[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2602650C1 - Aerostatic balloon natatorial wind turbine - Google Patents

Aerostatic balloon natatorial wind turbine Download PDF

Info

Publication number
RU2602650C1
RU2602650C1 RU2016102233/06A RU2016102233A RU2602650C1 RU 2602650 C1 RU2602650 C1 RU 2602650C1 RU 2016102233/06 A RU2016102233/06 A RU 2016102233/06A RU 2016102233 A RU2016102233 A RU 2016102233A RU 2602650 C1 RU2602650 C1 RU 2602650C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
module
cable
aerostatic
axis
Prior art date
Application number
RU2016102233/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Губанов
Original Assignee
Александр Владимирович Губанов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Владимирович Губанов filed Critical Александр Владимирович Губанов
Priority to RU2016102233/06A priority Critical patent/RU2602650C1/en
Priority to PCT/RU2016/000741 priority patent/WO2017131551A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2602650C1 publication Critical patent/RU2602650C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D13/00Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D5/00Other wind motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: energy.
SUBSTANCE: invention relates to wind power engineering. Aerostatic balloon natatorial wind turbine comprises positive buoyancy aerostatic balloon module from interconnected ends windward gas-filled cylindrical balloons, nacelle with planetary multiplier and generator, axis of rotation coinciding with air flow direction, and wind-driven rotor, rope and rope-cable connection with ground mooring unit on it, on which rotary platform two winches and rope-cable bundle are attached. In horizontal projection aerostatic module has deltoid outline oriented windward by longitudinal axis of symmetry. Assembled gas filled cylinders are laid and fixed across arc of arched bridge truss, passing through windmill aerostatic part center of mass. In truss area there is at least one nacelle, and on its axis of rotation at said support structure windward side is rotor of said type. End cylinders have arched shape with vertical walls, rigid bottom, equipped with keel, which height increases in downwind side; on truss top vertical bracket is installed, horizontal plane stabilizer on its end rises above aerostatic module stern.
EFFECT: invention is aimed at stable producing of high wind-driven power in high-speed atmospheric layers.
1 cl, 3 dwg

Description

Применяется для генерации энергии ветра в электроэнергию средних и больших мощностей, достигаемых в высотных скоростных слоях атмосферы.It is used to generate wind energy in electricity of medium and high power, achieved in high-altitude high-speed layers of the atmosphere.

Настоящее энергетическое устройство относится к ветряным двигателям, радиально-лопастной ротор которых имеет ось вращения, совпадающую с направлением ветра.The present energy device relates to wind turbines, the radial-blade rotor of which has an axis of rotation that coincides with the direction of the wind.

В ветроэнергетике промышленных мощностей существует проблема высокой долевой стоимости подъема силовых блоков на уровень скоростных ветров с помощью наземных сооружений: тяжелых мачт, башен и колонн на массивных бетонных фундаментах. При строительстве ветрогенератора серии Enercon Е-126 мощностью 7,58 МВт, генерируемой на высоте 198 метров, понадобилось создать несущую башню весом 2,8 тыс. тонн на фундаменте почти той же массы. При этом сам силовой блок почти на три порядка легче, а именно 712 тонн (http://5thelement.ru). В результате является актуальным разработка технических решений, основанных на применении иных средств размещения силовых блоков на максимально доступную высоту, в том числе при помощи аэростатных модулей из оболочек, наполненных газом легче воздуха, прежде всего безопасным гелием.In the wind energy industry, there is a problem of the high share cost of raising power units to the level of high-speed winds using ground structures: heavy masts, towers and columns on massive concrete foundations. During the construction of the Enercon E-126 series wind generator with a capacity of 7.58 MW, generated at a height of 198 meters, it was necessary to create a supporting tower weighing 2.8 thousand tons on a foundation of almost the same mass. Moreover, the power unit itself is almost three orders of magnitude lighter, namely 712 tons (http://5thelement.ru). As a result, the development of technical solutions based on the use of other means of placing power blocks to the maximum available height, including using balloon modules from shells filled with gas lighter than air, especially safe helium, is relevant.

