[go: up one dir, main page]

RU2671667C1 - Aeroenergostat ground-generator - Google Patents

Aeroenergostat ground-generator Download PDF

Info

Publication number
RU2671667C1
RU2671667C1 RU2018101452A RU2018101452A RU2671667C1 RU 2671667 C1 RU2671667 C1 RU 2671667C1 RU 2018101452 A RU2018101452 A RU 2018101452A RU 2018101452 A RU2018101452 A RU 2018101452A RU 2671667 C1 RU2671667 C1 RU 2671667C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
wind
flexible shaft
multiplier
gear
Prior art date
Application number
RU2018101452A
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 RU2018101452A priority Critical patent/RU2671667C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2671667C1 publication Critical patent/RU2671667C1/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
    • F03D5/00Other 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (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)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.SUBSTANCE: invention relates to wind power engineering. Aeroenergostat ground-generator comprises in composition of aeronautic module made in one piece balloon, mounting base ring, pressed to the bottom of the shell by meridian ribbons, supporting frame in a plane perpendicular to the wind, to the horizontal crossbar of which the nacelle with a radial-blade turbine is suspended, the axis of rotation coinciding with the direction of the wind, flexible shaft, tethered cables, power unit made of multiplier and generator, freely swinging inside vertical pillars, mooring bollard with a turntable located on it with two coaxial winches. A leeward bracket with a variable thrust aircraft engine departs from the mounting base ring. In the casing of the gondola there is a gear-bevel gear, the driving shaft of which is the axis of rotation of the turbine, and the driven gear of the gear-bevel gear juts out vertically from the nacelle and is connected to the upper end of the flexible shaft. Around mooring pedestal there is an annular track with self-propelled trolley placed on it, on which vertical stands with a power block are located, and the shaft of the multiplier is connected to the lower end of the flexible shaft. Cart is made with the ability to move along the ring track towards the aeronautic module when it is displaced from changes in the wind direction in such a way that the driven shaft, the flexible shaft and the multiplier shaft always have a joint vertical-coaxial orientation, at the same time, electric trolley drive, aircraft engine, winches are controlled by a single computer program.EFFECT: invention is aimed at minimizing individual causes of wear and destruction.1 cl, 3 dwg

Description

Применяется для высотной генерации энергии атмосферных потоков на уровне скоростных ветров в электрическую энергию.It is used for high-altitude energy generation of atmospheric flows at the level of high-speed winds into electrical energy.

Настоящий аэроэнергостат относится к ветроэнергетическим установкам с радиально-лопастными турбинами, ось вращения которых совпадает с направлением ветра.This aeroenergostat relates to wind turbines with radial-blade turbines, the axis of rotation of which coincides with the direction of the wind.

В ветроэнергетике известны устройства, в которых их радиально-лопастные турбины подняты на большую высоту и связаны при помощи гибкого вала через мультипликатор с генератором, находящимися в наземном положении. Этим достигается значительное уменьшение веса высотной части устройства на вес массивного генератора (65-70% от массы всего силового агрегата), что в установках, основанных на применении воздухоплавательных подъемных модулей, позволяет резко снизить объемы применения легких технических газов. Например, для размещения турбины на высоте скоростных ветров для генерации мощности в 150 кВт понадобится на 6000 м3 меньший объем аэростатного газонаполнителя. При этом, поскольку электрооборудование устройства значительно удалено от высотного модуля и его аэростатной оболочки, ее наполнение без ущерба для пожаробезопасности может быть осуществлено водородом, что на российском рынке технических газов в семь раз дешевле гелия и который может производиться электролитическим способом непосредственно на месте размещения аэроэнергостата.In wind energy, devices are known in which their radial-blade turbines are raised to a great height and connected via a multiplexer to a generator in a ground position through a multiplier. This achieves a significant reduction in the weight of the high-altitude part of the device by the weight of a massive generator (65-70% of the mass of the entire power unit), which in installations based on the use of aeronautic lifting modules, can dramatically reduce the use of light technical gases. For example, to place a turbine at a height of high-speed winds to generate power of 150 kW, a smaller volume of balloon gas filler will be needed for 6000 m3. Moreover, since the electrical equipment of the device is significantly removed from the high-altitude module and its balloon shell, it can be filled without damage to fire safety with hydrogen, which is seven times cheaper than helium on the Russian market of industrial gases and which can be produced by electrolysis directly at the location of the aeroelectric power station.

