RU101744U1 - ALTITUDE WIND POWER PLANT WITH RISE OF SAIL AEROSTAT WITH ROPE - Google Patents

Abstract

1. Высотная ветроэнергетическая установка, содержащая парус, канаты, соединенные с парусом, электрические машины с барабанами, на которых расположены канаты и аэростат, отличающаяся тем, что парус снабжен отверстием, через которое проходит вновь введенный вспомогательный канат, соединяющий аэростат с барабаном вспомогательной вновь введенной электрической машины, при этом установка снабжена устройством сцепления вспомогательного каната с парусом, например, стопором, установленным на вспомогательном канате между парусом и вспомогательной электрической машиной, выполненным, например, в виде перекладины, прикрепленной поперек вспомогательного каната. ! 2. Высотная ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что отверстие в парусе снабжено роликами, на которые опирается вспомогательный канат. ! 3. Высотная ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что на парусе установлено устройство сцепления вспомогательного каната с парусом, например система шкивов, снабженная стопором. 1. High-altitude wind power installation containing a sail, ropes connected to a sail, electric machines with drums on which ropes and an aerostat are located, characterized in that the sail is provided with an opening through which a newly introduced auxiliary rope passes connecting the aerostat with the drum of the auxiliary newly introduced electric machine, while the installation is equipped with a device for coupling the auxiliary rope with the sail, for example, a stopper mounted on the auxiliary cable between the sail and the auxiliary electric electric machine, made, for example, in the form of a crossbar attached across the auxiliary cable. ! 2. High-altitude wind power installation according to claim 1, characterized in that the hole in the sail is equipped with rollers on which the auxiliary rope rests. ! 3. The high-altitude wind power installation according to claim 1, characterized in that the clutch of the auxiliary rope to the sail is mounted on the sail, for example, a pulley system equipped with a stopper.

Description

Известны высотные ветроэнергетические установки, в которых турбины с вертикальной осью вращения поднимаются над Землей при помощи мачт или неоднородностей рельефа (гор)(см. пат. США №4165468 МКИ F03D 11/00 опубл. 79.08.21.)Known high-altitude wind power installations in which turbines with a vertical axis of rotation rise above the Earth with the help of masts or heterogeneities of the relief (mountains) (see US Pat. No. 4165468 MKI F03D 11/00 publ. 79.08.21.)

Недостатком таких устройств является малая мощность, так как мачты приемлимой стоимости не могут иметь достаточную высоту. Неоднородности рельефа, пригодные для построения предлагаемых ветроэнергетических установок, встречаются редко.The disadvantage of such devices is low power, since masts of acceptable cost cannot have a sufficient height. Terrain inhomogeneities suitable for constructing the proposed wind power plants are rare.

Известны высотные ветроэнергетические установки, в которых турбины поднимаются над поверхностью земли при помощи аэростата (см. пат. США №4084102 МКИ F03D 11/00 опубл. 78.04.11).Known high-altitude wind power installations in which turbines rise above the earth’s surface with a balloon (see US Pat. No. 4084102 MKI F03D 11/00 publ. 78.04.11).

Недостатком таких устройств является малая мощность, так как турбины большой мощности невозможно поднять при помощи аэростата приемлимых размеров.The disadvantage of such devices is their low power, since high-power turbines cannot be raised with an acceptable size balloon.

Известны высотные ветроэнергетические установки, в которых ветроэнергетическая установка (далее В.У.) вместе с электрическим генератором поднимается над поверхностью земли при помощи аэродинамических сил (см. пат. США №4572962 МКИ F03D 3/02 опубл. 86.02.25.)Known high-altitude wind power installations in which a wind power installation (hereinafter referred to as W.U.) together with an electric generator rises above the surface of the earth with the help of aerodynamic forces (see US Pat. No. 4572962 MKI F03D 3/02 publ. 86.02.25.)

Недостатком таких устройств является малая доля времени, когда ветер имеет силу, достаточную для работы таких устройств.The disadvantage of such devices is a small fraction of the time when the wind has a force sufficient for the operation of such devices.