Последние достижения в технологиях и материалах воздухоплавания сделали возможным осуществление дозаправки газонаполняемых оболочек гелием не чаще одного раза в несколько лет, что повышает практические перспективы использования аэростатов в ветроэнергетических целях.Recent advances in aeronautics technologies and materials have made it possible to refuel gas-filled shells with helium no more than once every several years, which increases the practical prospects of using aerostats for wind energy purposes.

Исследования с применением радиально-лопастного ротора горизонтально-осевого вращения внутри аэростата в виде газонаполненного полого кольца (www.altaerosenergies.com) выявили, что начиная с высоты в 250-300 метров ветер достигает скоростных значений 20-25 м/с, далее начинается резкий и линейно стабильный прирост скорости ветра по мере дальнейшего подъема силового блока. Максимально достигнутая высота аэростатического подъема канадской турбины Altaeros составила 600 метров.Studies using a radial-blade rotor of horizontal axial rotation inside a balloon in the form of a gas-filled hollow ring (www.altaerosenergies.com) revealed that, starting from a height of 250-300 meters, the wind reaches speed values of 20-25 m / s, then a sharp and a linearly stable increase in wind speed as the power block continues to rise. The maximum achieved aerostatic lift of the Canadian Altaeros turbine was 600 meters.

Известен второй вариант надземной ветрогенераторной системы (RU 2457358 С1, 27.07.2012), содержащей два раздвинутых газонаполненных оболочковых баллона, находящихся на одном уровне. Оси баллонов параллельны и совпадают с направлением воздушного потока, а в канале между ними установлены поперек ветра горизонтально-осевые роторы с лопастями Савониуса. Как и прочие роторы, чья ось вращения перпендикулярна направлению ветра (например, патенты RU 2537664 С1, 04.02.2014; RU 2572469 С1, 23.12.2014), устройство имеет низкий 0,25-0,30 КПД преобразования кинетической энергии атмосферных потоков в механическую энергию. К недостаткам данных систем относится работа со знакопеременными нагрузками на лопасти роторов, вследствие этого происходит сильная вибрация аэродинамических элементов, что передается на ось вращения и подшипниковые опоры. Роторы в таких устройствах, работая с частотой вращения 120-300 об/мин, являются скоростными, что требует их тщательной динамической балансировки.The second version of the above-ground wind generator system is known (RU 2457358 C1, July 27, 2012), containing two extended gas-filled shell cylinders located at the same level. The axes of the cylinders are parallel and coincide with the direction of the air flow, and in the channel between them horizontal axial rotors with Savonius blades are installed across the wind. Like other rotors whose rotation axis is perpendicular to the wind direction (for example, patents RU 2537664 C1, 02/04/2014; RU 2572469 C1, 12/23/2014), the device has a low 0.25-0.30 efficiency for converting the kinetic energy of atmospheric flows into mechanical energy. The disadvantages of these systems include working with alternating loads on the rotor blades, as a result of which there is a strong vibration of the aerodynamic elements, which is transmitted to the axis of rotation and bearing bearings. The rotors in such devices, operating at a speed of 120-300 rpm, are high-speed, which requires careful dynamic balancing.

В числе установок с наветренными радиально-лопастными роторами, чьи оси вращения совпадают с направлением ветра, известны устройства, на несущих мачтах которых установлены гондолы (патенты US 2010/0135794 А1, 03.06.2010; RU 2458246 C1, 31.03.2011), содержащие упомянутую ось вращения, подшипниковые опоры оси, электрогенератор. Тихоходный характер вращения таких роторов (20-45 об/мин) требует использования в составе гондол повышающих редукторов с передаточным отношением 20-52, что достигается применением планетарных мультипликаторов (www.termored.ru/vestas_v90.htm). КПД таких ветровых систем может по меньшей мере в 1,5 раза превышать эффективность преобразования энергии ветра, что реализуется роторами на осях вращения, перпендикулярных направлению воздушного потока.Among the installations with windward radial-vane rotors, whose rotation axes coincide with the direction of the wind, there are known devices on the supporting masts of which nacelles are installed (patents US 2010/0135794 A1, 06/03/2010; RU 2458246 C1, 03/31/2011) containing the aforementioned rotation axis, axle bearing bearings, electric generator. The slow-moving nature of the rotation of such rotors (20-45 rpm) requires the use of boosting gears with a gear ratio of 20-52 as part of the nacelles, which is achieved by the use of planetary multipliers (www.termored.ru/vestas_v90.htm). The efficiency of such wind systems can be at least 1.5 times higher than the efficiency of conversion of wind energy, which is realized by rotors on rotation axes perpendicular to the direction of air flow.