Среди аэростатов ветроэнергетического назначения с наземными генераторами имеют место патентные разработки с применением скоростных ортогонально-лопастных роторов (патенты SU 1237789 А1, 15.06.1986; 1509560 А1, 23.09.1989; патент RU 2638237 С1, 12.12.2017) и пилотный проект ветрогенераторного аэростата M.A.R.S. американской компании Mogenn Power. В их воздухоплавательных модулях без значительных технических проблем достигается синтез аэростатных оболочек и горизонтальных виндроторов с осями вращения перпендикулярными ветру. Такие системы являются единственно работоспособными в восходящих потоках воздуха, что преобладают в предгорных районах, встречаются на территориях со сложным рельефом, вблизи высотных сооружений. Вместе с тем на равнинах и морских шельфах виндроторы имеют самый низкий КПД среди всех прочих ветродвигателей. На лопасти виндроторов воздействуют знакопеременные нагрузки, вследствие чего воздухоплавательные модули подвержены вибрациям. На высоких скоростях вращения, им органически свойственным, видроторы обладают высоким лобовым сопротивлением, при котором напор ветра на них действует так, что прижимает воздухоплавательные модули к земле. Такой отрицательный эффект может быть подавлен увеличением подъемной силы аэростата, которое достижимо при больших удорожающих объемах аэростатного газа и габаритах оболочки, имеющих свой прочностной предел.Among wind-driven balloons with ground-based generators, there are patent developments using high-speed orthogonal-blade rotors (patents SU 1237789 A1, 06/15/1986; 1509560 A1, 09/23/1989; patent RU 2638237 C1, 12/12/2017) and the pilot project of the M.A.R.S. wind-driven balloon American company Mogenn Power. In their aeronautical modules, without significant technical problems, the synthesis of balloon shells and horizontal windrotors with rotation axes perpendicular to the wind is achieved. Such systems are the only operable in ascending air currents, which prevail in foothill areas, are found in areas with complex terrain, near high-rise structures. At the same time, on the plains and sea shelves, wind rotors have the lowest efficiency among all other wind turbines. Alternating loads act on the blades of the windrotors, as a result of which the aeronautical modules are subject to vibrations. At high rotational speeds, which are organically characteristic of them, the video rotors have a high frontal resistance, at which the pressure of the wind acts on them in such a way that presses the aeronautical modules to the ground. Such a negative effect can be suppressed by increasing the lift of the aerostat, which is achievable with large rising volumes of aerostat gas and envelope dimensions, which have their own strength limit.

Известна аэростатная система, в которой вращение на наземный электрогенератор передается через гибкий вал от воздухоплавательного модуля с тихоходной радиально-лопастной турбиной (патенты RU 2612492 С1, 09.03.2017; US 4470563 А, 11.09.1984). Поскольку турбина имеет ось вращения совпадающую с направлением ветра, ее бесконтактная совместимость в одной конструкции с аэростатной оболочкой допускает ограниченное число технических решений, которые однако дают существенный результат, поскольку КПД ветряной генерации от таких турбин на 30-35 процентов превышает аналогичный показатель ветроэнергетических аэростатов с виндроторами.A balloon system is known in which rotation is transmitted to a ground-based electric generator via a flexible shaft from an aeronautical module with a low-speed radial-blade turbine (patents RU 2612492 C1, 03/09/2017; US 4470563 A, 09/11/1984). Since the turbine has an axis of rotation coinciding with the direction of the wind, its non-contact compatibility in one design with an aerostat shell allows a limited number of technical solutions, which however give a significant result, since the efficiency of wind generation from such turbines is 30-35 percent higher than that of wind energy balloons with wind rotors .

Во всех упомянутых устройствах гибкий вал от воздухоплавательного модуля до наземного генератора провисает под углом к земной поверхности и имеет под собственным весом неустранимый прогиб, что при вращении вала дает визуальное восприятие его, как быстро вращающегося веретена. Чем больше прогиб, возрастающий с увеличением скорости вращения наклонного гибкого вала, имеющего для достижения уровня скоростных ветров длину в несколько сотен метров, тем значительнее реактивный момент и величина биения до разрушительных значений, что распространяется на весь воздухоплавательный модуль, нарушает оптимальную ориентацию модуля на ветер, изнашивает и выводит из строя его узлы, крепеж между ними. Итоговый вывод для всех систем ветряной генерации, общим признаком которых является наличие вращающегося гибкого вала, если этот вал имеет наклон к земной поверхности, состоит в том, что такие устройства будут иметь ограниченную практическую применимость, обусловленную высокой степенью аварийности.In all the mentioned devices, the flexible shaft from the aeronautical module to the ground generator sags at an angle to the earth's surface and has an unrecoverable deflection under its own weight, which, when the shaft rotates, gives a visual perception of it as a rapidly rotating spindle. The greater the deflection increases with the rotation speed of the inclined flexible shaft, which has a length of several hundred meters to reach the level of high-speed winds, the greater the reactive moment and the amount of runout to destructive values that applies to the entire aeronautical module, violates the optimal orientation of the module to the wind, wear out and disable its nodes, fasteners between them. The final conclusion for all wind generation systems, a common feature of which is the presence of a rotating flexible shaft, if this shaft has an inclination to the earth's surface, is that such devices will have limited practical applicability, due to a high degree of accident rate.

