BR112012030423B1 - Instalação para a produção de energia elétrica de um vento predominante sobre a superfície - Google Patents

Abstract

instalações para a produção de energia elétrica do vento. uma instalação para produzir energia elétrica possui uma pluralidade de invólucros de reforço, uma pluralidade de turbinas de vento, um sistema de força, uma pluralidade de módulos, um sistema de montagem articulada e uma estrutura de apoio. cada invólucro de reforço tem uma garganta que aumenta a velocidade do vento predominante passando através do invólucro de reforço. a pluralidade das turbinas eólicas é cada uma operacionalmente posicionada na garganta de uma pluralidade de invólucros de reforço. o sistema de alimentação está adaptado para converter energia mecânica da pluralidade de turbinas de vento em energia elétrica. a torre de suporte inclui uma torre central para suportar os invólucros de reforço e turbinas de vento acima da superfície, e pode ainda incluir torres periféricas, cabos suportados e/ou outros componentes estruturais.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se geralmente para dispositivos de geração de energia e mais particularmente para uma instalação de geração de energia eólica.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

A técnica prévia ensina o uso de um invólucro de reforço para aumentar a velocidade de um vento predominante em uma garganta do invólucro de reforço, para aumentar a capacidade de uma turbina para capturar a energia do vento. No entanto, invólucros de reforço do estado da técnica não apresentam um invólucro de reforço que é moldado para tanto aumentar a massa de vento passando através do invólucro de reforço e também minimizar o arraste sobre o invólucro de reforço.

Yamamoto, US 7.293.960, por exemplo, apresenta uma instalação de geração de vento flutuante que inclui invólucros de reforço em formas hexagonais. A forma das coberturas e em particular as superfícies exteriores de invólucros de reforço, tem uma forma que criará arrastar considerável.

Friesth, EUA 2008/12417, apresenta um invólucro de reforço que inclui uma face plana e uma superfície exterior aerodinamicamente não plana forma que juntas criam arraste substancial.

A instalação apresentada na presente divulgação também inclui uma construção de torre que pode ser extremamente alta. Em uma estrutura alta, é importante minimizar o arraste para impedir que a torre falhe em ventos extremos.

A técnica prévia agrupa algumas torres substanciais para otimizar a captação da energia do vento sobre uma pequena metragem quadrada da fundação. Friesth ensina a construção da torre que inclui uma torre de núcleo e uma pluralidade de indivíduos para proporcionar estabilidade lateral e de torção. Outro exemplo de uma construção similar de torre é mostrado em Weisbrich, U.S. 5,520,505.

As referências acima descritas aqui são incorporadas por referência na íntegra.

RESUMO DA INVENÇÃO

A presente invenção ensina certos benefícios na construção e uso que possibilitam os objetivos descritos a seguir.

A presente invenção fornece um mecanismo para a produção de energia elétrica de um vento predominante. A instalação inclui uma pluralidade de invólucros de reforço, uma pluralidade de turbinas de vento, um sistema de força, uma pluralidade de módulos, um sistema de montagem central e uma estrutura de apoio. Cada invólucro de reforço tem uma garganta que aumenta a velocidade do vento predominante passando através do invólucro de reforço. A pluralidade das turbinas eólicas é cada uma operacionalmente posicionada na garganta de uma pluralidade de invólucros de reforço. O sistema de alimentação está adaptado para converter energia mecânica da pluralidade de turbinas de vento em energia elétrica.

Um objetivo primordial da presente invenção é fornecer uma instalação tendo vantagens não ensinadas pela técnica prévia.

Outro objetivo é fornecer um mecanismo que aumenta a produção de energia no eixo da turbina por um fator de aproximadamente 3.3 sobre a produção das turbinas de vento de mesmo tamanho não equipadas com coberturas nas mesmas velocidades de vento.

Outro objetivo é fornecer um mecanismo que é capaz de produzir energia em velocidades de vento de cerca de dois terços tão grande como as velocidades mínimas exigidas para produzir energia, as turbinas de mesmo tamanho sem invólucros de reforço e a consequente capacidade viável de produzir energia em muitas áreas geográficas com velocidades de vento normal abaixo do exigido para turbinas eólicas convencionais.

Outro objetivo é fornecer um mecanismo que é capaz, em virtude de novas áreas geográficas disponíveis para energia eólica, de fornecer energia em ou perto de pontos de demanda e de redução ou eliminação da necessidade de fornecimento de instalações de transmissão de energia adicional para produção de energia adicional. Esta localização também reduz perdas de potência devido à transmissão em longas distâncias, reduzindo assim o custo da energia para o usuário.

Outro objetivo é fornecer um recurso que melhora a eficiência de produção de energia, roteamento de saída das turbinas a uma bateria de geradores de tamanhos diferentes que podem operar em diferentes intervalos de máxima eficiência sobre uma ampla gama de velocidades de vento.

Outro objetivo é fornecer um mecanismo que é capaz de melhorar ainda mais a eficiência de produção de energia, combinando o fluxo de fluido hidráulico de duas bombas em um módulo para um conjunto de controles, motores e geradores.

Outro objetivo é proporcionar uma instalação que inclui uma estrutura de apoio de torre que reduze a quantidade de terreno necessário para produção de energia eólica em relação a instalações de geração de energia eólica convencional. Esta construção também permite que a utilização ou maiores velocidades de vento em altitudes mais elevadas em relação a instalações de geração de energia eólica convencional.

Outro objetivo é fornecer um mecanismo que pode ser dimensionado, maior ou menor, para atender as várias necessidades.