Известна высотная (В.У.),содержащая два паруса, связанные друг с другом через канаты, перекинутые через барабан (шкив). Вследствие различной ориентации парусов в пространстве, давление ветра на них различное, что и приводит установку в действие(см. авт. свид. СССР №1216416 МКИ F03D 5/00 опубл. 86.03.07.). Недостатком таких устройств является сложность управления парусами.Known high-rise (V.U.), containing two sails connected to each other through ropes thrown over a drum (pulley). Due to the different orientation of the sails in space, the wind pressure on them is different, which drives the installation (see ed. Certificate of the USSR No. 1216416 MKI F03D 5/00 publ. 86.03.07.). The disadvantage of such devices is the complexity of sail control.

Известна высотная (В.У.), в которой парус жесткой конструкции поднимается над поверхностью земли при помощи аэродинамических сил(см. па. США №6523781В2 МКИ В64С 31/06 опубл. 03.02.25. Недостатком таких устройств является малая доля времени, когда ветер имеет силу достаточную для работы таких устройств.Known high-altitude (V.U.), in which a sail of a rigid structure rises above the surface of the earth with the help of aerodynamic forces (see US Pat. No. 6523781B2 MKI B64C 31/06 publ. 03.02.25. The disadvantage of such devices is a small fraction of the time the wind has enough power to operate such devices.

Наиболее близким к прилагаемому устройству по технической сущности и по количеству сходных существенных признаков является (В.У.) по авторскому свидетельству СССР №SU 1590628 МКИ F03D 5/00 опубл. 90. 09.07., которая выбрана за прототип.The closest to the attached device in technical essence and in the number of similar essential features is (V.U.) according to the USSR copyright certificate No.SU 1590628 MKI F03D 5/00 publ. 90. 09.07., Which is selected for the prototype.

Это устройство содержит (фиг.1) парус - 1, канаты - 2, соединенные с парусом и расположенные на барабанах - 3, соединенных с электрическими машинами - 4, и аэростаты - 5, через которые барабаны соединены с парусом, при помощи канатов - 2.This device contains (Fig. 1) a sail - 1, ropes - 2 connected to a sail and located on drums - 3, connected to electric machines - 4, and balloons - 5, through which the drums are connected to a sail, using ropes - 2 .

Известное устройство работает следующим образом:A known device operates as follows:

- канаты - 2 наматываются или сматываются с барабанов - 3 при продвижении паруса - 1 под воздействием ветра. Когда канаты сматываются с барабанов, электрические Машины - 4, связанные механически с барабанами, вырабатывают электрическую энергию, которая поступает в сеть. Когда канаты наматываются на барабаны, электрические машины Потребляют энергию от сети.- ropes - 2 are wound or reeled from drums - 3 when sail is advanced - 1 under the influence of wind. When the ropes are wound from the drums, the Electric Machines - 4, connected mechanically with the drums, generate electrical energy that enters the network. When ropes are wound around drums, electric cars consume energy from the network.

- когда канаты сматываются с барабанов, ориентацию паруса в пространстве и траекторию его движения выбирают за счет изменения соотношений длин канатов при изменении скоростей вращения электрических машин (путем изменения силы тока в их обмотках) таким образом, чтобы происходил максимальный отбор энергии ветра.- when the ropes are unwound from the drums, the orientation of the sail in space and the trajectory of its movement are selected by changing the ratios of the lengths of the ropes when changing the rotation speeds of electric machines (by changing the current strength in their windings) so that the maximum selection of wind energy takes place.