В ряде высотных ветродвигателей (патент US 4470563 А, 11.09.1984) для передачи вращения используются гибкие связи от ведущих шкивов на осях радиально-лопастных турбин в составе воздухоплавательного модуля до ведомых шкивов на осях наземных электрогенераторов. Такой механизм при больших перепадах высот между шкивами не в состоянии работать надежно в виду невозможности стабильного натяжения гибких связей, их неизбежного большого прогиба и перехлеста. Похожий принцип действия заложен в аэростате с ортогональными лопастями (патент KR 101214277 В1, 01.07.2011), вместе с тем отличающийся конструкцией наземного узла, где имеется кольцевая монорельсовая колея, на которую двумя колесами опирается диаметральная балка, поворачивающаяся с еще одной третьей опорой на центральную ось вращения. Колеса и генераторы с их ведомыми шкивами располагаются на концах диаметральной балки. Подобная кольцевая колея входит в состав наземной части ветроэнергетической установки (патент SU 1211449 А1, 15.02.1986), по ней поворачивается с опорой на колесные пары шестигранник, собранный из мостовых ферм. Массивность шестигранного соединения ферм такова, что только исключительно мощный напор высотного атмосферного потока на воздухоплавательный модуль установки способен сдвинуть и повернуть сооружение так, чтобы продольные оси двух аэростатных баллонов и они же оси вращения ортогонально-винтовых лопастей совпали с направлением ветра.In a number of high-altitude wind turbines (US Pat. No. 4,470,563 A, 09/11/1984), flexible connections are used from the drive pulleys on the axes of radial-vane turbines as part of the aeronautical module to the driven pulleys on the axes of ground-based electric generators to transmit rotation. Such a mechanism with large differences in elevation between the pulleys is not able to work reliably in view of the impossibility of stable tension of flexible ties, their inevitable large deflection and overlap. A similar principle of operation is embedded in an aerostat with orthogonal blades (patent KR 101214277 B1, 07/01/2011), which at the same time differs in the design of the ground node, where there is an annular monorail track, on which a diametric beam is supported by two wheels, which rotates with one third support on the central axis of rotation. Wheels and generators with their driven pulleys are located at the ends of the diametrical beam. Such an annular track is part of the ground part of the wind power installation (patent SU 1211449 A1, 02/15/1986), it rotates on it with support on wheelsets, a hexagon assembled from bridge trusses. The massiveness of the hexagonal connection of the trusses is such that only the extremely powerful pressure of the high-altitude atmospheric flow to the aeronautical module of the installation is able to move and rotate the structure so that the longitudinal axes of the two balloon balloons and the rotational axes of the orthogonal screw blades coincide with the direction of the wind.

Аэроплавательный виндротор (патент RU 2572469 С1, 10.01.2016) имеет наземную тележку с лебедкой, что в ручную и свободно перемещается на фундаментной плите ВЭУ, отодвинута в сторону во время работы установки в режиме ветряной генерации, служит и используется лишь при подъеме и для спуска вниз воздухоплавательного модуля.The aeronautical wind rotor (patent RU 2572469 C1, 01/10/2016) has a ground trolley with a winch that manually and freely moves on the foundation plate of a wind turbine, is pushed to the side during operation of the installation in wind generation mode, serves and is used only when lifting and for lowering down the aeronautical module.

Известны ветроэнергетические установки (патенты RU 2372519 С2, 10.11.2009; 2253040 С1, 27.05.2005), внутри турбинных гондол которых находится зубчато-коническая передача, которая преобразует горизонтально-осевое, совпадающее с направлением ветра, вращение турбин в вертикально-осевое вращение ведомого вала, выступающего снизу из корпуса гондол.Wind power installations are known (patents RU 2372519 C2, 11/10/2009; 2253040 C1, 05/27/2005), inside the turbine nacelles of which there is a gear-bevel gear that converts the horizontal-axis rotation coinciding with the wind direction, the rotation of the turbines into the vertical-axis rotation of the driven a shaft protruding from below from the body of the nacelles.

К аэростатной оболочке в ветроэнергетических устройствах (патенты CN 104061125 А, 24.09.2014; 104895744 А, 09.09.2015) подвешен на гибких стропах электрогенератор с радиально-лопастной турбиной, ось вращения которой должна совпадать с направлением ветра. В местах соединения строп с оболочкой возникают значительные напряжения, вызванные большой суммарной массой ветросилового блока, вес которого при генерации 150 кВт достигает по меньшей мере семи тонн. Однако причиной износа и разрушений крепежных узлов является скорее колебания нагрузки на элементы крепежа в следствии хаотичных и независимых раскачиваний оболочки и не жестко подвешенного к ней ветросилового блока.An electric generator with a radial-blade turbine, the rotation axis of which must coincide with the direction of the wind, is suspended from a balloon balloon in wind energy devices (patents CN 104061125 A, 09.24.2014; 104895744 A, 09.09.2015). Significant stresses arise at the junction of the lines with the sheath, caused by the large total mass of the wind-power block, the weight of which when generating 150 kW reaches at least seven tons. However, the cause of wear and damage to the fastener assemblies is rather the fluctuation of the load on the fastener elements as a result of chaotic and independent rocking of the shell and the wind-power block not rigidly suspended from it.