Outros recursos e vantagens da presente invenção se tornarão aparentes a seguir a partir da descrição detalhada, tomada em conjunto com os desenhos que acompanham e ilustram, a título de exemplo, os princípios da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos em acompanhamento ilustram a presente invenção.

A Figura 1A é uma vista em perspectiva de uma instalação que ilustra uma estrutura de suporte e vários módulos, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 1B é uma vista em perspectiva de vários módulos com a estrutura de sustentação removidos.

A Figura 2 é uma visão esquemática de um sistema de força da instalação.

A Figura 3A é uma vista em perspectiva de um invólucro de reforço da instalação.

A Figura 3B é uma vista secional do invólucro de reforço tomado ao longo da linha 3B-3B na figura 3A.

A Figura 3C é uma vista em perspectiva de uma plataforma da instalação.

A Figura 3D é um fraque de perspectiva do invólucro de reforço mostrando a plataforma da Fig. 3 posicionado dentro do invólucro de reforço da Fig. 3, e também ilustrando suportes internos no invólucro de reforço.

A Figura 3E é vista secional em elevação frontal do sistema de estrutura interior de invólucro de reforço.

A Figura 4 é uma vista em perspectiva explodida do módulo e trilhos sobre os quais o módulo é montado rotavelmente.

A Figura 5A é uma vista em perspectiva da estrutura superior.

A Figura 5B é um detalhe do caminhão exterior.

A Figura 5C é uma vista em perspectiva da parte inferior do estrutura.

A Figura 5D é um detalhe do caminhão frontal interno.

A Figura 5E é um detalhe do caminhão interno traseiro.

A Figura 6 é uma visão esquemática do sistema de controle de módulo.

A Figura 7 é uma vista do plano superior da estrutura de apoio, sem os módulos.

A Figura 8 é uma vista em perspectiva da torre central.

A Figura 9 é uma vista em perspectiva da torre periférica.

A Figura 10 é uma vista em perspectiva do sistema de trilho e de treliça.

A Figura 11 é uma vista em perspectiva da treliça do anel.

A Figura 12 é uma vista de elevação da treliça radial.

A Figura 13 é uma vista de elevação da treliça periférica.

A Figura 14 é uma vista de elevação da treliça do trilho.

A Figura 15 é uma vista em plano dos trilhos.

A Figura 16 é uma vista em elevação de pares de cabos sustentados.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

As figuras descritas acima ilustram a invenção, uma instalação para a produção de energia elétrica a partir de um vento predominante sobre uma superfície.

A Figura 1A é uma vista em perspectiva de uma modalidade da instalação. Figura 1B é uma vista em perspectiva da instalação da Fig. 1A, com uma estrutura de apoio removida para melhor ilustrar vários módulos da instalação. A modalidade, isoladamente ou em várias instalações, é mais eficiente para alcançar grandes demandas de força onde os canteiros são mais caros.

Conforme ilustrado na Fig. 1A e 1B, a instalação inclui um sistema de força, uma pluralidade de invólucros de reforço, uma pluralidade de turbinas eólicas, uma pluralidade de módulos, um sistema de montagem central e uma estrutura de apoio. A estrutura de apoio suporta um grande número das turbinas de vento muito acima da superfície (por exemplo, terra, água ou outro local), para que ambos possam maximizar a quantidade de vento capturado e também para minimizar a área de superfície da instalação.

A Figura 2 mostra uma vista esquemática de uma modalidade de sistema de força. O sistema de força da Fig. 2 inclui uma turbina de vento 204, um sistema hidráulico 206, um sistema de geração elétrica 208, suportes 210 e uma plataforma 212. O sistema hidráulico 206 pode incluir uma bomba 214, um sistema de controle 216, motores 218, além de linhas e outros componentes 220. O sistema hidráulico 206 converte energia mecânica da turbina 204, via bomba 214, para a energia na forma de fluxo de fluido. Fluxo de fluido é então distribuído para os motores hidráulicos adequados 218 pelo controlador 216. Os motores hidráulicos 218 então convertem o fluxo de fluido em energia mecânica, que é transmitida para os geradores 222.

O sistema de controle 216 de sistema de força inclui elementos de distribuição (por exemplo, válvulas) para distribuir o fluxo de fluido da bomba para motores de tamanho diferente 218 e uma lógica para otimizar a produção de energia. O sistema de controle 216 também pode aceitar fluxos de uma pluralidade de bombas 214 nos módulos ilustrados na Fig. 4.

A turbina 204, a bomba 214 e uma parte das linhas e outros componentes 220 são suportados por suportes 210. Os suportes 210 por sua vez são compatíveis com o invólucro de reforço ilustrado na Fig. 3A. O sistema de controle 216, motores 218, uma parte do sistema de geração elétrica 208 e uma porção de linhas hidráulicas e outros componentes 220 são suportados pelo invólucro de reforço, como discutido mais detalhadamente abaixo. Enquanto é ilustrada uma modalidade do sistema de força, sistemas alternativos de energia, conhecidos na técnica (por exemplo, engrenagens mecânicas e outras alternativas) também podem ser utilizados, e tais modalidades alternativas devem ser consideradas incluídas no escopo da presente invenção.

A Fig. 3 mostra uma modalidade de uma pluralidade de invólucros de reforço. Conforme ilustrado na Fig. 3, o invólucro de reforço é uma concha oca aerodinâmica localizada próxima à turbina de vento 204, conforme ilustrado na Fig. IA. O invólucro de reforço da Fig. 3 pode ser um toróide de formato especial com um eixo horizontal 324, uma superfície interna 304 e superfície externa 306. O invólucro de reforço tem também uma dianteira 308 e uma traseira 310. Esta orientação dianteira e traseira também se aplica a todos os componentes dos módulos, ilustrados na Fig. 4. Vento se aproxima do invólucro de reforço dianteiro 308 e sai do traseiro 310.