Продольно-поперечная устойчивость аэровысотного ветрогенератора (патент RU 2535427 С1, 24.12.2013) обеспечивается программным управлением длиной тросов, связывающих воздухоплавательную часть устройства с наземными лебедками. В состав высотной парусной ВЭУ (патент RU 2467201 С2, 20.102010) входит причальный узел с поворачивающейся платформой, что позволяет расположенным на ней органам управления тросами разворачиваться синхронно с воздухоплавательной частью установки при изменениях направленности ветра, тем самым избегая скручивания и перехлеста тросовых связей.The longitudinal and transverse stability of the air-altitude wind generator (patent RU 2535427 C1, 12.24.2013) is provided by programmed control of the length of the cables connecting the aeronautical part of the device with ground winches. The structure of a high-altitude sailing wind turbine (patent RU 2467201 C2, 20.102010) includes a mooring unit with a rotating platform, which allows the cable controls located on it to unfold synchronously with the aeronautical part of the installation when the wind direction changes, thereby avoiding twisting and overlapping of cable ties.

Сущность технического решения состоит в применении механизма с увеличенным КПД преобразования кинетической энергии ветра в механическую, каковым является радиально-лопастной ротор на оси вращения, совпадающей с направлением воздушного потока. При этом реализуется необходимость совместимости по меньшей мере одного силового блока в виде гондолы, внутри которой размещены планетарный мультипликатор и генератор, а на ее оси с внешней стороны наветренного торца вращается упомянутый ротор, с аэростатным модулем и возможность оптимизации конструкции последнего компонента установки в направлении улучшения его аэродинамического качества, для чего газонаполненные баллоны модуля уложены и закреплены поперек на дуге арочной мостовой фермы, так что горизонтальная проекция модуля в сборе имеет дельта-видный контур, сориентированный на ветер. Профиль концевых баллонов изменен на арочный и дополнен килем, введен элемент поддержания продольной устойчивости воздухоплавательной части устройства за счет наличия горизонтально-плоскостного стабилизатора над кормой аэростатного модуля.The essence of the technical solution consists in applying a mechanism with an increased efficiency of converting kinetic wind energy into mechanical energy, which is a radial-blade rotor on the axis of rotation, which coincides with the direction of the air flow. At the same time, there is a need for compatibility of at least one power unit in the form of a nacelle, inside which a planetary multiplier and a generator are placed, and on its axis, the aforementioned rotor rotates with the aerostat module on the outside of the windward end and the possibility of optimizing the design of the last component of the installation in the direction of improving it aerodynamic quality, for which gas-filled cylinders of the module are stacked and fixed transversely on the arc of the arched bridge truss, so that the horizontal projection of the module in The ore has a delta-visible contour oriented to the wind. The profile of the end cylinders was changed to arched and supplemented with a keel, an element was introduced to maintain the longitudinal stability of the aeronautical part of the device due to the presence of a horizontal-plane stabilizer above the stern of the aerostat module.

Целью изобретения является устойчивое получение большей ветроэнергетической мощности в скоростных слоях атмосферы, на высоту которых силовой блок устройства доставлен при помощи аэростатного модуля.The aim of the invention is the sustainable obtaining of greater wind power in high-speed atmosphere, to the height of which the power unit of the device is delivered using a balloon module.