Сущность изобретения состоит в том, что гибкий вал, который передает вращения от радиально-лопастной турбины, что входит в состав воздухоплавательного модуля и чья ось вращения совпадает с направлением ветра, к наземному силовому блоку из мультипликатора и генератора, неизменно вертикален, что дает возможность натянуть его аэростатической подъемной силой, силой собственной тяжести без больших прогибов и биения, вызывающего износ и разрушение основных узлов и элементов аэроэнергостата. Вертикальность гибкого вала является следствием его совместной вертикально-соосной ориентации с валами, которые он соединяет, а именно, верхним валом от механизма воздухоплавательного модуля и нижним валом к механизму мультипликатора. В свою очередь эта совместная вертикальная соосность обеспечивается и поддерживается конструктивными отличиями изобретения. Соединение аэростатной оболочки и крепежного базового кольца, от которого отходит вниз опорная рама гондолы с упомянутой турбиной горизонтально-осевого вращения, может быть более жестко зафиксировано при помощи решетчатого ограждения, устанавливаемого на кольце и обхватывающего нижнюю часть оболочки.The essence of the invention lies in the fact that the flexible shaft, which transmits rotation from a radial-blade turbine, which is part of the aeronautical module and whose axis of rotation coincides with the direction of the wind, to the ground power unit from the multiplier and generator is invariably vertical, which makes it possible to pull its aerostatic lifting force, self-gravity force without large deflections and runout, causing wear and destruction of the main components and elements of the aerostat. The verticality of the flexible shaft is a consequence of its joint vertical coaxial orientation with the shafts that it connects, namely, the upper shaft from the aeronautical module mechanism and the lower shaft to the multiplier mechanism. In turn, this joint vertical alignment is provided and supported by the design differences of the invention. The connection of the aerostat shell and the mounting base ring, from which the support frame of the nacelle with the aforementioned horizontal-axis turbine moves down, can be more rigidly fixed with the help of a lattice guard mounted on the ring and wrapping around the lower part of the shell.

Целью изобретения является минимизация отдельных причин износа и разрушения высотного ветроэнергетического устройства, в котором вращение от радиально-лопастной турбины с осью вращения, совпадающей с направлением ветра и входящей в состав воздухоплавательного модуля, передается гибким валом к наземным мультипликатору и генератору.The aim of the invention is to minimize the individual causes of wear and tear of a high-altitude wind power device, in which the rotation from a radial-blade turbine with an axis of rotation coinciding with the wind direction and included in the aeronautical module is transmitted by a flexible shaft to the ground multiplier and generator.

Поставленная цель достигается конструктивными отличиями аэроэнергостата наземно-генераторного и состоят в том, что, будучи поднятой в составе воздухоплавательного модуля на высоту скоростных ветров, турбинная гондола содержит зубчато-коническую передачу, преобразующую горизонтально-осевое, совпадающее с направлением ветра, вращение турбины в вертикально-осевое вращение ведомого вала. Вертикальные стойки, внутри которых свободно раскачивается силовой блок из мультипликатора и генератора, перенесены на тележку, которая является самоходной, установлена и перемещается по наземной кольцевой колее вокруг причальной тумбы с поворотной платформой и закрепленными на ней двумя соосными лебедками. Ведомый вал, выступающий вниз из корпуса гондолы, гибкий вал и вал мультипликатора имеют совместную вертикально-соосную ориентацию, устойчивость которой поддерживается компьютерной программой, управляющей работой лебедок, самоходной тележки и авиадвигателя. Прочность соединений аэростатной оболочки и базового крепежного кольца, что являются не отъемными элементами воздухоплавательного модуля, может быть усилена фиксацией данного узла при помощи решетчатого ограждения.The goal is achieved by the design differences of the ground-generator aerostat, and being raised as a part of the aeronautical module to the height of high-speed winds, the turbine nacelle contains a gear-bevel gear that converts horizontally axial, coinciding with the wind direction, the turbine rotates into vertical axial rotation of the driven shaft. Vertical racks, inside which the power block from the multiplier and the generator freely swings, are transferred to a trolley, which is self-propelled, mounted and moved along the ground ring track around the quay pedestal with a turntable and two coaxial winches fixed to it. The driven shaft, protruding downward from the nacelle body, the flexible shaft and the multiplier shaft have a joint vertically coaxial orientation, the stability of which is supported by a computer program that controls the operation of winches, a self-propelled cart and an aircraft engine. The strength of the joints of the aerostat shell and the base mounting ring, which are non-removable elements of the aeronautical module, can be enhanced by fixing this unit using a trellised fence.