O diâmetro mínimo D da superfície interna 304 é a garganta 312. As dimensões do invólucro de reforço e muitas outras dimensões do sistema de força eólica são proporcionais ao diâmetro D da garganta 312. Conforme ilustrado na Fig. 1 A, a turbina 204 situa-se na garganta 312.

A Figura 3B ilustra uma seção de invólucro de reforço de figura 3A. O invólucro de reforço das Figs. 2A e 2B é uma concha oca da revolução, ou toróide, formado pelo formato da rota da Fig. 3B girado um círculo completo de 360 graus em torno do eixo horizontal 324. A Forma da Fig. 3B inclui pontos 326, 328, 332 e 338, além de linhas, 330, 334, 336 e 340. A dianteira 308 do invólucro de reforço da Fig. 3A é definido, mais especificamente, como o círculo gerado pelo ponto 326 quando a forma da Fig. 3B é girada. Ponto 326 está localizado a uma distância de 0,7 D do eixo 324, mas pode ser localizado no intervalo de 0.55 D a 0,95 D do eixo 324. A traseira 310 do invólucro de reforço da Fig. 3A é definida, mais especificamente, como o círculo gerado por um ponto 328 quando a forma da Fig. 3B é girada. O ponto 328 é uma distância horizontal de 1,5 D até a traseira do plano vertical que contém o ponto 326, mas pode situar-se no intervalo de 0,5 D 2.5 D na traseira do ponto 326.

Conforme ilustrado na Fig. 3B, a superfície exterior 306 do invólucro de reforço desta modalidade inclui uma curva exterior frontal 330 que começa no ponto 326 indo longe e perpendicular ao eixo 324. A direção da curva 330 pode variar tanto quanto a quinze graus para a traseira perpendicular ao eixo 324. A curva 330 termina seguindo paralela e a uma distância de .75D de eixo 324 no ponto 332. A direção da curva 330 no seu término pode variar tanto quanto a dez graus paralela ao eixo 324. A distância do ponto 332 do eixo 324 pode variar de 0,6 D para 2D. Ponto 332 é uma distância horizontal de 0,075 D para a traseira do ponto 326. Ponto 332 pode variar de .05D para 1.5 D até a parte traseira do ponto 326. Curva 330 é um quadrante de uma elipse na primeira modalidade, mas pode tomar qualquer forma. A linha traseira exterior 334 na forma da Fig. 3B começa no ponto 332 e termina no ponto 328. A linha 334 varia em declive em relação ao eixo 324 na primeira modalidade. A inclinação mínima da linha 334 é de 4 graus na direção do eixo 324 no ponto 332 e a inclinação máxima é de 6,5 graus na direção do eixo 324 no ponto 328. O declive da linha 334 pode variar de paralelo ao eixo 324 em quinze graus na direção do eixo 324.

Conforme ilustrado na Fig. 3B, superfície interna 304 inclui uma curva frontal interna 336 que começa no ponto 326 indo em direção e perpendicular ao eixo 324. A direção da curva 336 na sua origem pode variar tanto quanto a quinze graus para a traseira perpendicular ao eixo 324. A curva 336 termina seguindo paralela e a uma distância de 0,5 D de eixo 324 no ponto 338. A direção da curva 336 ao seu término pode variar tanto quanto dez graus paralelos ao eixo 324. Na modalidade presente, o ponto 338 é uma distância horizontal de 0.3D na parte traseira do ponto 326. Em alternativas modalidades, o ponto 338 pode variar de 0.1 D para 1.5 D da parte traseira do ponto 326. A curva 336 é um quadrante de uma elipse na primeira modalidade, mas pode ter formas alternativas em diferentes modalidades. O caminho do ponto 338, quando girado sobre o eixo, forma a garganta 312 do invólucro de reforço. A linha traseira interna 340 na forma da Fig. 3B começa no ponto 338 e termina no ponto de 328. Linha 340 varia em declive em relação ao eixo 324. A inclinação mínima da linha 340 é de 4 graus do eixo 324 no ponto 338. A inclinação máxima da linha 320 é 6,5 graus do eixo 324 no ponto 328. O declive da linha 340 pode variar de zero grau a quinze graus do eixo 324.

A construção de invólucro de reforço para esta modalidade inclui várias disposições adicionais da seguinte forma: ele fornece conexão estrutural para as vigas estruturais 502 e 522. Ele fornece suporte estrutural para os suportes 210 e a plataforma 212. Ele fornece fixação interior, ilustrada na figura 3E, conforme necessário para a estabilidade estrutural e para facilitar a montagem. Na presente modalidade, o invólucro de reforço pode ser construído para incluir também entrada (por exemplo, uma porta) para o interior do casco. Dessa maneira, o invólucro de reforço pode fornecer uma área de trabalho interior conforme necessário para a manutenção do sistema de força. A área de trabalho interior pode fornecer a saída para atender a turbina 204, e ele ainda pode fornecer um sistema de ventilação e iluminação interior para uso quando o interior estiver em uso pelo pessoal de manutenção.