При возвращении паруса на прежнее место ориентацию паруса в пространстве и траекторию его движения выбирают такими за счет изменения соотношений длин канатов, чтобы энергия, затрачиваемая на преодоление аэродинамического сопротивления движению паруса, аэростатов и канатов за время возвращения паруса была минимальной. Функции соотношений длин канатов от времени получают теоретическим путем и корректируют путем экспериментов.When the sail returns to its former place, the orientation of the sail in space and the trajectory of its movement are chosen such by changing the ratios of the rope lengths so that the energy spent on overcoming the aerodynamic resistance to the movement of the sail, balloons and ropes during the return of the sail is minimal. The functions of the ratios of the lengths of the ropes from time are obtained theoretically and corrected by experiments.

Расход энергии на возвращение паруса будет значительно меньше, чем та энергия, которая была получена при удалении паруса от барабанов. Разница этих энергий направляется в сеть потребителя в виде полезного выхода энергии.The energy consumption for the return of the sail will be significantly less than the energy that was obtained when the sail was removed from the drums. The difference of these energies is sent to the consumer network in the form of a useful energy output.

Несколько подобных установок, настроенных соответствующим образом, могут снабжать потребителя непрерывным потоком энергии. В одиночных установках для выравнивания потока энергии к потребителю могут использоваться аккумуляторы энергии.Several similar installations, configured appropriately, can supply the consumer with a continuous flow of energy. In single installations, energy storage devices can be used to equalize the energy flow to the consumer.

Недостатком известного устройства является то, что аэростаты жестко связаны с канатами и через них с парусами, поэтому, когда в конце рабочего цикла установки парус приближается к барабанам, аэростаты также приближаются к ним, и аэродинамическое сопротивление аэростатов вызывает значительные потери энергии, которые снижают среднюю за цикл работы выходную мощность установки.A disadvantage of the known device is that the balloons are rigidly connected to the ropes and through them to the sails, therefore, when the sail approaches the drums at the end of the installation cycle, the balloons also approach them, and the aerodynamic drag of the balloons causes significant energy losses, which reduce the average operation cycle power output of the installation.

Целью изобретения является увеличение выходной мощности установки без увеличения размеров паруса.The aim of the invention is to increase the output power of the installation without increasing the size of the sail.

Сущность изобретения заключается в том, что (В.У.) снабжена устройством сцепления аэростата с парусом которое отключается, когда парус при помощи аэростата достигнет рабочей высоты. После этого перемещение аэростата при движении паруса под действием ветра если и происходит, то на малое расстояние, поэтому аэродинамическое сопротивление аэростата не снижает заметным образом среднюю за цикл работы выходную мощность установки.The essence of the invention lies in the fact that (V.U.) is equipped with a coupling device for the aerostat with the sail, which is turned off when the sail reaches the working height by the aerostat. After that, the balloon moving when the sail moves under the influence of wind, even if it happens, then at a small distance, so the aerodynamic resistance of the balloon does not noticeably reduce the average output power of the installation per cycle of operation.

Сущность изобретения поясняется рисунками:The invention is illustrated by drawings:

Фиг.1. Схематичное изображение известного устройства (вид сверху);Figure 1. Schematic illustration of a known device (top view);

Фиг.2. Схематичное изображение предлагаемого устройства (вид в аксонометрии)Figure 2. Schematic representation of the proposed device (view in perspective view)

Фиг.3. Устройство сцепления, расположенного на парусе (вид сбоку)Figure 3. Sail Clutch (Side View)

В известных технических решениях признаков, сходных с отличительными признаками заявленного технического решения, не обнаружено.Вследствие этого можно считать, что предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.In the known technical solutions, features similar to the distinguishing features of the claimed technical solution are not found. As a result, we can assume that the proposed technical solution has significant differences.

Предлагаемое устройство содержит (фиг.2), как и известное устройство парус 1, канаты 2, соединенные с парусом и расположенные на барабанах 3, соединенных с электрическими машинами 4, и аэростатом 5.The proposed device contains (figure 2), as well as the known device sail 1, ropes 2 connected to the sail and located on the drums 3 connected to electric machines 4, and the balloon 5.

