Высотная ветроэнергетическая установка

Авторы патента:

F03D11 - Конструктивные элементы и принадлежности, не отнесенные к предшествующим группам или представляющие интерес независимо от них

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована для преобразования энергии ветра в электрическую. Установка содержит закрепленный на земле трос, аэростат, размещенный внутри аэростата электрогенератор, и диск с закрепленными на нем лопастями. Для уменьшения массы установки и повышения ее КПД аэростат выполнен с каналом по длине, сужающимся в передней части, в канале установлено центральное цилиндрическое тело с закрепленной внутри него осью, диск с лопастями установлен на оси с возможностью вращения, обмотка ротора и обмотка возбуждения ротора генератора закреплены на диске с возможностью вращения вместе с ним, обмотка статора закреплена неподвижно внутри цилиндрического тела по одну сторону, а магнитная система возбуждения генератора - по другую сторону от диска. 1 ил.

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована для преобразования энергии ветра в электрическую.

Известна высотная ветроэнергетическая установка, содержащая закрепленный на земле трос, аэростат, снабженный расположенным в его средней части несущим ободом с закрепленными на нем радиальными лопастями и носовой втулкой, связанной с тросом, и размещенным внутри аэростата электрогенератором (Авторское свидетельство СССР №1382989, F03D 11/00, опубликовано 23.03.1988). При работе установки аэростат поднят над землей при помощи троса в зону действия интенсивного и постоянного ветра. Взаимодействие воздушного потока с лопастями вызывает вращение аэростата с ободом, вращение обода через шкив передается на ротор электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию, передаваемую по кабелю потребителю. К недостаткам установки можно отнести внешнее расположение лопастей, которое существенно увеличивает габариты установки, соответственно повышается требование к прочности конструкции и, следовательно, увеличивается ее вес. Для аэростатной установки это важный параметр. Вращающийся аэростат имеет развитую поверхность, что существенно увеличивает потери энергии на трение, снижая эффективность установки. Набегающий поток воздуха перед лопастями движется со средней скоростью ветрового потока в районе установки, т.е. с невысокой скоростью, что существенно снижает к.п.д. лопаточного аппарата установки.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является:

- уменьшение общего габарита установки при равных размерах аэростата;

- увеличение скорости набегающего воздушного потока на лопаточный аппарат установки;

- увеличение относительной линейной скорости обмоток статора и ротора генераторной установки для повышения частоты генерируемого тока;

- увеличение напряжения генерируемого тока в результате применения генератора возбуждения ротора;

- уменьшение нагрузки на аэростат за счет подъемной силы крыльев установки с компенсацией крыльями момента вращения, образующегося при работе генератора под нагрузкой;

- конструктивное упрощение установки, исключение вращения внешней оболочки аэростата относительно неподвижных механизмов, находящихся внутри аэростата;

- увеличение удельной мощности установки за счет увеличения площади собираемого на лопаточный аппарат воздушного потока;

- уменьшение габаритов вращающегося лопаточного аппарата установки.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в уменьшении массы генератора и кабеля, и соответственно установки в целом, повышении КПД установки, упрощение требований к прочности конструкции.

Технический результат достигается тем, что в высотной ветроэнергетической установке, содержащей закрепленный на земле трос, аэростат, размещенный внутри аэростата электрогенератор, и диск с закрепленными на нем лопастями, аэростат выполнен с каналом по длине, сужающимся в передней части, в канале установлено центральное цилиндрическое тело с закрепленной внутри него осью, диск с лопастями установлен на оси с возможностью вращения, обмотка ротора и обмотка возбуждения ротора генератора закреплены на диске с возможностью вращения вместе с ним, обмотка статора закреплена неподвижно внутри

цилиндрического тела по одну сторону, а магнитная система возбуждения генератора - по другую сторону от диска.

Конструкция лопастей и генератора в виде единого блока и их размещение внутри сужающегося канала, выполненного в аэростате, увеличивает КПД установки за счет использования более высоких скоростей воздушного потока по сравнению с обычными на определенной высоте.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором обозначены: 1 - генератор, 2 - лопасти, 3 - опора, 4 - аэростат, 5 - стабилизатор, 6 - якорная опора, 7 - трос-кабель, 12 - диск, 13 - канал. Генератор высоковольтный, высокочастотный - для уменьшения размеров и веса установки конструктивно исполнен из четырех частей: обмотка роторная 8, обмотка статорная 9, обмотка возбуждения ротора 10, магнитная система генератора возбуждения 11.

Лопасти 2 крепятся к диску 12, который в свою очередь установлен на оси, ось закреплена внутри центрального цилиндрического тела и размещена в канале 13.

Обмотки ротора генератора (обмотка ротора 8 и обмотка возбуждения ротора 10) прикреплены к диску 12 и вращаются вместе с ним, обмотка статора 9 установлена неподвижно в внутри центрального цилиндрического тела по одну сторону от вращающегося диска 12, к которому прикреплены лопасти 2, а магнитная система генератора возбуждения 11 закреплена неподвижно внутри центрального цилиндрического тела по другую сторону от диска 12.

При работе воздушный поток, набегающий на аэростат спереди, направляется посредством входного сужения центрального канала на лопасти, ускоряясь из-за сужения канала. Скорость потока многократно увеличивается, на лопастях энергия воздушного потока преобразуется во вращение закрепленных на диске лопаток, а также прикрепленных к нему обмоток ротора. Вырабатываемая электроэнергия передается по кабелю потребителю.

Высотная ветроэнергетическая установка, содержащая закрепленный на земле трос, аэростат, размещенный внутри аэростата электрогенератор, и диск с закрепленными на нем лопастями, отличающаяся тем, что аэростат выполнен с каналом по длине, сужающимся в передней части, в канале установлено центральное цилиндрическое тело с закрепленной внутри него осью, диск с лопастями установлен на оси с возможностью вращения, обмотка ротора и обмотка возбуждения ротора генератора закреплены на диске с возможностью вращения вместе с ним, обмотка статора закреплена неподвижно внутри цилиндрического тела по одну сторону, а магнитная система возбуждения генератора - по другую сторону от диска.