, снабженного стабилизаторами, и удерживается на привязи тросом на установленной внизу электролебедке, отличающаяся тем, что у конической винтовой турбины 4 (фиг. 1), закрепленной на горизонтальной трубчатой оси в конце корпуса, применены двустенные винтовые лопасти (фиг. 6 и 7) с передними или лобовыми гофрированными и задними гладкими поверхностями образующими внутри винтовые полости, заполняемые газом, притекающим через особые отверстия в трубчатой оси, каковые лопасти перекрыты конической, с внутренней стороны гофрированной оболочкой (фиг. 6), составляющей обод турбины и прикрывающей по периферии образованные лопастями винтовые каналы, в которые у широкого конца турбины открываются берущие начало в передней части корпуса трубы 17 (фиг. 1-3), предназначенные для направления в упомянутые каналы поступающего извне дополнительного воздуха и снабженные для регулирования количества его поворотными заслонками.
2. При охарактеризованной в п. 1 станции применение наполненных легким газом стабилизаторов, выполненных в виде каркаса с криволинейными очертанием, образующего с внутренним цилиндрическим каркасом полость для установки турбины (фиг. 1 и 4).
8. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 станции, отличающееся тем, что вместо вспомогательных каналов на внешнем выступающем из каркаса конце 6 оси (фиг. 4) установлена малая турбина 8, и на охватывающей ее вал трубке укреплены заградительные лопасти 9 (фиг. 4 и 9), поворотные на своих осях, каковые турбины и лопасти предназначены для регулировки поступающего на основную турбину 4 (фиг. 4) воздушного потока путем автоматического включения или выключения динамомашин в соответствии с мощностью указанного потока.
4. При охарактеризованной в п. 3 станции применение устройства для включения в цепь динамомашнны, состоящего из укрепленной в средней своей части кольцевой пружины 39 (фиг. 13) с помещенными на ней щетками 38, предназначенной при сближении и удалении ее концов, при посредстве приводимого во вращение электродвигателем 37 двухходового винта 41, прижимать и отжимать щетки от токопроводящих частей динамомашины.
5. При охарактеризованной в п. 3 станции применение устройства для перемещения ее, состоящего из оборудованной винто-моторной группой 46-47 (фиг. 4) гондолы 45 и наставного матерчатого конуса 48, предназначенного для прикрытия во время перелета передней части корпуса.