A Figura 3C é uma vista em perspectiva de uma modalidade da plataforma 212 da instalação. Figura 3D é um a vista em corte perspectiva do invólucro de reforço mostrando a plataforma da Fig. 3 posicionada dentro da invólucro de reforço de Fig. 3A. A modalidade da Fig. 3 e 3D, a plataforma 212 é posicionada dentro da invólucro de reforço e contém o sistema de controle 216, motores 218, uma parte do sistema de geração elétrica 208 e uma porção de linhas hidráulicas e outros componentes 220. Na presente modalidade, o invólucro de reforço serve para o objetivo adicional de conter e proteger a plataforma 212 e os componentes acima mencionados e proporciona um local seguro para os trabalhadores de manutenção trabalharem nesses componentes.

Enquanto a plataforma 212 pode ser interna para o invólucro de reforço, pode também ser localizada em outro lugar se desejado, ou se o invólucro de

reforço não é grande o suficiente para acomodá-lo. O sistema de geração elétrica 208 inclui geradores de corrente direta 222, aumentando de tamanho pequeno ao grande, barramentos de módulo 224, um barramento de corrente comum direta 226 e opcional conversor elétrico de corrente alternada 228. Os geradores 222 e barramentos de módulo 224 para cada módulo de Figura 4 estão localizados na plataforma 212 para esse módulo de Fig. 4. O barramento comum de corrente direta 226 e opcional conversor de corrente alternada 228 pode ser localizado a uma base de instalação da Fig. 1A. O sistema de força da Fig. 2 pode produzir eletricidade de corrente direta ou eletricidade de corrente alternada compatível para uma grade de força.

A Figura 3E é uma vista secional de elevação frontal do sistema de estrutura interior do invólucro de reforço 346. O sistema de estrutura interior do invólucro de reforço 346 inclui suporte interno 350 entre a superfície interna 304 e a superfície externa 306. Enquanto um arranjo de suporte interno 350 é ilustrado, um regime de estruturas alternativas também pode ser usado e tais alternativas conhecidas na técnica devem ser consideradas no escopo da presente invenção.

A Figura 4 é uma vista em perspectiva explodida do módulo da Fig. 1A e trilhos com que o módulo é montado rotavelmente. Na modalidade da Fig. 4, cada módulo inclui dois invólucros de reforço (ilustrados na Fig. 3A), e partes do sistema de força (ilustrado na Fig. 2) localizado nos invólucros de reforço. Em modalidades alternativas, cada módulo pode incluir mais de dois invólucros de reforço e as coberturas podem ser dispostas em arranjos diferentes (por exemplo, um par de invólucros de reforço em ambos os lados, lado a lado ou empilhados, ou números e arranjos alternativos de invólucros de reforço). Tais alternativas devem ser consideradas no escopo da presente invenção.

Conforme ilustrado na Fig. 4, cada módulo pode incluir mais estruturas para conectar as coberturas. Na modalidade da Fig. 4, a estrutura pode incluir um estrutura superior (ilustrado na Fig. 5A) e um estrutura inferior (ilustrado na Fig. 5). A estrutura superior do ilustrado na Fig. 5 e parte inferior do estrutura da Fig. 5 mantêm as coberturas na posição e apoia estas nos lados opostos da torre principal, conforme ilustrado na Fig. 1A.

Conforme ilustrado na Fig. 4 e 5A, estrutura superior inclui vigas estruturais superiores 502 anexadas ao topo dos invólucros de reforço nas extremidades dianteiras 504 e nas extremidades traseiras 506. Vigas 502 são preferivelmente diretamente acima do eixo 324. Outros convenientes pontos de carregamento 508 da cobertura podem também ser anexados nas vigas 502. A estrutura superior pode inclui ainda uma barra frontal 512 entre as duas extremidades frontais da viga 504 e uma barra traseira 514 entre as duas extremidades traseiras da viga 506.

A Figura 5B é um detalhe do caminhão externo 510. Conforme ilustrado na Fig. 4 e 5B, a estrutura superior inclui um ou mais pares de rodas montados, ou caminhões 510, anexados acima das quatro extremidades das vigas 504 e 506. Estes caminhões 510 transmitem as cargas verticais do módulo para o trilho exterior 704, conforme ilustrado na Fig. 4. Na modalidade da Fig. 4, 5A e 5B, o sistema de montagem articulada inclui os trilhos e caminhões aqui descritos. O sistema de montagem articulada também pode incluir modalidades alternativas conhecidas pelas pessoas versadas na técnica.

A Fig. 5C ilustra uma modalidade da estrutura inferior. Em muitos aspectos a estrutura inferior da Fig. 5 é equivalente à estrutura superior da Fig. 5A, exceto que está de cabeça para baixo para ser localizado na parte inferior do módulo da Fig. 4, em vez de no topo. As diferenças específicas das estruturas inferiores da Fig. 5 das estruturas superiores da Fig. 5A são como segue: as coberturas de Fig. 3A estão anexadas na parte superior das extremidades da viga 524 e extremidade da viga 526 das vigas 522. Caminhões 510 estão anexados na parte inferior das extremidades 524 e extremidade das vigas 526 das vigas 522. Caminhões 516 estão anexados na parte inferior da barra frontal 532 e na parte inferior da parte barra traseira 534. Caminhões 510 e caminhões 516 são montados com trilhos externos 704 e internos 706 localizados abaixo.

Conforme ilustrado na Fig. 4 e Figs. 5D e 5E, uma pluralidade de caminhões 516 são anexados aos quadros superiores e inferiores para acoplar os trilhos interiores 706, para suportar cargas horizontais aplicadas sobre as coberturas pelo vento. Figura 5D é um detalhe do caminhão frontal interno. Figura 5E é um detalhe do caminhão interno traseiro. Os caminhões 516 são anexados acima da barra frontal 512 e podem ser centrados em seu ponto médio; e os caminhões 516 também podem ser fixados acima da parte traseira da barra 514 e da mesma forma podem ser centrados em seu ponto médio. Estes caminhões 516 são posicionados para transmitir a carga horizontal de estrutura superior do trilho interno 706 (da Fig. 5E).

