Ветроэнергетическая установка

Ветроэнергетическая установка

Реферат

Изобретение относится к области малой энергетики и может быть использовано для создания морской ветроэнергетической установки большой мощности для глубоких участков акватории.

Известна энергетическая установка, содержащая кольцевой понтон-ротор, снабженная ветровоспринимающими рабочими органами (лопастями) и гибкими элементами связи ротора со ступицами преобразователя энергии (см. патент РФ №2119092, БИ №26, 1998 г.).

Недостатком этого решения является наличие стационарного основания, что препятствует его использованию на глубоких участках акватории.

Известна также Ветроэнергетическая установка, содержащая кольцевой понтон-ротор, размещенный с возможностью вращения вокруг центральной неподвижной башни, поворотные лопасти, выполненные с возможностью вращения вокруг вертикальных осей, гибкие тяги, связанные со ступицей преобразователя энергии, установленной с возможностью вращения вокруг продольной оси неподвижной башни (см. патент РФ №2187018, БИ №22, 2002 г.).

Недостатком прототипа является наличие стационарного основания, что препятствует его использованию на глубоких участках акватории.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое решение, выражается в расширении функциональных возможностей ветроэнергетической установки.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в достижении возможности работать на больших глубинах.

Поставленная задача решается тем, что ветроэнергетическая установка, содержащая преобразователь энергии, кольцевой понтон, размещенный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, поворотные лопасти, выполненные с возможностью вращения вокруг вертикальных осей, гибкие тяги, связанные с кольцевым понтоном и со ступицей преобразователя энергии, установленной с возможностью вращения соосно с кольцевым понтоном, отличается тем, что преобразователь энергии установлен на поворотной платформе, оснащенной лопастями, размещенными в воде с возможностью поворота вокруг вертикальных осей посредством приводов поворота, установленных на поворотной платформе, причем поворотная платформа установлена на дополнительном понтоне, размещенном на водной поверхности так, что он окружен кольцевым понтоном.

Кроме того, дополнительный понтон снабжен вертикальным подводным рулем, выполненным в виде поворотной лопасти.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию «новизна».

При этом признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки «...преобразователь энергии установлен на поворотной платформе ...» и «...поворотная платформа установлена на дополнительном понтоне, размещенном на водной поверхности так, что он окружен кольцевым понтоном» позволяют отказаться от использования стационарного основания и, таким образом, получить полностью плавучую конструкцию, способную работать на больших глубинах.

Признаки «...оснащенной лопастями, размещенными в воде с возможностью поворота вокруг вертикальных осей посредством приводов поворота, установленных на поворотной платформе...» позволяют получить требуемое направление перемещения за счет энергии ветра, в частности компенсирующее дрейф под действием течений и ветрового напора.

Признаки «...дополнительный понтон снабжен вертикальным подводным рулем, выполненным в виде поворотной лопасти» позволяют стабилизировать угловое положение дополнительного понтона и требуемое направление перемещения.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежом, на котором представлена ветроэнергетическая установка в двух проекциях.

На чертеже обозначено: 1 - центральная башня, 2 - кольцевая палуба, 3 - поворотные лопасти ветротурбины, 4 - гибкие тяги, 5 - ступица преобразователя энергии, 6 - кольцевой понтон, 7 - дополнительный понтон, 8 - подводные лопасти, 9 - приводы поворота подводных лопастей, 10 - электрогенератор, 11 - поворотная платформа, 12 - зубчатая передача, 13 - подводный руль, 14 - привод поворота подводного руля. Точкой О₁ обозначен центр поворотной платформы 11, точка O₂ - мгновенный центр поворота поворотной платформы 11.

Ветроэнергетическая установка представляет собой крупногабаритный плавучий ротор в виде кольцевого понтона 6, оснащенного поворотными лопастями 3 ветротурбины (приводы поворота лопастей 3 условно не показаны). Преобразователь энергии представляет собой электрогенератор 10, вал которого соединен зубчатой передачей 12 со ступицей 5. Надводная часть кольцевого понтона 6 (кольцевая палуба 2) связана гибкими тягами 4 со ступицей 5 преобразователя энергии. Электрогенератор 10 установлен на поворотной платформе 11, которая, в свою очередь, установлена на дополнительном понтоне 7, размещенном на водной поверхности так, что он окружен кольцевым понтоном 6. На поворотной платформе 11 на одинаковом расстоянии от ее центра O₁ размещены несколько подводных лопастей 8 с возможностью поворота вокруг вертикальных осей посредством приводов поворота 9. Кроме того, на дополнительном понтоне 7 установлен вертикальный подводный руль 13 с возможностью поворота посредством привода 14. Центральная башня 1 установлена на дополнительном понтоне 7.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. За счет взаимодействия лопастей 3 ветротурбины с ветровыми потоками кольцевой понтон 6 приводится во вращение с угловой скоростью ω₁. При этом через систему гибких тяг 4 с такой же скоростью будет вращаться ступица 5 преобразователя энергии. Под действием крутящего момента, передающегося на поворотную платформу 11 через преобразователь энергии, поворотная платформа приводится во вращение с угловой скоростью ω₂. По мере вращения поворотной платформы 7 поворачивают подводные лопасти 8 посредством приводов 9 вокруг вертикальных осей так, чтобы плоскости подводных лопастей располагались перпендикулярно к линиям, соединяющим их с точкой О₂ - мгновенным центром поворота. Вертикальный подводный руль 13 помогает поддержать требуемое направление перемещения ветроэнергетической установки и одновременно стабилизирует угловое положение дополнительного понтона 7, удерживающего наплаву центральную башню 1 и поворотную платформу 11. Таким образом, происходит непрерывное линейное перемещение ветроэнергетической установки в требуемом направлении из-за поворота вокруг динамически изменяющегося центра поворота О₂, смещенного относительно центра поворотной платформы 7 (точки O₁) по перпендикуляру к требуемому направлению перемещения. При необходимости изменяют момент нагрузки преобразователя энергии, что приводит к изменению угловой скорости ω₂ и, следовательно, изменению скорости перемещения ветроэнергетической установки.

В результате реализации предлагаемого изобретения появляется возможность получать энергию ветра на глубоководных участках морей с компенсацией дрейфа плавучей ветроэнергетической установки за счет ее активного перемещения без применения дополнительных буксировочных судов.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая преобразователь энергии, кольцевой понтон, размещенный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, поворотные лопасти, выполненные с возможностью вращения вокруг вертикальных осей, гибкие тяги, связанные с кольцевым понтоном и со ступицей преобразователя энергии, установленной с возможностью вращения соосно с кольцевым понтоном, отличающаяся тем, что преобразователь энергии установлен на поворотной платформе, оснащенной лопастями, размещенными в воде с возможностью поворота вокруг вертикальных осей посредством приводов поворота, установленных на поворотной платформе, причем поворотная платформа установлена на дополнительном понтоне, размещенном на водной поверхности так, что он окружен кольцевым понтоном.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный понтон снабжен вертикальным подводным рулем, выполненным в виде поворотной лопасти.