Поставленная цель достигается использованием радиально-лопастного ротора, что насажен на ось вращения, совпадающую с направлением ветра и выступающую навстречу воздушному потоку из по меньшей мере одной гондолы, включающей в себя кроме упомянутой оси вращения планетарный мультипликатор и генератор. Такой ротор наряду с обозначенными элементами гондолы образуют силовой блок, в одном или более числе поднятый на высоту скоростных от 20-25 м/с ветров с помощью аэростатного модуля, содержащего газонаполненные цилиндрические баллоны, взаимосвязанные в сборе так, что модуль в горизонтальном плане имеет дельта-видный контур, сориентированный продольной осью симметрии на ветер. Тот же модуль уложен и закреплен поперек на дуге арочной мостовой фермы, в площади которой находится по меньшей мере одна гондола, а с наветренной стороны - ротор. Концевые баллоны модуля имеют арочный профиль с вертикальными стенками, жесткими днищами, каждый оснащен килем, высота которого увеличивается в подветренную сторону. На вершине фермы установлен вертикальный кронштейн, горизонтально-плоскостной стабилизатор на его конце возвышается над кормой аэростатного модуля.This goal is achieved by using a radial-blade rotor, which is mounted on the axis of rotation, coinciding with the direction of the wind and protruding towards the air flow from at least one nacelle, which includes, in addition to the said axis of rotation, a planetary multiplier and a generator. Such a rotor, along with the indicated elements of the nacelle, form a power unit, one or more of which is raised to a height of wind speeds from 20-25 m / s using an aerostat module containing gas-filled cylindrical cylinders interconnected so that the module has a horizontal delta -show contour oriented by the longitudinal axis of symmetry to the wind. The same module is stacked and fixed transversely on the arc of the arched bridge truss, in the area of which there is at least one gondola, and on the windward side - the rotor. The end cylinders of the module have an arched profile with vertical walls, rigid bottoms, each equipped with a keel, the height of which increases in the leeward direction. A vertical bracket is installed at the top of the farm; a horizontal-plane stabilizer at its end rises above the stern of the aerostat module.

На фиг. 1 показан общий вид аэростатно-плавательного ветродвигателя; на фиг. 2 - вид на ветродвигатель сверху; на фиг. 3 - воздухоплавательная часть того же устройства, вид со стороны ветра;In FIG. 1 shows a general view of a balloon-swimming wind turbine; in FIG. 2 - view of the wind turbine from above; in FIG. 3 - aeronautical part of the same device, view from the side of the wind;

Ветродвигатель состоит из воздухоплавательной части и причального узла, соединенных тросами 1 и трос-кабелем 2. В свою очередь воздухоплавательная часть включает в себя аэростатный модуль из газонаполненных цилиндрических баллонов 3 и концевых баллонов арочного профиля 4, каждый с килем 5. Баллоны уложены поперек и закреплены на дуге арочной мостовой фермы 6, в площади которой размещена по меньшей мере одна гондола 7 с встроенными в нее планетарным мультипликатором и генератором, на ее ось вращения, совпадающую с направлением ветра, с наветренной стороны фермы насажен радиально-лопастной ротор 8. Над кормой аэростатного модуля с опорой на ферму возвышается вертикальный кронштейн 9, заканчивающийся горизонталь-плоскостным стабилизатором 10. Причальный узел устройства представляет из себя бетонную наземную тумбу 11 со свободно вращающимися осью 12 и платформой 13, на которой подветренно установлены две соосные лебедки 14, диаметрально расположенная к ним кабельная бухта 15.The wind turbine consists of an aeronautical part and a mooring unit connected by ropes 1 and a cable-cable 2. In turn, the aeronautical part includes an aerostat module of gas-filled cylindrical cylinders 3 and end cylinders of arched profile 4, each with keel 5. The cylinders are laid across and fixed on the arc of an arched bridge farm 6, in the area of which at least one gondola 7 with a planetary multiplier and a generator integrated in it is placed, on its axis of rotation, which coincides with the direction of the wind, On the far side of the farm, a radial-blade rotor is mounted 8. A vertical bracket 9, ending in a horizontal-plane stabilizer 10, rises above the stern of the aerostat module with support on the farm. The mooring unit of the device is a concrete ground curbstone 11 with a freely rotating axis 12 and platform 13, on which leeward installed two coaxial winches 14, a cable bay 15 diametrically located to them.