Conforme ilustrado na Fig. 5A e 5C, membros da treliça 518 transmitem as cargas horizontais da estrutura superior da viga 502 extremidades dianteiras 504 e as extremidades traseiras 506 para a pluralidade de caminhões 516 (como melhor ilustrado na Fig. 4). Estes membros da treliça 518 são organizados para fornecer uma estrutura estável para transmitir a carga horizontal de vigas 502 para caminhões 516. Na presente modalidade, os membros estruturais superiores 502, 512, 514 e 518, exceto os caminhões 510 e 516, estão alinhados sobre um plano horizontal.

Conforme ilustrado na Fig. 4, caminhões 510 e 516 rolam sobre os trilhos circulares 704 e 706, respectivamente, fixados na estrutura ilustrada na Fig. 7. Os caminhões 510 e 516 e os trilhos 704 e 706, permitem que o módulo da Fig. 4 gire ao redor da torre de núcleo (ilustrada na Fig. 8). Os caminhões 510 e 516 fazem parte da estrutura da Fig. 5A, os trilhos 704 e 706 são parte da estrutura da Fig. 7. O caminhão de externo da figura 5B acopla o trilho exterior 704. Os caminhões internos 516 engatam os trilhos interiores 706 na frente dos módulos da Fig. 4. Figura 5E mostra a montagem de caminhões internos 516 com trilhos interiores 706 acima e na traseira dos módulos da Fig. 4.

O módulo da Fig. 4 mostra módulo de pares de cabos sustentados 402, que são pares de cabos que se conectam na diagonal entre a estrutura superior da Fig. 5A e parte inferior da estrutura da Fig. 5 C. Um par de cabos sustentados do módulo 402 situa-se em um plano vertical na frente da estrutura superior e parte inferior da estrutura. Outro par de cabos sustentados 402 situa- se em um plano vertical na parte traseira da estrutura superior e parte inferior da estrutura. Esses pares de cabos sustentados do módulo 402 fornecem estabilidade estrutural e dimensional para cada módulo.

A Figura 6 é um desenho esquemático de um sistema de controle de módulo incluído em cada um dos módulos da Fig. 4. O sistema de controle de módulo inclui um dispositivo de sensoriamento da direção do vento 604, um dispositivo de controle do módulo 606 e uma pluralidade de motores elétricos 608 para a condução de uma pluralidade de caminhões exteriores 510. O sistema de controle de módulo é instalado em cada módulo para mantê-lo posicionado de frente para o vento predominante. Quando o dispositivo de sensoriamento de direção de vento 604 detecta uma mudança na direção do vento, utilizando tecnologia conhecida para os hábeis na técnica, o dispositivo de controle de módulo 606 usa motores elétricos 608 para ativar o módulo de uma forma que mantém o módulo na orientação correta em relação ao vento.

A Figura 7 mostra uma vista de plano superior de uma modalidade da estrutura de suporte. A estrutura de suporte desta modalidade inclui uma torre de núcleo ilustrada na Figura 8, torres periféricas, ilustradas na Fig. 9 a treliça e sistema de trilhos descrito acima e cabos sustentados 702. Na presente modalidade lá estão seis torres periféricas; no entanto, este número pode variar dependendo das necessidades das pessoas hábeis na técnica (três ou mais podem ser usadas).

Conforme ilustrado na Fig. 10, o sistema de treliça e trilho inclui uma treliça de anel (ilustrado na Figura 11), seis treliças radiais (ilustrado na Fig. 12), seis treliças periféricas (ilustrado na Fig. 13), seis treliças de trilho (ilustrado na Fig. 14), um ou dois trilhos exteriores 704, um ou dois trilhos interno 706 e 12 ou 24 fixadores 708. O número de treliças radiais da Fig. 12, treliças periféricas da Fig. 13, treliças de trilho da Fig. 14 e fixadores 708 mudará em correlação com o número de torres periféricos usadas da Fig. 9.

O sistema de treliça e trilho de Fig. 10 conecta a torre de núcleo da Fig. 8 na treliça de anel Fig. 11 e conecta a treliça do anel da Fig. 11 nas torres periféricas da Fig. 9, por meio de treliça radial da Fig. 11.0 sistema de treliça e trilho de Fig. 10 conecta torres periféricas adjacentes da Fig. 9 umas nas outras mediante as treliças periféricas da Fig. 12. O sistema de treliça e trilho de Fig. 10 conecta treliças radiais de adjacentes da Fig. 11 umas nas outras por meio de treliças de trilho da Fig. 13. Cada sistema de treliça e trilho de Fig. 10 é composto por um ou dois trilhos externos 704 e um ou dois trilhos internos 706. Trilhos externos 704 e internos 706 são fornecidos como necessários para receber cargas verticais e horizontais, respectivamente de caminhões externos 510 e caminhões internos 516 dos módulos da Fig. 4. Fixadores 708 fornecem apoio suplementar lateral aos trilhos internos 706, ligando-os nas treliças de anel da Fig. 11. Os sistemas de treliça e trilho da Fig. 10 ocorrem em intervalos verticais suficientes para permitir que os módulos de Fig. 4 se apoiem entre eles. Módulos individuais de Fig. 4 podem ser omitidos, a critério do proprietário e o espaço deixado vazio ou utilizado para outros fins. Os locais de sistemas de treliça e trilho Fig. 10 estão acima, entre e abaixo dos módulos de Fig. 4.