В отличие от известного устройства в предлагаемом устройстве аэростат 5 соединен с дополнительно введенным вспомогательным канатом 6, который проходит через вновь введенное отверстие? в парусе 1 и расположен на вновь введенном вспомогательном барабане 8,присоединенном к вновь введенной вспомогательной электрической машине 9.In contrast to the known device in the proposed device, the balloon 5 is connected to an additionally introduced auxiliary cable 6, which passes through the newly introduced hole? in sail 1 and is located on a newly introduced auxiliary drum 8 connected to the newly introduced auxiliary electric machine 9.

Между парусом 1 и барабаном 8 на канате 6 укреплен в качестве устройства сцепления каната с парусом стопор 10, например, перекладина, расположенная поперек каната 6.Between the sail 1 and the drum 8 on the rope 6, a stopper 10, for example, a crossbar located across the rope 6, is fixed as a device for coupling the rope to the sail.

Для повышения КПД вспомогательная электрическая машина 9 может быть снабжена тормозом (на рисунке не показан).To increase the efficiency, the auxiliary electric machine 9 can be equipped with a brake (not shown in the figure).

Для повышения КПД и увеличения срока службы каната 26 и паруса 1 отверстие 7 в парусе может быть снабжено роликами 11, расположенными на платформе 12, укрепленной на парусе.To increase efficiency and increase the life of the rope 26 and sail 1, the hole 7 in the sail can be equipped with rollers 11 located on the platform 12, mounted on a sail.

Для упрощения работы установки на парусе может быть расположено устройство сцепления паруса со вспомогательным канатом (Фиг.3).To simplify the operation of the installation on a sail, a clutch device for the sail with the auxiliary rope can be located (Figure 3).

Предлагаемое устройство работает следующим образом:The proposed device operates as follows:

- в исходном состоянии парус 1 находится на поверхности земли, электрическая машина 9 находится на тормозе, канат 6 натянут под действием подъемной силы аэростата 5;- in the initial state, the sail 1 is on the surface of the earth, the electric machine 9 is on the brake, the rope 6 is tensioned by the lifting force of the aerostat 5;

- электрическая машина 9 снимается с тормоза;- the electric machine 9 is removed from the brake;

- под действием подъемной силы аэростата 5 стопор 10 упирается снизу в парус, который поднимается вверх;- under the influence of the lifting force of the aerostat 5, the stopper 10 rests against the bottom of the sail, which rises up;

- канаты 2 и 6 сматываются с барабанов соответственно 3 и 8;- ropes 2 and 6 are wound from drums 3 and 8, respectively;

- когда парус достигнет такой высоты, на которой ветер имеет скорость достаточную для того, чтобы его давление могло компенсировать вес паруса и канатов 2, направление вращения машины 8 меняют на противоположное;- when the sail reaches such a height at which the wind has a speed sufficient so that its pressure can compensate for the weight of the sail and ropes 2, the direction of rotation of the machine 8 is reversed;

- стопор вместе с канатом 6 опускается вниз и не мешает работе паруса;- the stopper together with the rope 6 goes down and does not interfere with the operation of the sail;

- путем изменения силы тока в обмотках электрических машин 4 приводят барабаны 3 во вращение таким образом, чтобы за счет изменения соотношения длин канатов 2 парус 1 приобрел положительный угол атаки относительно направления ветра;- by changing the current strength in the windings of the electric machines 4, the drums 3 are rotated so that due to a change in the ratio of the lengths of the ropes 2, the sail 1 acquires a positive angle of attack relative to the direction of the wind;

- набегающий на парус ветер создает подъемную силу, в результате чего парус, скользя по канату 6, удаляется от барабанов, при этом барабаны 3 вращаются за счет сматывания с них канатов;- the wind rushing onto the sail creates a lifting force, as a result of which the sail, sliding along the rope 6, is removed from the drums, while the drums 3 rotate due to the winding of ropes from them;

- электрические машины 4 при этом вырабатывают электрическую энергию, которая поступает в сеть;- electric machines 4 in this case generate electric energy, which enters the network;