Аэростатно-плавательный ветродвигатель работает следующим образом. После монтажа и крепления на открытой местности причального узла, сборки воздухоплавательной части устройства баллоны заполняются гелием до достижения положительной плавучести и совместно балансируются в горизонтальной плоскости, упомянутые узел и часть устройства соединяются тросами и трос-кабелем, которые затем медленно стравливаются с лебедок и кабельной бухты до тех пор, пока под воздействием аэростатической подъемной силы модуль с силовым блоком не достигнет высоты подъема, где среднегодовые скорости ветра составляют не менее 20-25 м/с. В это же время, воздухоплавательная часть ветродвигателя разворачивается воздушным потоком по круговой траектории вокруг причального узла и фиксируется так, что ее продольная ось симметрии совпадает с направлением ветра. Начиная с высоты, где скорость ветра для этого достаточна, возникает малая и по мере подъема возрастающая аэродинамическая подъемная сила. Скоростной напор ветра вращает ротор, механическая энергия поступает в планетарный мультипликатор и затем в генератор, где преобразуется в электрическую энергию, направляемую по трос-кабелю через контроллер, аккумуляторную батарею и инвертор к потребителям.Balloon-wind turbine works as follows. After installation and fastening in the open area of the mooring unit, assembly of the aeronautical part of the device, the cylinders are filled with helium until positive buoyancy is achieved and are balanced together in the horizontal plane, the aforementioned node and part of the device are connected by cables and cable, which are then slowly etched from winches and cable bay to until under the influence of aerostatic lifting force the module with the power unit reaches the lifting height, where the average annual wind speeds are not less than 20-25 m / s. At the same time, the aeronautical part of the wind turbine rotates in an air flow along a circular path around the mooring unit and is fixed so that its longitudinal axis of symmetry coincides with the direction of the wind. Starting from a height where the wind speed is sufficient for this, a small and increasing aerodynamic lifting force arises as it rises. The high-speed wind pressure rotates the rotor, mechanical energy enters the planetary multiplier and then into the generator, where it is converted into electrical energy sent through a cable through the controller, the battery and inverter to consumers.

При изменении направленности воздушного потока его напор воздействует на наветренные боковые поверхности аэростатного модуля, который стремится совместно с подвешенными на нем опорными и силовыми устройствами переместиться туда же, куда стал дуть ветер. Воздействие ветряного напора усиливается и переориентация на ветер всей воздухоплавательной конструкции ускоряется благодаря наличию у концевых газонаполненных элементов вертикальных стенок и киля. Корме аэростатного модуля предстоит для разворота установки на переменившийся ветер описать в пространстве дугу большей длины, чем носовой части. Этому способствует увеличивающаяся высота каждого киля по направлению к корме концевых баллонов, а также боковая поверхность вертикального опорного кронштейна горизонтально-плоскостного стабилизатора. Движение переориентации передается на причальный узел через троса к лебедкам, от них поступает на свободно поворачивающуюся платформу и кабельную бухту. Круговое перемещение воздухоплавательной части устройства и соответствующее вращение платформы причального узла завершается в том момент, когда продольная ось симметрии аэростатного модуля совпадет с направлением ветра и не возобновляется без новых динамических изменений в атмосфере. Синхронный характер движения рассмотренных элементов ветродвигателя исключает скручивание и перехлест тросов и трос-кабеля.When the direction of the air flow changes, its pressure acts on the windward side surfaces of the aerostat module, which, together with the supporting and power devices suspended on it, moves to the same place where the wind began to blow. The impact of the wind pressure is amplified and the reorientation of the entire aeronautical structure to the wind is accelerated due to the presence of vertical walls and a keel at the end gas-filled elements. The stern of the aerostat module is to describe an arc of a greater length than the bow in space to turn the installation on a changing wind. This is facilitated by the increasing height of each keel towards the stern of the end cylinders, as well as the lateral surface of the vertical support arm of the horizontal plane stabilizer. The reorientation movement is transmitted to the mooring unit through a cable to the winches, from them it enters the freely rotating platform and cable bay. The circular movement of the aeronautical part of the device and the corresponding rotation of the platform of the mooring unit is completed at the moment when the longitudinal axis of symmetry of the aerostat module coincides with the direction of the wind and does not resume without new dynamic changes in the atmosphere. The synchronous nature of the movement of the considered elements of the wind turbine eliminates twisting and overlap of cables and cable cable.