A Fig. 8 mostra a primeira modalidade da torre principal. A torre de núcleo da Fig. 8 tem três pernas verticais 802, formando um triângulo equilátero. As pernas 802 são separadas por uma distância horizontal de 0.433D identificada como uma face 804 da torre do núcleo da Fig. 8. O número de pernas na torre central também pode ser quatro, e a distância entre as pernas pode variar de 0.1 D a 0,7 D. Cada uma das três faces 804 tem um padrão de enlaçamento 806 entre as pernas 802. Esse padrão de enlaçamento é repetido em intervalos, cujos intervalos são a definição de um painel 808 da torre do núcleo da Fig. 8. Um setor 810 da torre de núcleo da Fig. 8 é definido como suficientes painéis conectados em uma pilha vertical para igualar a distância vertical entre as linhas centrais dos sistemas de treliça e trilho de Fig. 10. Treliças de anel da Fig. 11 estão conectadas no meio do painel superior 808 de cada setor 810. As pernas 802 do painel superior 808 de cada setor 810 são reforçadas para suportar anexada a treliça do anel da Fig. 11. A parte inferior de cada perna 802 é suportada por uma fundação 812, que pode ser qualquer configuração apropriada para os solos em um local específico e as cargas impostas.

A Fig. 9 mostra a primeira modalidade da torre periférica. A torre de periférica da Fig. 9 tem três pernas verticais 902, formando um triângulo equilátero. A torre periférica da Fig. 9 também pode ser configurada para ter quatro pernas. Uma das pernas 902 é orientada em direção ao centro da torre do núcleo da Fig. 8. As pernas 902 são separadas por uma distância horizontal de aproximadamente 0,10 D, que é identificada como uma face 904 da torre periférica da Fig. 9. A largura da face pode variar de 0,05 D a 0,25 D. Cada uma das três faces 904 tem um padrão de enlaçamento 906 entre as pernas, 902. Esse padrão enlaçamento é repetido um número suficiente de vezes para igualar a altura do painel 808 da torre núcleo da Fig. 8. Esta altura do painel é a definição de uma seção 908 da torre periférica da Fig. 9. Um setor 910 da torre periférica da Fig. 9 é definido como suficientes seções 908 conectadas em uma pilha vertical para igualar a distância vertical entre as linhas centrais dos sistemas de treliça e trilho de Fig. 10. Treliças radiais da Fig. 12 e treliças periféricas da Fig. 13 estão conectadas no meio da seção superior 908 de cada setor 910. As pernas 902 da seção superior 908 de cada setor 910 são reforçadas para apoiar a treliça radial da Fig. 12 anexada e treliças periféricas da Fig. 13. A parte inferior de cada perna 902 é suportada por uma fundação 912 configurada adequadamente para os solos em cada local e as cargas impostas.

A Fig. 11 mostra a primeira modalidade da treliça do anel. As treliças de anel da Fig. 11 incluem um anel superior 1102 e um anel inferior 1104. Cada anel 1102 e anel 1104 incluem seis membros iguais 1106. Se mais ou menos do que seis torres de periféricas da Fig. 9 são utilizadas, o número de membros no anel 1102 e anel 1104 é modificado para combinar. Os comprimentos dos lados da treliça do anel da Fig. 11 são suficientes para abranger o entorno da torre de núcleo da Fig. 8 e conectar-se nas pernas 802 da Torre de núcleo da Fig. 8. A distância vertical entre anéis 1002 e 1004 é de 0.1167D, mas pode variar de.05D a 2.5 D. Cada canto do anel superior 1102 está anexado ao canto do anel inferior 1104 diretamente abaixo com uma escora vertical 1108. Cada parte da treliça de anel da Fig. 11 entre suportes adjacentes 1108 é definido como uma face 1110 da treliça de anel da Fig. 11. Cada uma das faces 1110 tem um padrão de enlaçamento 1112 entre os suportes adjacentes 1108 para fornecer estabilidade estrutural para a estrutura. Cada treliça de anel da Fig. 11 é posicionada ao redor da torre de núcleo da Fig. 8 para que alguns dos seus cantos se alinhem verticalmente com as pernas 802 da torre de núcleo da Fig. 8. Estes cantos alinhados são anexados na torre de núcleo da Fig. 8 no meio de uma seção superior 808 de cada setor 810.

A Fig. 12 mostra a primeira modalidade da treliça radial. Cada comprimento de treliça radial da Fig. 12 é orientado horizontalmente. A profundidade de treliça radial da Fig. 11 é orientada verticalmente com um cordão superior 1202 e um cordão inferior 1204. A distância vertical entre o cordão superior 1202 e do cordão inferior 1204 é 0.1167D, correspondendo exatamente e variando com a profundidade de treliça de anel da Fig. 11.0 comprimento completo do cordão superior 1202 e do cordão inferior 1204 está associado a uma série contínua de enlaçamento diagonal 1206. O comprimento total da treliça radial da Fig. 12 é 1.655 D, mas pode variar de 1.5 D a 2.5 D. A extremidade interna 1208 de cada treliça radial da Fig. 12 é conectada a um vértice da treliça de anel da Fig. 11. Existem seis treliças radiais da Fig. 12 conectadas a cada treliça de anel da Fig. 11.0 número de treliças radiais da Fig. 12 irá variar para coincidir com o número de torres de periféricas da Fig. 9. A extremidade externa 1210 de cada treliça radial da 12 Fig. está anexada na perna interior 902 da torre periférica da Fig. 9 nesse local.