- когда канаты 2 будут смотаны с барабанов 3 на максимально допустимую длину, угол атаки паруса 1 относительно направления ветра изменяется за счет изменения соотношения длин канатов 2 на противоположный по знаку; подъемная сила паруса становится отрицательной, и он опускается вниз, скользя по канату 6, при этом барабаны 3 вращаются в противоположном направлении, и канаты на них наматываются;- when the ropes 2 are wound from the drums 3 to the maximum permissible length, the angle of attack of the sail 1 relative to the direction of the wind changes due to a change in the ratio of the lengths of the ropes 2 to the opposite in sign; the lifting force of the sail becomes negative, and it goes down, sliding along the rope 6, while the drums 3 rotate in the opposite direction, and the ropes are wound on them;

- расход энергии, которую при этом берут от сети будет небольшой, так как возвращению паруса вниз будет способствовать вес паруса и канатов 2, а также отрицательная подъемная сила паруса;- the energy consumption, which is taken from the network, will be small, since the return of the sail down will be facilitated by the weight of the sail and ropes 2, as well as the negative lift of the sail;

- опускание паруса происходит до такой высоты, на которой ветер еще имеет достаточную скорость для работы установки, после чего угол атаки паруса вновь изменяют на положительный, и цикл работы установки повторяется;- the sinking of the sail occurs to such a height that the wind still has sufficient speed for the installation to work, after which the angle of attack of the sail is again changed to positive, and the installation cycle is repeated;

- вращение электрической машины 9 может быть остановлено либо подачей на ее обмотки тока соответствующей силы, либо при помощи специального тормоза (на рисунках не показан);- the rotation of the electric machine 9 can be stopped either by applying a current of appropriate strength to its windings, or by using a special brake (not shown in the figures);

- в последнем случае КПД установки будет выше, так как ток в обмотках отсутствует.- in the latter case, the efficiency of the installation will be higher, since there is no current in the windings.

Работу ветроэнергетической установки можно упростить, если использовать более сложное устройство сцепления паруса 1 с канатом 6, В качестве такого устройства можно использовать, например систему шкивов со стопором (Фиг.3), стпор на рисунке не показан.The operation of a wind power installation can be simplified if you use a more sophisticated clutch device for sail 1 with rope 6. As such a device, you can use, for example, a pulley system with a stopper (Figure 3), the stopper is not shown in the figure.

Claims (3)

1. Высотная ветроэнергетическая установка, содержащая парус, канаты, соединенные с парусом, электрические машины с барабанами, на которых расположены канаты и аэростат, отличающаяся тем, что парус снабжен отверстием, через которое проходит вновь введенный вспомогательный канат, соединяющий аэростат с барабаном вспомогательной вновь введенной электрической машины, при этом установка снабжена устройством сцепления вспомогательного каната с парусом, например, стопором, установленным на вспомогательном канате между парусом и вспомогательной электрической машиной, выполненным, например, в виде перекладины, прикрепленной поперек вспомогательного каната.1. High-altitude wind power installation containing a sail, ropes connected to a sail, electric machines with drums on which ropes and an aerostat are located, characterized in that the sail is provided with an opening through which a newly introduced auxiliary rope passes connecting the aerostat with the drum of the auxiliary newly introduced electric machine, while the installation is equipped with a device for coupling the auxiliary rope with the sail, for example, a stopper mounted on the auxiliary cable between the sail and the auxiliary electric electric machine, made, for example, in the form of a crossbar attached across the auxiliary cable. 2. Высотная ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что отверстие в парусе снабжено роликами, на которые опирается вспомогательный канат.2. High-altitude wind power installation according to claim 1, characterized in that the hole in the sail is equipped with rollers on which the auxiliary rope rests. 3. Высотная ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что на парусе установлено устройство сцепления вспомогательного каната с парусом, например система шкивов, снабженная стопором.

3. The high-altitude wind power installation according to claim 1, characterized in that the clutch of the auxiliary rope to the sail is mounted on the sail, for example, a pulley system equipped with a stopper.