На фиг. 1 показан общий вид аэроэнергостата наземно-генераторного; на фиг. 2 - вид со стороны ветра на воздухоплавательный модуль того же устройства; на фиг. 3 - зубчато-коническая передача в корпусе турбинной гондолы.In FIG. 1 shows a general view of a ground-based aeroenergostat; in FIG. 2 is a view from the side of the wind of the aeronautical module of the same device; in FIG. 3 - bevel gear in the turbine nacelle housing.

Аэроэнергостат состоит из воздухоплавательного модуля и причального узла, соединенных провисающими привязными тросами 1 и натянутым вертикально гибким валом 2. В состав модуля входят выполненные за одно целое аэростатная оболочка 3, крепежное базовое кольцо 4, прижатое к днищу оболочки меридианными лентами 5, отходящий от базы подветренный кронштейн 6 с авиадвигателем 7 переменной тяги, опорная рама 8, к ее горизонтальной перекладине, усиленной арочной фермой, подвешена гондола 9 с радиально-лопастной турбиной 10. Ось вращения турбины совпадает с направлением ветра и является ведущим валом 11 зубчато-конической передачи 12, размещенной в корпусе гондолы. Ведомый вал 13 зубчато-конической передачи выступает вертикально вниз из корпуса гондолы, соединен с верхним концом гибкого вала. Причальный узел включает в себя причальную тумбу 14 и вокруг нее кольцевую колею 15, по которой перемещается самоходная тележка 16 с установленными вертикально стойками 17, внутри которых свободно раскачивается силовой блок из мультипликатора 18 и генератора 19. Вал мультипликатора 20 соединен с нижним концом гибкого вала. На причальной тумбе расположена поворачивающаяся платформа 21 с размещенными на ней двумя соосными лебедками 22. Надежность соединений аэростатной оболочки и подвешенных к ней крепежного базового кольца с прочими элементами воздухоплавательного модуля может быть повышена установкой решетчатого ограждения 23, обхватывающего нижнюю часть оболочки.Aeroenergostat consists of an aeronautical module and a mooring unit connected by sagging tethered cables 1 and a vertically stretched flexible shaft 2. The module consists of a single-balloon balloon 3, a fastening base ring 4, pressed to the bottom of the shell by meridian tapes 5, leeward from the base bracket 6 with variable thrust aircraft engine 7, support frame 8, to its horizontal beam reinforced by an arched truss, a nacelle 9 is suspended with a radial-blade turbine 10. The axis of rotation of the turbine coincides It is connected with the direction of the wind and is the drive shaft 11 of the bevel gear 12 located in the body of the nacelle. The driven shaft 13 of the bevel gear protrudes vertically downward from the nacelle body, connected to the upper end of the flexible shaft. The mooring unit includes a mooring curb 14 and around it an annular track 15, along which a self-propelled cart 16 with vertically mounted uprights 17 moves, inside of which the power unit freely rotates from the multiplier 18 and the generator 19. The shaft of the multiplier 20 is connected to the lower end of the flexible shaft. A rotating platform 21 with two coaxial winches 22 located on it is located on the quay pedestal. Reliability of the joints of the aerostat shell and the fastening base ring suspended with it with other elements of the aeronautical module can be enhanced by installing a trellis fence 23, covering the lower part of the shell.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. В месте дислокации аэроэнергостата сооружается причальный узел, на поворотной платформе причальной тумбы монтируются лебедки, а на кольцевой колее устанавливается самоходная тележка с вертикальными стойками, внутри которых размещается силовой блок из мультипликатора и генератора. К валу мультипликатора присоединяется конец гибкого вала, который свободно ложится на грунт. Далее рядом с причальным узлом собирается воздухоплавательный модуль, к которому от лебедок присоединяются привязные троса и свободный конец гибкого вала. Аэростатная оболочка наполняется легким газом (гелием или водородом) в объеме, при котором возникает подъемная сила, способная поднять в небо воздухоплавательный модуль и привязные троса, распрямить на всю длину гибкий вал. Привязные троса синхронно стравливаются с барабанов лебедок и воздухоплавательный модуль поднимается до уровня скоростных ветров на высоте 300-600 метров, заранее ограниченного длинной гибкого вала, который натягивается аэростатной подъемной силой и силой собственной тяжести. Модуль разворачивается так, что ось вращения турбины совпадает с направлением ветра. Работой лебедок, авиадвигателя и перемещением самоходной тележки достигается вертикально-соосное положение вала мультипликатора, гибкого вала и ведомого вала, относящегося к гондоле. При этом провисания и прогиб гибкого вала по существу устраняются. Под скоростным напором ветра турбина начинает свое горизонтально-осевое вращение, которое через зубчато-коническую передачу преобразуется в вертикальное вращение ведомого вала, выступающего вниз из корпуса гондолы, передается гибким валом, биения которого минимизированы, на вал мультипликатора и поступает в генератор. Получаемая электроэнергия после контроллера, аккумуляторной батареи и инвертора подается потребителям.The proposed device operates as follows. A mooring unit is being built at the location of the aeroenergostat, winches are mounted on the rotary platform of the mooring curb, and a self-propelled cart with vertical racks is installed on the ring track, inside of which there is a power unit made of a multiplier and a generator. To the shaft of the multiplier is attached the end of the flexible shaft, which freely lies on the ground. Next, next to the mooring unit, an aeronautical module is assembled, to which tethered cables and the free end of the flexible shaft are connected from the winches. The aerostat shell is filled with light gas (helium or hydrogen) in a volume at which a lifting force arises that can lift the aeronautical module and tethered cables into the sky, and extend the flexible shaft to its full length. Tether cables are simultaneously pulled from the winch drums and the aeronautical module rises to the level of high-speed winds at an altitude of 300-600 meters, previously limited by a long flexible shaft, which is stretched by aerostatic lifting force and self-gravity. The module is rotated so that the axis of rotation of the turbine coincides with the direction of the wind. The operation of the winches, the aircraft engine and the movement of the self-propelled cart reaches the vertically coaxial position of the multiplier shaft, the flexible shaft and the driven shaft related to the nacelle. In this case, the sagging and deflection of the flexible shaft are substantially eliminated. Under the high-speed pressure of the wind, the turbine begins its horizontal-axial rotation, which is converted through a gear-bevel gear into the vertical rotation of the driven shaft, which protrudes downward from the nacelle body, is transmitted by a flexible shaft, the beating of which is minimized, to the multiplier shaft and enters the generator. The resulting electricity after the controller, battery and inverter is supplied to consumers.