A Fig. 13 mostra a primeira modalidade da treliça periférica. Cada comprimento de treliça periférica da Fig. 13 é orientado horizontalmente. Cada profundidade de treliça periférica da Fig. 13 é orientada verticalmente com um cordão superior 1302 e um cordão inferior 1304. A distância vertical entre o cordão superior 1302 e o cordão inferior 1304 é 0.1167D, correspondendo exatamente, e variando com a profundidade de treliça radial da Fig. 12. Os comprimentos completos do cordão superior 1302 e do cordão inferior 1304 estão associados a uma série contínua de enlaçamento diagonal 1306.0 comprimento total da treliça periférica da Fig. 13 é 1.9124D, mas pode variar de 1.5 D a 2.5 D. Cada extremidade da treliça periférica da Fig. 12 está anexada ao interior perna da torre periférica da Fig. 9 e treliça radial da Fig. 11 naquele local.

A Fig. 14 mostra a primeira modalidade da treliça de trilho. Cada treliça de trilho da Fig. 14 é orientada horizontalmente. A profundidade de treliça de trilho da Fig. 14 é orientada verticalmente com um cordão superior 1402 e um cordão inferior 1404. A distância vertical entre o cordão superior 1402 e o cordão inferior 1404 é 0.1167D, correspondendo exatamente e variando com a profundidade de treliça radial da Fig. 12. Os comprimentos completos do cordão superior 1402 e do cordão inferior 1404 são conectados com uma série contínua de enlaçamento diagonal 1406. O comprimento total da treliça de trilhos da Fig. 14 é 1.2474D, mas pode variar de 1.0 D a 2.0 D. Cada extremidade da treliça de trilhos da Fig. 14 está anexada a uma treliça radial da Fig. 12.

A Fig. 15 mostra uma vista plana da primeira modalidade dos trilhos exteriores 704 e interiores 706. O trilho exterior 704 tem um raio de 1.097D, que pode variar de 0,75 D a 1.5 D. o trilho exterior 704 é anexado nos pontos 1502 em seis treliças radiais de Fig. 12 em intervalos de sessenta graus. O trilho exterior 704 está anexado nos pontos 1504 em dois lugares para cada uma das seis treliças de trilho da Fig. 14 entre as treliças radiais da Fig. 12. As localizações das anexações 1504 para as treliças de trilho da Fig. 13 são espaçadas para que o trilho 704 seja anexado em intervalos regulares de vinte graus ao longo de sua circunferência completa. O número de anexos 1502 e 1504 do trilho 704 e seus intervalos angulares irá variar com o número de treliças radiais da Fig. 12.

O trilho interno 706 tem um raio de aproximadamente 0,255 D, que pode variar de 0,5 D a 1.5 D. O trilho interno 706 é anexado nos pontos 1506 para as seis treliças radiais de Fig. 12 em intervalos de sessenta graus. O trilho interno 706 é suportado para resistir às cargas horizontais pelos fixadores 708 nos pontos 1508 a meio caminho entre as treliças radiais da Fig. 12. Os fixadores 708 são posicionados conforme mostrado na Fig. 7B entre os trilhos 706 e treliças de anel da Fig. 11.0 número de anexos 1506 de trilho 706 e seus intervalos angulares e variará conforme o número de treliças radiais da Fig. 12.

A Figura 16 é um desenho da vista parcial elevada da face externa da estrutura da Fig. 7. A Fig. 16 mostra a configuração de pares de cabos sustentados 702. Os cabos sustentados 702 se conectam na diagonal entre as adjacentes torres periféricas da Fig. 9 e entre adjacentes níveis de sistemas de treliça e trilho da Fig. 10. No entanto, o par de cabos inferiores 702 se conecta entre a treliça inferior da Fig. 10 e sistema de trilho e a base das duas torres periféricas adjacentes da Fig. 9. Os cabos sustentados 702 fornecem estabilidade estrutural para a estrutura da Fig. 7.

OPERAÇÃO DA PRIMEIRA MODALIDADE

Cada módulo de Fig. 4 é continuamente orientado para esta voltado diretamente para o vento predominante. O vento entrando pela dianteira 308 de cada invólucro de reforço da Fig. 3A tem sua velocidade aumentada por aproximadamente 50 por cento na garganta 312 pela forma aerodinâmica cuidadosamente selecionada da curva frontal externa 330 e curva frontal interna 336. Esta maior velocidade de vento então impulsiona a turbina 204 localizada na garganta 312 e o sistema de alimentação da Fig. 2 relacionado para produzir energia elétrica para uso humano. Tanto a forma do invólucro de reforço da Fig. 3A e do sistema de força da Fig. 2 são selecionados e otimizados para aumentar a produção de energia tanto quanto possível.

O vento passando sobre o invólucro de reforço de 3A Fig. produz forças de arraste. A forma aerodinâmica total do invólucro de reforço da Fig. 3A é otimizada na medida do possível para reduzir estas forças de arraste. Isso é significativo porque todos os componentes estruturais do sistema de força eólica devem ter força para resistir à força do vento, bem como suportar o peso do sistema. O custo desta força afeta a viabilidade comercial do sistema.

Como utilizado neste pedido, as palavras "o/a""um" e "uma" são definidas para incluir um ou mais item citados, salvo indicação ao contrário. Inclusive, os termos "ter""incluir", "conter" e termos semelhantes são definidos para significar "compreendendo" salvo disposição ao contrário. Além disso, a terminologia usada na especificação apresentada acima por este meio é definida para incluir termos semelhantes e/ou equivalentes, e/ou modalidades alternativas que seriam consideradas óbvias para um técnico no assunto, tendo em conta os ensinamentos do presente pedido de patente.

