высотная энергетическая установка

Формула изобретения

Высотная энергетическая установка, содержащая диффузор с установленным в нем ветроколесом, лопасти которого крепятся и на втулке оси вращения и по периферии лопастей в полости диффузора посредством обода, взаимодействующего, по меньшей мере, с одним генератором электроэнергии, а также систему управления ориентацией энергетической установки относительно ветрового потока, отличающаяся тем, что диффузор выполнен в виде кольцеобразного корпуса, состоящего из внутреннего жесткого неподвижного обода и скрепленной с ним внешней эластичной герметичной оболочки, разделенной перегородками на отдельные секции, заполненные газом легче воздуха, внутри которых изолированно размещены негерметичные жесткие корпусы с встроенными ходовыми колесами, связанными с генераторами электрической энергии и имеющими возможность взаимодействовать с жестким ходовым ободом ветроколеса.

Описание изобретения к патенту

Высотная энергетическая установка относится к области энергетики, а именно к конструкции энергоустановок летающего высотного применения для преобразования энергии высотных воздушных струйных течений в электрическую энергию.

Известна конструкция высотного энергетического устройства, использующего энергию высотных струйных течений для выработки электроэнергии посредством подъема и удержания устройства в энергетически более мощные (по сравнению с поверхностными) высотные воздушные струйные течения с помощью летательных аппаратов, их привязки к наземному пульту управления и отбором мощности ветрового потока с центральной втулки ветроколеса (см. сборник "Энергетика и электрификация", серия 9 - Новые способы производства электроэнергии и тепла. Использование нетрадиционных источников энергии. Выпуск 1 - Ветровые электростанции большой мощности. М.: Мин. энергетики и электрификации СССР, Информэнерго, Центр научно-технической информации по энергетике и электрификации, 1987 г., с.53-54).

Недостатком таких конструкций является то, что они сложны и тяжелы и могут работать только в высокоскоростных струйных течениях. Кроме того, отбор мощности от ветрового потока с центральной втулки ветроколеса снижает эффективность установки. При этом конструкция предусматривает дополнительные устройства для подъема ее в высотные воздушные струйные течения.

Также известна конструкция высокоэнергетического устройства с бесконсольным креплением лопастей, содержащего диффузор с установленным в нем ветроколесом, лопасти которого крепятся и на втулке оси вращения, и по периферии лопастей в полости диффузора посредством обода, взаимодействующего, по меньшей мере, с одним генератором электроэнергии, а также систему управления ориентацией энергетической установкой относительно ветрового потока (см. патент Российской Федерации №2136957, МКИ 6 F 03 D 1/00, 7/00 по заявке №97121622/06 от 09.12.97 г., опублик. 10.03.99 г., Бюл. №25, авт. Малышкин В.М., Калашников С.П. - Ветроэнергетическое устройство с бесконсольным креплением лопастей и способ регулирования частоты вращения ветроколеса).

У такой конструкции отбор мощности от ветроколеса производится с его периферийного обода, что способствует повышению эффективности применения такой установки. Однако у этой ветроэнергетической установки зависимость работоспособности от мощности ветрового потока снижает эффективность ее использования.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности применения высотной энергетической установки, а также снижение удельной стоимости установки и вырабатываемой электроэнергии в высотном летающем применении.

Сущность изобретения заключается в том, что в высотной энергетической установке, содержащей диффузор с установленным в нем ветроколесом, лопасти которого крепятся и на втулке оси вращения, и по периферии лопастей в полости диффузора посредством обода, взаимодействующего, по меньшей мере, с одним генератором электроэнергии, а также систему управления ориентацией энергетической установкой относительно ветрового потока, диффузор выполнен в виде кольцеобразного корпуса, состоящего из внутреннего жесткого неподвижного обода и скрепленной с ним внешней эластичной герметичной оболочки, разделенной перегородками на отдельные секции, заполненные газом легче воздуха, внутри которых изолированно размещены негерметичные жесткие корпусы с встроенными ходовыми колесами, связанными с генераторами энергетической энергии и имеющими возможность взаимодействовать с жестким ходовым ободом ветроколеса.

Предлагаемое техническое решение изображено графически, где на фиг.1 показан общий вид высотной энергетической установки с частичным разрезом, на фиг.2 - вид установки по А на фиг.1, на фиг.3 - вид I на фиг.1 в разрезе, на фиг.4 - вид установки по Б-Б на фиг.1 в разрезе.

Высотная энергетическая установка состоит из установленной на земной поверхности 1 причальной мачты 2 с пунктом управления и лебедкой управления 2а. К лебедке 2а крепится трос-кабель 3 с закрепленной на нем лебедкой независимых приводов 4, в дополнительном контейнере 4а которого размещается аппаратура высотного контроля состояния окружающей среды, а также ее система управления, или экипаж обслуживания. Лебедка приводов 4 связана посредством независимых тросов-кабелей 5 с передними 6 и задними 6а узлами крепления кольцеобразного корпуса 7 энергоустановки. Корпус 7 имеет внешнюю эластичную герметичную оболочку 8 и размещенный внутри нее жесткий неподвижный обод 9. Оболочка 8 разделена перегородками 8а на отдельные секции, заполняемые газом легче воздуха через клапаны дистанционного управления 10.