Для проведения ремонта и технического обслуживания установки, включая дозаправку баллонов гелием, при штормовых предупреждениях об ожидаемом превышении скоростью ветра критического порога в 45-50 м/с троса и трос-кабель наматываются соответственно на лебедки и кабельную бухту, воздухоплавательная часть устройства снижается к земле, где становится легко доступной, или временно размещается на безопасной высоте допустимых ветров.To carry out repairs and maintenance of the installation, including refueling with helium, in case of storm warnings about the expected exceeding of the critical threshold by the wind speed of 45-50 m / s, the cable and cable are wound on winches and cable bay, respectively, the aeronautical part of the device decreases to the ground, where it becomes easily accessible, or temporarily placed at a safe height of permissible winds.

Получения большей ветроэнергетической мощности при улучшенном КПД генерации недостаточно, если устройство работает не ровно, с низким качеством производимой электроэнергии. Необходимыми условиями хороших характеристик высотного ветродвигателя являются пространственная устойчивость аэростатно-плавательной системы, неизменно оптимальное положение роторной оси вращения в используемом по меньшей мере одном силовом блоке. Размещение газонаполненных баллонов по дуге, обращенной вершиной вверх, наличие в модуле аэродинамических поверхностей прежде всего у концевых баллонов создает дополнительные подъемные силы и способствует пространственной устойчивости воздухоплавательной части установки в целом и твердому совпадению ориентации оси вращения ротора с направленностью ветра, в частности. Горизонтально-плоскостной стабилизатор не дает корме аэростатного модуля приподниматься вверх, что без него имело бы место в результате напора ветра на радиально-лопастной ротор. Поперечной устойчивости устройства служит дельта-видный контур модуля в горизонтальной проекции, она же подстраховывается с земли за счет программного управления лебедками и регулирования с их помощью длиной тросов. Теми же тросами гасится реактивный момент, имеющий место вследствие работы радиально-лопастного ротора.Obtaining more wind power with improved generation efficiency is not enough if the device does not work smoothly, with low quality of electricity produced. The necessary conditions for the good characteristics of a high-altitude wind turbine are the spatial stability of the balloon-swimming system, the invariably optimal position of the rotor axis of rotation in the at least one power unit used. Placing gas-filled cylinders in an arc pointing upward, the presence of aerodynamic surfaces in the module, especially at the end cylinders, creates additional lifting forces and contributes to the spatial stability of the aeronautical part of the installation as a whole and to a solid coincidence of the orientation of the rotor axis of rotation with the wind direction, in particular. The horizontal-plane stabilizer does not allow the stern of the aerostat module to rise up, which would have taken place without it as a result of the pressure of the wind on the radial-blade rotor. The transverse stability of the device is a delta-shaped contour of the module in horizontal projection, it is also insured from the ground due to the programmed control of the winches and regulation of the length of the cables with their help. The same cables extinguish the reactive moment that occurs due to the operation of the radial-blade rotor.

Применение настоящей аэростатно-плавательной системы особо актуально в климатических зонах, прежде всего континентальных, где среднегодовые скорости ветров на уровне приземного слоя атмосферы высотой до 100 метров слабы и не достаточны для генерации энергии воздушных потоков с достижением ветродвигателями бытовых и промышленно значимых мощностей, а подъем силовых блоков до скоростных ветров (от 300 и более метров) на башенных опорах является делом исключительным по сложности и объему затрат на строительство и даже невозможным на легких фунтах.The use of a real balloon-swimming system is especially relevant in climatic zones, primarily continental, where the average annual wind speeds at the level of the surface layer of the atmosphere up to 100 meters high are weak and not sufficient to generate air flow energy with wind turbines reaching domestic and industrial significant capacities, and lifting power blocks to high-speed winds (from 300 meters and more) on tower supports is an exceptional matter in complexity and volume of construction costs, and even impossible on light pounds.

