SK332014U1 - Wind vibration collector - Google Patents

Abstract

Veterný oscilačný kolektor (9) je zostavený z množiny malých veterných turbín, z ktorých každá je lankom súosovo spojená v uzle s hlavným ťahovým lanom vedúcim do navijáka (11), ktorý je umiestnený na kyvnom člene (8) konzoly (7) navrchu stĺpa (4). Veterné turbíny axiálne oscilujú z dôvodu periodickej zmeny uhla nastavenia ich listov pri súslednom a protibežnom pohybe voči vetru. Veterný oscilačný kolektor sníma tiež termický stúpavý prúd za bezvetria a pri vybavení aerostatmi (6). Menič energie (3) mení oscilácie turbín veterného kolektora (9) na rotačný pohyb a následne na elektrickú a pneumatickú energiu.The wind oscillating collector (9) is composed of a plurality of small wind turbines, each of which is coaxially connected in a knot with a main tensile rope leading to a winch (11) located on the rocker (8) of the bracket (7) at the top of the column ( 4). Wind turbines oscillate axially due to a periodic change in the angle of their blades in a consecutive and counter-wind movement. The wind oscillating collector also senses thermal rising current at windless and aerostatic equipment (6). The energy converter (3) converts the oscillations of the wind turbine turbines (9) to rotational motion and then to electrical and pneumatic energy.

Description

Veterný oscilačný kolektorWind oscillating collector

Oblasť technikyTechnical field

Technické riešenie sa týka veterných oscilačných kolektorov na snímanie energie vetra vo vyšších vrstvách prúdenia a v ťažko dostupných lokalitách s veľkým prierezom záchytnej plochy.The technical solution relates to wind oscillating collectors for sensing wind energy in higher layers of flow and in hard-to-reach locations with a large cross-section of the gripping area.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Na zachytávanie veľkých prierezov vetra sa v súčasnosti využívajú najčastejšie dvoj atrojlistové veterné veľkopriemerové turbíny. Priemery 80 až 100 m zabezpečujú vysoký výkon jednotky čo sa priaznivo prejavuje na výstupnom napätí a transportných parametroch výstupnej elektrickej energie ako aj na špecifickom výkone na jednotku pôdorysnej plochy (na km²⁾. Veterné farmy osadené veľkými jednotkami tak dosahujú cez 10 MW na km² plochy.At present, two and three-blade large-size wind turbines are currently used to capture large wind cross-sections. Diameters from 80 to 100 m ensure high unit performance, which has a positive effect on output voltage and transport parameters of output electrical energy as well as on specific output per unit of floor area (per km ²⁾ . Wind farms equipped with large units thus reach over 10 MW per km ^{2 of} area.

Nevýhodou takýchto prevedení je vysoká hmotnosť základných komponentov ako sú listy, stĺp a základy. Veľké momentové zaťaženie výškou stĺpa a horizontálnou silou kladie vysoké nároky najmä u systémov určených do veterne výhodných lokalít ako je hlboké more, hory, púšte.The disadvantage of such embodiments is the high weight of the basic components such as leaves, column and foundation. The high torque load of the column height and horizontal force places high demands especially on systems intended for windy locations such as deep sea, mountains, deserts.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Dosiahnuť vysokú plošnosť zachytávania prierezu vetra pri zníženej hmotnosti umožňuje technické riešenie, podstatou ktorého je, veterný kolektor zostavený z množiny veterných turbín každá je prepojená lankom súosovo s hlavným ťahovým lanom, ktorým je veterný kolektor upútaný na otočnej konzole v mieste navijáka. Odvíjaním sa umožňuje meniť výšku práce kolektora. Turbíny sú z vibračných rotorov, ktoré majú meniteľný uhol nastavenia listov v závislosti na axiálnom smere pohybu, takže prúdenie vzduchu spôsobuje ich axiálne oscilácie.Achieving a high wind cross-sectional area at reduced weight allows a technical solution that consists of a wind turbine made up of a plurality of wind turbines, each connected by a coaxial cable to the main traction rope through which the wind collector is tethered to the rotary bracket at the winch. Unwinding allows to change the collector's work height. The turbines are of vibratory rotors having a variable blade pitch depending on the axial direction of movement, so that the air flow causes them to oscillate axially.