При изменении направленности воздушного потока его напор воздействует на наветренные боковые поверхности воздухоплавательного модуля, прежде всего его аэростатной оболочки. Под этим давлением воздухоплавательный модуль описывает дугу вокруг наземной причальной тумбы, увлекая в ровно такое же смещение через привязные троса поворотную платформу вместе с соосными лебедками. Одновременно гибкий вал наклоняется в сторону сместившего воздухоплавательного модуля и тянет в том же направление тележку, движущуюся вмести с силовым блоком на ней по кольцевой колее. Пространственное перестроение воздухоплавательного модуля заканчивается, когда ось вращения турбины совпадет с новым направлением ветра. Чтобы описываемый маневр надежно достигал своего результата и происходил более динамично на подветренной стороне аэростатного модуля могут быть установлены флюгера, так как они используются в ветродвигателе (патент RU 2637589 С1, 05.12.2017). По полному завершению перестроения модуля включается электрический привод тележки, которая на собственном ходу продолжает движение до тех пор, пока не окажется непосредственно под модулем и гибкий вал вновь станет вертикальным и соосным с ведомым валом, относящимся к гондоле, и валом мультипликатора.When the direction of the air flow changes, its pressure acts on the windward side surfaces of the aeronautical module, primarily its balloon shell. Under this pressure, the aeronautical module describes the arc around the ground mooring pedestal, dragging the rotary platform along with the coaxial winches into exactly the same offset through the tethered cables. At the same time, the flexible shaft leans towards the displaced aeronautical module and pulls in the same direction a trolley moving together with the power block on it along the ring track. Spatial rebuilding of the aeronautical module ends when the axis of rotation of the turbine coincides with the new direction of the wind. In order for the described maneuver to reliably achieve its result and occur more dynamically, weathercocks can be installed on the leeward side of the aerostat module, since they are used in a wind turbine (patent RU 2637589 C1, 12/05/2017). Upon complete completion of the module rebuilding, the electric drive of the trolley is turned on, which continues to move on its own until it is directly below the module and the flexible shaft again becomes vertical and coaxial with the driven shaft related to the nacelle and the multiplier shaft.