В жестком неподвижном ободе 9 размещены негерметичные жесткие корпусы 11, внутри которых расположены генераторы электроэнергии 12, взаимодействующие с ходовыми колесами 13. Корпусы 11 снабжены технологическими люками 11а. Генераторы электроэнергии 12 снабжены контактами 14 передачи энергии, соединенными тросами-кабелями 5 и 3 с пунктом управления 2. Жесткий неподвижный обод 9 является силовым элементом конструкции высотной электроустановки. Ходовые колеса 13 имеют возможность взаимодействовать с направляющим кольцевым пазом 15 жесткого ходового обода 16 ветроколеса 17 с лопастями 18, имеющего осевую центральную втулку 17а. Ходовые колеса 13 вместе с генераторами 12 имеют возможность радиального перемещения относительно кольцевого паза 15 жесткого ходового обода 16 установки посредством приводов 19.

Ходовые колеса 13 также взаимодействуют с тормозными механизмами, установленными в жестких корпусах 11 жесткого обода 9 и состоящими из тормозных колодок 20 с приводами дистанционного управления 20а.

На установке имеются, по меньшей мере, одна двигательная установка 21, закрепленная на подвеске 22, и органы управления положением электроустановки в пространстве, например, в виде аэродинамических поверхностей 23 дистанционного управления.

Высотная энергетическая установка работает следующим образом.

Перед подъемом установки в высотные струйные ветровые потоки она причалена к причальной матче 2 посредством лебедки 2а и троса-кабеля 3. Производится заправка внутренней полости оболочки 8 корпуса 7 через клапаны дистанционного управления 10 газом легче воздуха.

Затем по командам с пункта управления причальной мачты 2 посредством отпускания троса-кабеля 3 лебедкой 2а производится подъем высотной энергетической установки относительно земной поверхности за счет разности свойств атмосферного воздуха и заправленного в полость оболочки 8 корпуса 7 рабочего газа.

По мере подъема энергетической установки она занимает в высотном струйном ветровом потоке положение с наветренной стороны. При этом управлением натяжением независимых тросов 5 лебедкой независимых приводов производится пространственное ориентирование установки под необходимым углом относительно ветрового струйного течения и с учетом его мощности, контролируемым пунктом управления причальной мачты 2, или аппаратурой контроля состояния окружающей среды дополнительного контейнера 4а (или экипаж обслуживания).

Набегающий на лопасти 18 воздушный поток раскручивает ветроколесо 17 вокруг центральной втулки 17а, а его периферийный жесткий ходовой обод 16 взаимодействует направляющим ходовым кольцевым пазом 15 с ходовыми колесами 13 генераторов электроэнергии 12. С генераторов 12 снимается вырабатываемая электроэнергия, а через контакты 14 и тросы-кабели 5 и 3 на наземный пункт управления 2, а далее к потребителям электроэнергии.

При необходимости спуска установки на земную поверхность по команде производится отключение генераторов 12 и вскрытие клапана дистанционного управления 10, обеспечивающего выпуск газа из полости герметичной оболочки 8 корпуса 7 и снижение подъемной силы. Аппаратурой наземного контроля пункта управления причальной мачты 2 или аппаратурой контроля высотного состояния окружающей среды дополнительного контейнера 4а производится отслеживание состояния высотного струйного течения с соответствующей корректировкой выпуска газа через клапаны дистанционного управления 10. Одновременно производится подтягивание тросов-кабелей 5 и 3 соответственно лебедкой независимых приводов 4 и лебедкой управления 2а к наземному пункту управления причальной мачты 2. Производится причаливание устройства к причальной мачте 2.

Отбор мощности высотных ветровых струйных течений с периферийной части вращающегося ходового обода 16 ветроколеса 17, работающего в режиме маховика, способствует снятию большей части ветровой энергии при сохранении автономности применения высотной энергетической установки.

Если требуется транспортирование установки в другое местоположение, то производится отстыковка установки от троса-кабеля 3 причальной мачты 2. Трос-кабель 3 возвращается на земную поверхность, например, подтягиванием лебедкой управления 2а или посредством парашюта (на фигурах не показано). Система управления установки (или экипаж) производит запуск двигательной установки 21, а посредством поверхностей аэродинамического управления 23 осуществляет корректировку траектории транспортирования высотной установки в пространстве.

При выполнении регламентированных работ предварительно с каждой секции оболочки 8 через клапаны дистанционного управления 10 производится выпуск газа, снижая тем самым подъемную силу. Установка посредством лебедки управления 2а причальной мачты 2 подтягивается к земной поверхности. (При автономном режиме полета опускается на земную поверхность.) Через технологические люки 11а производятся регламентные работы с энергоустановкой.

Предложенная высотная энергетическая установка позволяет повысить нагрузочную способность и единичную мощность энергетической установки, способствует улучшению экологической обстановки.