DÍžka lánk zodpovedá minimálne výške zadnej časti konzoly, takže v kľudovej polohe keď veterný kolektor visí, nedotýka sa zeme alebo vody.The length of the ropes corresponds at least to the height of the rear part of the console, so that it does not touch the ground or water in the rest position when the wind collector is hanging.

K/o/ •P*e uľahčenie zdvihu zo zvislej polohy za vetra môže kolektor obsahovať sústavu aerostatov upnutých zo zadných strán turbín. Aerostaty tiež umožňujú zaujať vertikálnu polohu osi kolektora pri využívaní termických vzostupných prúdov od slnečných kolektorov alebo absorbčných vertikálnych tepelných plôch a odrazových plôch (voda, sneh, piesok).K / o / • To facilitate lifting from a vertical wind position, the collector may comprise a set of aerostats clamped from the rear of the turbines. Aerostats also make it possible to assume the vertical position of the collector axis when using thermal ascending currents from solar collectors or absorbing vertical thermal surfaces and reflective surfaces (water, snow, sand).

-ftte⁷ uľahčenie zdvihu zo zvislej polohy pri slabom vetre môže zariadenie obsahovať zdvihové dúchadlá , ktoré sú otočné prichytené k stĺpu a zosilňujú veterný prúd na plochu veterného kolektora. Zložka vztlakovej sily, ktorá má tangenciálny smer k otočnému bodu previsu hlavného ťažného lana zdvíha celý veterný kolektor do pracovnej polohy. ⁷ -ftte facilitate lifting from the vertical position in light wind, the device may include lifting blowers which are rotatably attached to the column and intensify the wind flow on surface wind collector. The buoyancy force component, which is tangential to the pivot point of the main tow rope, lifts the entire wind collector to the working position.

Ŕe umiestnenie veľkoplošných veterných kolektorov slúžia navíjacie servomotoy, ktoré skracujú lanká nad priečkami veterného kolektora v miestach kĺbov alebo pružných spojok. Zvyšná časť pozdĺžnych profilov siete veterného kolektora sa prehne a celý veterný kolektor sa harmonikovo skráti a zmenší sa jeho visiaci rozmer.That winding servo motors are used to locate large-area wind collectors, which shorten the cables above the wind collector partitions at joints or flexible couplings. The rest of the longitudinal profiles of the wind collector net will be folded and the entire wind collector will be shortened in accordion and its hanging dimension will be reduced.

Okrem veterného kolektora, ktorý operuje vo výške môže konzola obsahovať prídavné oscilačné turbíny na výkyvnom uložení a profiloch. Axiálne oscilácie sa prenášajú súosími lankami na hlavné ťahové lano a môžu samostatne generovať energiu aj v prípade odpojenia upútaného veterného kolektora.In addition to a wind collector that operates at a height, the bracket may include additional oscillating turbines on the pivot bearing and profiles. Axial oscillations are transmitted by coaxial ropes to the main traction rope and can generate energy independently even if the tethered wind collector is disconnected.

Menič energie, ktorý zachytáva oscilácie hlavného ťahového lana alebo ťahového člena mení lineárne kmity prenášané vratne na reťaz a na reťazové kolá viackrát uložené cez voľnobežky recipročne zaťažované dvoma protibežnými ťahovými členmi na rotačný pohyb hriadeľa a výstupným generátorom, ktorý môže byť elektrický, hydraulický alebo kompresor.An energy converter that captures the oscillations of the main tensile rope or tensile member converts linear oscillations transmitted back and forth to the chain wheels and multiple sprockets supported by freewheels reciprocally loaded by two counter-rotating tensile members to rotate the shaft and output generator, which may be electric, hydraulic or compressor.

Prehľad obrázkov na výkreseOverview of the figures in the drawing

Na obr. 1 je bočný pohľad na schému zariadenia s veterným kolektorom v pracovnej aj kľudovej polohe (dolu). Na obr. 2 je pohľad zhora pre obidve polohy (kľudová spodná čiarkované).In FIG. 1 is a side view of a schematic of a wind collector device in both a working and resting (down) position. In FIG. 2 is a top view for both positions (resting bottom dashed).