Claims (8)

1. Instalação para a produção de energia elétrica de um vento predominante sobre a superfície, composta de: uma pluralidade dentre um módulo com um sistema de montagem articulada (510, 516, 704, 706), um sistema de controle de módulo, uma turbina de vento (204), um sistema de coleta e processamento de energia elétrica (224, 226, 228) e uma estrutura de suporte, caracterizada pelo fato de que: um invólucro de reforço aerodinâmico toroidal (Fig. 3A) moldado para maximizar a massa e a velocidade do vento passando através de uma garganta (312) e minimizar um arraste de vento em todas as superfícies externas; cada invólucro de reforço composto de componentes estruturais e funcionais, uma porção de sistema de força de módulo (204, 206, 222) convertendo de forma ideal a energia mecânica a partir de uma pluralidade de turbinas de vento (204) em energia elétrica utilizando um sistema hidráulico (206) com o sistema de controle (216) e conectando eletricamente a um barramento de módulo (224).

2. Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada um dos invólucros de reforço aerodinâmico toroidal é moldado para maximizar a massa e a velocidade do vento passando através da garganta (312) e minimizar o arraste e a turbulência do vento em todas as superfícies externas; composta de um eixo horizontal (324) e composta adicionalmente de uma superfície interna (304) e uma superfície externa (306) que se encontra em uma dianteira anular (308) e em uma traseira anular (310); uma seção transversal radial da superfície interna (304) e da superfície externa (306) formando um formato, e é a rotação do formato através de uma rotação completa em torno do eixo horizontal (324) que define a superfície interna (304) e a superfície externa (306); a curva frontal interna (336) começando na dianteira anular (308), ponto no qual é uma distância do eixo (324) maior do que a distância da garganta (312) do eixo (324), estendendo-se em direção ao eixo (324) em uma direção perpendicular ao eixo (324) e terminando na traseira da dianteira (308) na garganta (312) e em uma direção paralela ao eixo (324) e na distância mínima do eixo (324) de qualquer porção do invólucro de reforço; a curva frontal externa (330) começando na dianteira (308) e se estendendo para longe do eixo (324) em uma direção perpendicular ao eixo (324) e terminando na traseira da dianteira (308) em uma direção paralela ao eixo (324) e na distância máxima do eixo (324) de qualquer porção do invólucro de reforço.

3. Instalação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a porção dianteira do invólucro de reforço é mais especificamente descrita como composta da curva frontal interna (336) e da curva frontal externa (330), ambas começando na dianteira anular (308) do invólucro de reforço, a dianteira anular (308) sendo mais próxima da distância da terminação da curva frontal externa (330) do eixo (324) como prática, a porção dianteira do invólucro de reforço capturando a massa máxima do vento dentro do invólucro de reforço e aumentando de forma ideal a velocidade de vento dentro do invólucro de reforço para um máximo na garganta (312); a porção dianteira do invólucro de reforço apresentando um formato aerodinâmico sem corte e liso sem bordas afiadas para abordagem de vento predominante, minimizando o arraste ao longo da superfície da porção dianteira do invólucro de reforço.

4. Instalação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a porção traseira do invólucro de reforço é mais especialmente descrita como composta da traseira anular (310) do invólucro de reforço tendo um diâmetro maior do que o diâmetro da garganta (312), uma superfície traseira interna do invólucro de reforço formada pela linha (340) do formato da garganta (312) até a traseira (310) do invólucro de reforço, a superfície traseira interna tendo um declive distante do eixo (324) que não será maior de forma a causar separação de fluxo de vento da superfície traseira interna e turbulência na velocidade de vento de projeto máximo ao longo da superfície traseira interna do invólucro de reforço; uma superfície traseira externa do invólucro de reforço formada pela linha (334) do formato da traseira da curva frontal externa (330) até a traseira (310) do invólucro de reforço, a superfície traseira externa tendo um declive em direção ao eixo (324) que não será maior de forma a causar a separação de fluxo de vento da superfície traseira externa e turbulência na velocidade de vento de projeto máximo ao longo da superfície traseira externa do invólucro de reforço.

5. Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada invólucro de reforço é mais especificamente descrito como possuindo um espaço interno entre a superfície interna (304) e a superfície externa (306); como sendo composto de dois ou mais de um sistema de estrutura interior vertical; como provendo uma plataforma (212) para suportar componentes da instalação.

6. Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada porção de sistema de força de módulo (204, 206, 222) transmite de forma ideal a energia mecânica da pluralidade de turbinas de vento (204) para vários geradores elétricos (222) utilizando um sistema hidráulico (206) composto de várias bombas hidráulicas (214), vários motores hidráulicos (218), um sistema de controle (216) e componentes relacionados (220).

7. Instalação, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que cada porção de sistema de força de módulo (204, 206, 222) é mais especialmente descrita como composta de várias turbinas de vento (204); cada turbina de vento (204) conectada à bomba hidráulica (214) e instalada com a turbina de vento (204) posicionada perpendicular ao fluxo de vento na garganta 10 (312) do invólucro de reforço; o sistema de controle (216) gerenciando a operação das turbinas de vento (204) e bombas (214); combinando os fluxos de fluido hidráulico das várias bombas hidráulicas (214) do módulo.

8. Instalação, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que cada porção de sistema de força de módulo (204, 206, 222) é mais 15 especificamente descrita como composta de vários dentre conjuntos de gerador, cada um dos quais é composto adicionalmente de um motor hidráulico (218) conectado a um gerador elétrico (222); o sistema de controle (216) gerenciando operação dos conjuntos de gerador.

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