Ветродвигатель при его использовании на огромных пространствах регионов мира, подверженных пыльным бурям, уже при скорости ветра начиная от 8-10 м/с поднят за пределы приземного уровня в 70-150 метров с высокой концентрацией взвешенных в воздухе абразивных частиц грунта, производящих интенсивный износ ветроэнергетического оборудования.When used in vast areas of the world exposed to dust storms, a wind turbine is raised even above a surface level of 70-150 meters with a high concentration of airborne abrasive particles suspended in the air, with intensive wind wear, starting at 8-10 m / s. equipment.

Claims (1)

Аэростатно-плавательный ветродвигатель, содержащий аэростатный модуль положительной плавучести из взаимосвязанных торцами на ветер газонаполненных цилиндрических баллонов, гондолу с планетарным мультипликатором и генератором, осью вращения, совпадающей с направлением воздушного потока, и на ней ветряной ротор, тросовые и трос-кабельные связи с наземным причальным узлом, на поворачивающейся платформе которого закреплены две лебедки и трос-кабельная бухта, отличающийся тем, что аэростатный модуль имеет в горизонтальной проекции дельта-видный контур, сориентированный продольной осью симметрии на ветер, газонаполненные баллоны в сборе уложены и закреплены поперек на дуге арочной мостовой фермы, проходящей через центр масс воздухоплавательной части ветродвигателя; в площади фермы находится по меньшей мере одна гондола, а на ее оси вращения с наветренной стороны данной опорной конструкции - ротор упомянутого типа, концевые баллоны имеют арочный профиль с вертикальными стенками, жестким днищем, оснащенным килем, высота которого увеличивается в подветренную сторону; на вершине фермы установлен вертикальный кронштейн, горизонтально-плоскостной стабилизатор на его конце возвышается над кормой аэростатного модуля. An aerostat-floating wind turbine containing a positive buoyancy aerostat module from gas-filled cylindrical cylinders interconnected by wind ends, a nacelle with a planetary multiplier and a generator, an axis of rotation coinciding with the direction of the air flow, and on it a wind rotor, cable and cable-to-cable communications with a ground mooring node, on a rotating platform which is fixed two winches and cable-cable bay, characterized in that the balloon module has a horizontal projection del a kind of contour oriented by the longitudinal axis of symmetry to the wind, gas-filled cylinders assembled and stacked transversely on an arc of an arched bridge truss passing through the center of mass of the aeronautical part of the wind turbine; at least one nacelle is located in the truss area, and on its axis of rotation from the windward side of this supporting structure there is a rotor of the mentioned type, end cylinders have an arched profile with vertical walls, a rigid bottom equipped with a keel, the height of which increases in the leeward side; a vertical bracket is installed on the top of the truss; a horizontal-plane stabilizer at its end rises above the stern of the aerostat module.
RU2016102233/06A 2016-01-26 2016-01-26 Aerostatic balloon natatorial wind turbine RU2602650C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016102233/06A RU2602650C1 (en) 2016-01-26 2016-01-26 Aerostatic balloon natatorial wind turbine
PCT/RU2016/000741 WO2017131551A1 (en) 2016-01-26 2016-11-01 Aerostatic floating wind turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016102233/06A RU2602650C1 (en) 2016-01-26 2016-01-26 Aerostatic balloon natatorial wind turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2602650C1 true RU2602650C1 (en) 2016-11-20

Family

ID=57760124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016102233/06A RU2602650C1 (en) 2016-01-26 2016-01-26 Aerostatic balloon natatorial wind turbine

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2602650C1 (en)
WO (1) WO2017131551A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2639419C1 (en) * 2017-01-10 2017-12-21 Александр Владимирович Губанов Aerostat-bound wind turbine
RU2729306C1 (en) * 2020-02-14 2020-08-05 Александр Владимирович Губанов Catamaran aeroenergostat
RU227868U1 (en) * 2024-02-26 2024-08-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" AEROSTATIC-WIND POWER DEVICE