Príklad uskutočnenia technického riešeniaExample of technical solution

Veternoenergetický systém vhodný pre hlbokovodné plochy obsahuje stĺp 4 v spodnej časti s plavákovou dutinou a závažím pre rýchle vztýčenie pri montáži. Výstužné laná 10 samostatne kotvené na dne mora znižujú (pri 40° sklone takmer úplne odstraňujú) ohybové a vzperové namáhanie stĺpu. Veterný kolektor 9 je zostavený zo siete tenkostenných kompozitných rúrok a veterných turbín priemeru 3m. Listy turbín veterného kolektora sú analógovo ovládané pre zmenu uhlu nastavenia rozdielnym momentom sily proti vztlakovej sile. Moment je nižší v protipohybe proti vetru a väčší s kladným uhlom nastavenia pri súslednom pohybe svetrom. V protipohybe sa turbína roztáča do vyšších otáčok pri nižšej zložke vztlakovej sily. Zotrvačná enegia sa spotrebuje na vyšší uhol nábehu a vyšší ťah pri súslednom pohybe turbíny. Prebytok ťahu roztáča rotor kompresora a elektrického generátora pomocou voľnobežiek hnaných reťazovými kolami. Vratný pohyb spôsobujú vratné členy napr. turbíny 15 doplnkového systému na konzole 7 s ramenom 8 alebo turbíny 1 ak je veterný kolektor pripnutý na spodné rameno 8. Zariadenie môže zA wind power system suitable for deep water areas includes a column 4 at the bottom with a float cavity and a weight for quick erection during assembly. The reinforcement ropes 10 individually anchored at the bottom of the sea reduce (at 40 ° inclination almost completely) the bending and bracing stress of the column. The wind collector 9 is composed of a network of thin-walled composite tubes and wind turbines with a diameter of 3m. The turbine blades of the wind collector are operated analogously to change the angle of adjustment by different torque forces against buoyancy. The torque is lower in the anti-wind direction and higher with a positive set angle when the sweater is moving consecutively. In counter-motion, the turbine rotates to a higher speed at a lower lift force component. Inertia energy is consumed for a higher angle of attack and higher thrust when the turbine is moving in sequence. Excess thrust turns the rotor of the compressor and electric generator by means of freewheels driven by sprockets. The reciprocating members are e.g. turbine 15 of the supplementary system on the console 7 with the arm 8 or the turbine 1 if the wind collector is attached to the lower arm 8. The device can

pracovať za bezvetria pri slnečnom počasí, pokiaľ sa okolie stĺpa vybaví kolmými tmavými plochami. Voda, sneh alebo piesok odráža slnečné lúče do plôch. Dúchadlo 5 sa nastaví na prúd kolmo hore a iniciuje termický stúpavý prúd, ktorý sa nasúva z prehriateho okolia. Veterný kolektor sa tým prestaví do kolmej polohy svojej osi a zberá termický prúd. Čiastočný vztlak pri slabej termike môžu zabezpečovať aerostaty 6, ktorých veľkosť alebo nasadenie určujú trhové pomery ohľadom príslušných komodít (hélium, dodávky dvojpoťahových aerostatov a ich kvalita ohľadom strát náplne, vývoj vztlakového telesa s medzivrstvou vzduchu pre kontaktný tlak). V čase bez vetra a slnka sa veterný kolektor preklopí zvislo nadol cez zadnú hranu konzoly 7. Navíjacie servomotory 13, alebo pružnosť paralelne prichytených pružných elementov skrátia lanká na krajných a niekoľkých stredových priečkach 12 v miestach ohybných spojov kompozitnej siete. Zvyšok siete sa prehne do vlnovca a skráti sa dĺžka závesu. Stĺp so slabou vzperovou záťažou vyvzperený lanami 10 a malou potrebnou výškou znižuje náklady na jeho zhotovenie a kotvenie. Hmotnosť veterného kolektora sa znižuje úmerne zmenšenému priemeru veterných turbín integrovaných do rovnakej prierezovej plochy. Priemery 3m oproti 90m znižujú hmotnosť 30 krát. Inštalovaný výkon 10 MW jednotky sa dosiahne pri nižšej hmotnosti než konvenčné 5MW. Výška spôsobí nárast na 30 MW/km².work in windless, sunny weather, provided the perimeter of the column is equipped with perpendicular dark areas. Water, snow or sand reflects the sun's rays into the surfaces. The blower 5 is set to a current perpendicular upward and initiates a thermal ascending current which is fed from the overheated environment. The wind collector thus moves to the perpendicular position of its axis and collects the thermal current. Partial buoyancy at low temperature may be provided by aerostats 6, the size or deployment of which determines the market conditions for the relevant commodities (helium, two-coat aerostat deliveries and their quality in terms of cartridge losses, development of buoyancy body with interlayer air for contact pressure). In the absence of wind and sun, the wind collector swivels vertically down over the rear edge of the bracket 7. The winding servomotors 13, or the elasticity of the parallel-mounted resilient elements, shorten the ropes at the extreme and several center bars 12 at the flexible joints. The rest of the net is folded into the bellows and the length of the curtain is shortened. A column with a low strut load supported by ropes 10 and a low height reduces the cost of construction and anchoring. The weight of the wind collector decreases in proportion to the reduced diameter of the wind turbines integrated into the same cross-sectional area. 3m diameter compared to 90m reduce weight 30 times. The installed capacity of a 10 MW unit is achieved at a lower weight than conventional 5MW. The height will increase to 30 MW / km ² .