Зависание воздухоплавательного модуля над кольцевой колеей и самоходной тележкой на ней устанавливается длиной привязных тросов, которая регулируется лебедками. Основной функцией авиадвигателя переменной тяги является поддержание ориентации оси вращения турбины на изменчивый по скорости ветер и соответственно вертикальности ведомого вала, относящегося к гондоле. Вместе с тем авиадвигатель содействует привязным тросам поддерживать воздухоплавательный модуль над кольцевой колеей и самоходной тележкой. В качестве авиадвигателя целесообразно использовать эксклюзивный электромотор компании Siemens, который при весе всего 50 кг развивает мощность переменной тяги до 260 кВт. Применение решетчатого ограждения нижней части аэростатной оболочки более всего целесообразно в местных атмосферно-климатических условиях, что отличаются чаще обычного сменами нормативного по скорости ветра на его резкие порывы.The hovering of the aeronautical module over the ring track and the self-propelled cart on it is set by the length of the tethered cables, which is regulated by winches. The main function of a variable thrust aircraft engine is to maintain the orientation of the axis of rotation of the turbine with a variable speed wind and, accordingly, the verticality of the driven shaft related to the nacelle. At the same time, the aircraft engine promotes tethered cables to support the aeronautical module above the ring track and self-propelled cart. It is advisable to use an exclusive Siemens electric motor as an aircraft engine, which with a weight of only 50 kg develops variable thrust power up to 260 kW. The use of lattice fencing of the lower part of the aerostat shell is most expedient in local atmospheric and climatic conditions, which are more often than usual changes in the normative wind speed for its sharp gusts.

Предварительный прогноз целесообразности воздухоплавательных систем ветроэнергетического назначения содержит вывод, что с их помощью подъем на 300-600 метров до уровня скоростных ветров возможен и обходится на 37-58% дешевле строительства колонн из стали и железобетона предельно достигнутой ими высоты в 150-200 метров. Вместе с тем это преимущество становится еще больше очевидным при наземно-генераторном исполнении установки, что позволяет резко, по меньшей мере в два раза, сократить объемы аэростатного газа. В отличие от известных патентных прототипов настоящий аэроэнергостат с вертикальным гибким валом делает систему не только практически применимой ограниченно, но и приобретает промышленный потенциал за счет устранения прежде всего главной причины - аварийности. Аэроэнергостат создает предпосылки безопасного применения водорода для газонаполнения аэростатной оболочки, что доступнее и дешевле использования гелия. Кроме того, аэроэнергостат может комплектоваться собственной электролитической установкой, вырабатывающей водород, что делает его полностью автономным от поставок легких технических газов и служит накопителем излишков ветряной энергии.A preliminary forecast of the appropriateness of wind energy aeronautical systems contains the conclusion that with their help, climbing 300-600 meters to the level of high-speed winds is possible and costs 37-58% cheaper than building columns of steel and reinforced concrete with the maximum height they reach 150-200 meters. At the same time, this advantage becomes even more evident with the ground-generator design of the installation, which makes it possible to drastically reduce at least two times the volume of aerostat gas. In contrast to the well-known patent prototypes, a real aeroenergostat with a vertical flexible shaft makes the system not only practically applicable to a limited extent, but also acquires industrial potential by eliminating, first of all, the main cause - accident rate. Aeroenergostat creates the prerequisites for the safe use of hydrogen for gas filling of the balloon shell, which is more affordable and cheaper than the use of helium. In addition, the aeroenergostat can be equipped with its own electrolytic installation that produces hydrogen, which makes it completely autonomous from the supply of light industrial gases and serves as a store of surplus wind energy.

Claims (2)

1. Аэроэнергостат наземно-генераторный, содержащий в составе воздухоплавательного модуля выполненные за одно целое аэростатную оболочку, крепежное базовое кольцо, прижатое к днищу оболочки меридианными лентами, опорную раму в плоскости, перпендикулярной ветру, к горизонтальной перекладине которой подвешена гондола с радиально-лопастной турбиной, ось вращения которой совпадает с направлением ветра, гибкий вал, привязные тросы, силовой блок из мультипликатора и генератора, свободно раскачивающийся внутри вертикальных стоек, причальную тумбу с расположенной на ней поворотной платформой с двумя соосными лебедками, отличающийся тем, что от крепежного базового кольца отходит подветренный кронштейн с авиадвигателем переменной тяги, при этом в корпусе гондолы размещена зубчато-коническая передача, ведущий вал которой является осью вращения турбины, а ведомый вал зубчато-конической передачи выступает вертикально вниз из гондолы и соединен с верхним концом гибкого вала, при этом вокруг причальной тумбы расположена кольцевая колея с размещенной на ней самоходной тележкой, на которой расположены вертикальные стойки с силовым блоком, а вал мультипликатора соединен с нижним концом гибкого вала, при этом тележка выполнена с возможностью перемещения по кольцевой колее в сторону воздухоплавательного модуля при его смещениях от изменений направленности ветра таким образом, что ведомый вал, гибкий вал и вал мультипликатора всегда имеют совместную вертикально-соосную ориентацию, при этом электрический привод тележки, авиадвигатель, лебедки управляются единой компьютерной программой.1. Aero-generating ground-based aeroenergostat, comprising as a whole the aerostatic envelope, a fixing base ring pressed to the bottom of the envelope by meridian tapes, a support frame in a plane perpendicular to the wind, to the horizontal crossbar of which a gondola with a radial-blade turbine is suspended, the axis of rotation of which coincides with the direction of the wind, a flexible shaft, tethered cables, a power unit from a multiplier and a generator, freely swaying inside the vertical posts, mooring a curbstone with a rotary platform with two coaxial winches located on it, characterized in that a leeward bracket with a variable thrust aircraft engine leaves the mounting base ring, while a gear-bevel gear is placed in the nacelle housing, the drive shaft of which is the axis of rotation of the turbine, and the driven shaft the gear-bevel gear protrudes vertically downward from the nacelle and is connected to the upper end of the flexible shaft, while around the quay pedestal there is an annular track with a self-propelled cart placed on it, on which vertical racks with a power unit are located, and the multiplier shaft is connected to the lower end of the flexible shaft, the trolley being able to move along the annular track towards the aeronautical module when it is displaced from changes in wind direction so that the driven shaft, flexible shaft and the shaft of the multiplier always have a joint vertically coaxial orientation, while the electric drive of the cart, aircraft engine, winches are controlled by a single computer program. 2. Аэроэнергостат по п. 1, отличающийся тем, что на крепежном базовом кольце установлено решетчатое ограждение, обхватывающее нижнюю часть аэростатной оболочки.2. Aeroenergostat according to claim 1, characterized in that a lattice fence is installed on the mounting base ring, covering the lower part of the balloon shell.
RU2018101452A 2018-01-16 2018-01-16 Aeroenergostat ground-generator RU2671667C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101452A RU2671667C1 (en) 2018-01-16 2018-01-16 Aeroenergostat ground-generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101452A RU2671667C1 (en) 2018-01-16 2018-01-16 Aeroenergostat ground-generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2671667C1 true RU2671667C1 (en) 2018-11-06