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU8970A1 (en) * 1927-08-11 1929-04-30 Б.Б. Кажинский High altitude wind power installation
SU1509560A1 (en) * 1987-09-02 1989-09-23 Ч.-К.А. Будрёвич Wind mill
US5435259A (en) * 1988-10-13 1995-07-25 Labrador; Gaudencio A. Rein-deer kite and its control systems
CN201650587U (en) * 2010-05-04 2010-11-24 李世展 Ring type water-float whirling wind turbine
RU103577U1 (en) * 2010-09-30 2011-04-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" WIND POWER INSTALLATION
RU2464447C2 (en) * 2010-11-02 2012-10-20 Региональный некоммерческий фонд поддержки и развития петербургской науки, культуры и спорта Elevated sail wind-driven power plant with side additional rope and aerostat
KR101214277B1 (en) * 2011-07-01 2012-12-20 우정택 A aerial wind power generating system having an electric generator on the ground

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU8970A1 (en) * 1927-08-11 1929-04-30 Б.Б. Кажинский High altitude wind power installation
SU1509560A1 (en) * 1987-09-02 1989-09-23 Ч.-К.А. Будрёвич Wind mill
US5435259A (en) * 1988-10-13 1995-07-25 Labrador; Gaudencio A. Rein-deer kite and its control systems
CN201650587U (en) * 2010-05-04 2010-11-24 李世展 Ring type water-float whirling wind turbine
RU103577U1 (en) * 2010-09-30 2011-04-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" WIND POWER INSTALLATION
RU2464447C2 (en) * 2010-11-02 2012-10-20 Региональный некоммерческий фонд поддержки и развития петербургской науки, культуры и спорта Elevated sail wind-driven power plant with side additional rope and aerostat
KR101214277B1 (en) * 2011-07-01 2012-12-20 우정택 A aerial wind power generating system having an electric generator on the ground

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2639419C1 (en) * 2017-01-10 2017-12-21 Александр Владимирович Губанов Aerostat-bound wind turbine
RU2729306C1 (en) * 2020-02-14 2020-08-05 Александр Владимирович Губанов Catamaran aeroenergostat
RU227868U1 (en) * 2024-02-26 2024-08-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" AEROSTATIC-WIND POWER DEVICE

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017131551A1 (en) 2017-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2576103C1 (en) Floating wind generator
EP1483501B1 (en) Method of extracting energy from wind turbines with a plurality of rotors
US4302684A (en) Free wing turbine
US8269362B2 (en) Constant direction four quadrant lift type vertical shaft wind power generator
US9030038B2 (en) Tethered airborne wind power generator system
RU2662101C1 (en) Wind powered balloon
CN103291551B (en) A kind of overall yaw type floating marine wind energy turbine set
RU2703863C1 (en) Aero-energystat
CN102840108B (en) High-altitude tower embedded type vertical type wind power generation system
Lansdorp et al. Comparison of concepts for high-altitude wind energy generation with ground based generator
RU2602650C1 (en) Aerostatic balloon natatorial wind turbine
RU2537664C1 (en) Balloon-borne wind generator
RU2535427C1 (en) Aero-high-altitude wind power generator
RU2594827C1 (en) Aerostat wing for wind energy purposes
US20150042098A1 (en) HAWT Having Low-position Nacelle Upwardly Linked to a Rotor through a Crank System
CN106545464A (en) Telescopic blower fan wind wheel or blade and wind-driven generator
RU2572469C1 (en) Aerofloating windrotor
RU2638237C1 (en) Ground-generator wind engine
RU2482328C1 (en) Polywindrotor power unit
CN101089387A (en) Large vertical axis wind-mill generator
RU2671667C1 (en) Aeroenergostat ground-generator
RU2612492C1 (en) Terrestrial aeronautical wind turbine generator
CN103195667B (en) A kind of distributed hydraulic control frequency stabilized vertical-shaft wind machine power generating system
RU2656521C1 (en) Aerial high-attitude wind power plant with double wind-rotor
CN102472252A (en) System and method for high altitude wind power generation