VIN

Claims (6)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS 1. Veterný oscilačný kolektor, ktorý využíva vibračné rotory s premenlivým uhlom nastavenia listov v závislosti na smere a rýchlosti prúdenia vzduchu vyznačujúci sa tým, že veterný kolektor (9) zostavený z množiny veterných turbín, z ktorých každá je lankom súosovo spojená v uzle s hlavným ťahovým lanom, ktorým je upútaná na otočnej konzole (7) v mieste navijáka (11), pričom dĺžka laniek zodpovedá výške zadnej časti konzoly (7) na stĺpe (4) s meničom energie (3) v prednej časti konzoly (7), ktorý je ťahovým členom (14) spojený s navijákom (11) na výkyvnom uložení (8).A wind oscillating collector which uses vibration rotors with variable blade pitch depending on the direction and speed of the air flow, characterized in that the wind collector (9) is composed of a plurality of wind turbines, each of which is coaxially connected by cable to the main by means of a traction cable which is fastened to the rotary bracket (7) at the winch (11), the length of the cables corresponding to the height of the rear part of the bracket (7) on the pole (4) with power converter (3) in front of the bracket (7). is connected to the winch (11) on the pivot bearing (8) by a pulling member (14). 2. Oscilačný veterný kolektor podľa nároku 1 vyznačujúci sa tým, obsahuje zdvihové aerostaty (6).An oscillating wind collector according to claim 1, characterized in that it comprises lift aerostats (6). 3. Veterný oscilačný kolektor podľa nároku 1 vyznačujúci sa tým, že obsahuje zdvihové dúchadlá (5), ktoré sú otočné prichytené k stĺpu (4).A wind oscillating collector according to claim 1, characterized in that it comprises stroke blowers (5) which are pivotally attached to the column (4). 4. Oscilačný veterný kolektor podľa nároku 1 vyznačujúci sa tým, že na lankách sú navíjacie servomotory (13) alebo pružné elementy prislúchajúce najviac každej druhej priečke (12).An oscillating wind collector according to claim 1, characterized in that on the ropes there are winding servomotors (13) or resilient elements pertaining at most to every second partition (12). 5. Veterný oscilačný kolektor podľa nároku 1 vyznačujúci sa tým, že na konzole (7) sú na výkyvnom uložení (8) profily (2) s turbínami (1) a turbínami (15) silovo prepojené s ťahovým členom (4).Wind oscillating collector according to claim 1, characterized in that on the bracket (7) the profiles (2) with the turbines (1) and the turbines (15) are connected to the traction member (4) in a pivotably mounted manner (8). 6. Veterný oscilačný kolektor podľa nároku 1 vyznačujúci sa tým, že menič energie (3) je sústava viackrát uložených voľnobežiek na jednom hriadeli s navijákmi alebo reťazovými kolesami a s generátorom výstupnej energie (elektrickej, pneumatickej alebo hydraulickej).Wind oscillating collector according to claim 1, characterized in that the energy converter (3) is a set of multiple freewheels on one shaft with winches or sprockets and with an output energy generator (electric, pneumatic or hydraulic).