Family

ID=64103202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018101452A RU2671667C1 (en) 2018-01-16 2018-01-16 Aeroenergostat ground-generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2671667C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703863C1 (en) * 2019-02-01 2019-10-22 Александр Владимирович Губанов Aero-energystat

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3907221A (en) * 1970-09-28 1975-09-23 Garrett Corp Ram fluid turbine
JP2009174403A (en) * 2008-01-24 2009-08-06 Tadashi Shimose Combined energy conversion system
RU98490U1 (en) * 2010-03-04 2010-10-20 Евгений Владимирович Основин PORTABLE WIND POWER PLANT
WO2016074687A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-19 Мария Геннадьевна БАРСУКОВА Method for radiation protection of biosphere
RU2638237C1 (en) * 2017-01-20 2017-12-12 Александр Владимирович Губанов Ground-generator wind engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3907221A (en) * 1970-09-28 1975-09-23 Garrett Corp Ram fluid turbine
JP2009174403A (en) * 2008-01-24 2009-08-06 Tadashi Shimose Combined energy conversion system
RU98490U1 (en) * 2010-03-04 2010-10-20 Евгений Владимирович Основин PORTABLE WIND POWER PLANT
WO2016074687A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-19 Мария Геннадьевна БАРСУКОВА Method for radiation protection of biosphere
RU2638237C1 (en) * 2017-01-20 2017-12-12 Александр Владимирович Губанов Ground-generator wind engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703863C1 (en) * 2019-02-01 2019-10-22 Александр Владимирович Губанов Aero-energystat
WO2020159402A1 (en) * 2019-02-01 2020-08-06 Gubanov Aleksandr Vladimirovich Aero-energystat

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100656806B1 (en) Wind turbine
US8443571B2 (en) Wind power equipment and assembly
US7582981B1 (en) Airborne wind turbine electricity generating system
RU2703863C1 (en) Aero-energystat
RU2662101C1 (en) Wind powered balloon
RU2576103C1 (en) Floating wind generator
JP6921086B2 (en) How to install or remove wind turbine components of a multi-rotor wind turbine
WO2005067373A2 (en) Hovering wind turbine
JP2016509157A (en) Wind turbine for power generation using naval technology
US20170114564A1 (en) Method and means for mounting wind turbines upon a column
CN102840108B (en) High-altitude tower embedded type vertical type wind power generation system
GB2427003A (en) Portable renewable energy apparatus
US11009004B2 (en) Mastless wind turbine for power generation
RU2671667C1 (en) Aeroenergostat ground-generator
CN103511187B (en) A kind of wind gathering type wind generating unit
RU2602650C1 (en) Aerostatic balloon natatorial wind turbine
RU2638237C1 (en) Ground-generator wind engine
RU2572469C1 (en) Aerofloating windrotor
RU2594827C1 (en) Aerostat wing for wind energy purposes
KR20210110176A (en) transition wind turbine
RU2612492C1 (en) Terrestrial aeronautical wind turbine generator
KR20100118622A (en) Wind power generator
WO2018111153A2 (en) Aerostatic floating wind motor with wind rotors
CN109185061B (en) Wind gust power generation system
ES2986849T3 (en) Offshore combined power system