RU2465485C2 - Composite sail for high-altitude wind-driven power plant - Google Patents
Composite sail for high-altitude wind-driven power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2465485C2 RU2465485C2 RU2010150925/06A RU2010150925A RU2465485C2 RU 2465485 C2 RU2465485 C2 RU 2465485C2 RU 2010150925/06 A RU2010150925/06 A RU 2010150925/06A RU 2010150925 A RU2010150925 A RU 2010150925A RU 2465485 C2 RU2465485 C2 RU 2465485C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sail
- ropes
- sails
- partial
- connection
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y02E10/722—
Abstract
Description
Изобретение относится к высотной ветроэнергетике и может быть использовано в высотных ветроэнергетических установках, предназначенных для преобразования энергии ветра на большой высоте (более 100 м над поверхностью Земли) в электрическую энергию.The invention relates to high-altitude wind energy and can be used in high-altitude wind energy installations designed to convert wind energy at high altitude (more than 100 m above the Earth's surface) into electrical energy.
Известны высотные ветроэнергетические установки, в которых ветросиловая часть, состоящая из параллельно расположенных парусов, вместе с электрическим генератором поднимается над поверхностью земли при помощи аэродинамических сил [1]. Недостатком таких устройств является сложность их ветросиловой части.Known high-altitude wind power installations in which the wind power part, consisting of parallel-mounted sails, together with an electric generator rises above the surface of the earth with the help of aerodynamic forces [1]. The disadvantage of such devices is the complexity of their wind power parts.
Известна высотная ветроэнергетическая установка, содержащая два паруса, каждый из которых разделен на секции [2]. Недостатком известного паруса является сложность его конструкции.Known high-altitude wind power installation containing two sails, each of which is divided into sections [2]. A disadvantage of the known sail is the complexity of its design.
Известна высотная ветроэнергетическая установка, в которой контур поперечного сечения паруса жесткой конструкции аналогичен контуру поперечного сечения крыла самолета [3]. Недостатки такого паруса: высокая стоимость, большая масса, отнесенная к единице площади, сложность управления ориентацией в пространстве.Known high-altitude wind power installation in which the contour of the cross section of the sail of a rigid structure is similar to the contour of the cross section of the wing of an airplane [3]. The disadvantages of such a sail: high cost, large mass per unit area, the difficulty of controlling orientation in space.
За прототип выбран парус треугольной формы, который входит в состав высотной ветроэнергетической установки [4].For the prototype, a triangular-shaped sail was selected, which is part of a high-altitude wind power installation [4].
Она содержит парус, выполненный в виде треугольника, стороны которого представляют собой отрезки прямой, силовые канаты, соединенные с парусом и расположенные на барабанах, соединенных с электрическими машинами, и аэростаты, через которые барабаны соединены с парусом при помощи канатов.It contains a sail made in the form of a triangle, the sides of which are straight sections, power ropes connected to the sail and located on the drums connected to electric machines, and balloons through which the drums are connected to the sail using ropes.
Канаты наматываются или сматываются с барабанов при движении паруса под действием ветра. Когда канаты сматываются с барабанов, электрические машины, связанные механически с барабанами, вырабатывают электрическую энергию, которая поступает в сеть. Когда канаты наматываются на барабаны, электрические машины потребляют энергию от сети.Ropes are wound or wound from drums when the sail moves under the influence of wind. When the ropes are wound from the drums, electrical machines, mechanically connected to the drums, generate electrical energy that enters the network. When the ropes are wound on drums, electric machines consume energy from the network.
Когда канаты сматываются с барабанов, ориентацию паруса в пространстве и траекторию его движения выбирают за счет изменения соотношений длин канатов при изменении скоростей вращения электрических машин (путем изменения силы тока в их обмотках) таким образом, чтобы происходил максимальный отбор энергии ветра. При возвращении паруса на прежнее место ориентацию паруса в пространстве и траекторию его движения выбирают такими, за счет изменения длин канатов, чтобы энергия, затрачиваемая на преодоление аэродинамического сопротивления движению паруса, аэростатов и канатов, за время возвращения паруса была минимальной.When the ropes are unwound from the drums, the orientation of the sail in space and the trajectory of its movement are selected by changing the ratios of the lengths of the ropes when changing the rotation speeds of electric machines (by changing the current strength in their windings) so that the maximum selection of wind energy takes place. When the sail returns to its former place, the orientation of the sail in space and the trajectory of its movement are chosen such by changing the lengths of the ropes so that the energy spent on overcoming the aerodynamic resistance to the movement of the sail, balloons and ropes is minimal during the return of the sail.
Функции соотношений длин канатов от времени получают теоретическим путем и корректируют путем экспериментов.The functions of the ratios of the lengths of the ropes from time are obtained theoretically and corrected by experiments.
Расход энергии на возвращение паруса будет значительно меньше, чем та энергия, которая была получена при удалении паруса от барабанов.The energy consumption for the return of the sail will be significantly less than the energy that was obtained when the sail was removed from the drums.
Разница этих энергий направляется в сеть потребителя в виде полезного выхода энергии.The difference of these energies is sent to the consumer network in the form of a useful energy output.
Известный парус имеет следующие недостатки:Famous sail has the following disadvantages:
- если высота полета паруса во много раз превышает его линейные размеры, то управление его ориентацией и траекторией движения путем изменения длин канатов будет неустойчивым, так как небольшие, в процентном отношении, случайные изменения длин канатов, например, из-за турбулентных движений воздуха, будут существенным образом влиять на угол атаки паруса;- if the flight height of the sail is many times greater than its linear dimensions, then controlling its orientation and trajectory by changing the rope lengths will be unstable, since small, percentage-wise, random changes in rope lengths, for example, due to turbulent air movements, will significantly affect the angle of attack of the sail;
- при большом отношении высоты к размерам паруса возможно закручивание канатов в результате вихревых движений воздуха, при этом управление траекторией движения паруса становится невозможным;- with a large ratio of height to the size of the sail, it is possible to twist the ropes as a result of vortex air movements, while control of the trajectory of the sail becomes impossible;
- если парус имеет большие размеры, то возникают трудности при разборке и сборке установки, при сворачивании паруса, его изготовлении, упаковке, перевозке и ремонте;- if the sail is large, then there are difficulties in disassembling and assembling the installation, when folding the sail, its manufacture, packaging, transportation and repair;
- в каждом случае применения оптимальные размеры и форма парусов будут различными, это повышает себестоимость их производства вследствие недостаточного количества парусов каждого размера для производства с низкой себестоимостью.- in each application, the optimal size and shape of the sails will be different, this increases the cost of their production due to the insufficient number of sails of each size for production with low cost.
Техническим результатом изобретения является обеспечение устойчивого управления ориентацией и траекторией движения паруса путем изменения соотношений длин силовых канатов, предотвращение закручивания канатов, упрощение сборки и разборки паруса, его упаковки, перевозки, ремонта и изготовления, снижение себестоимости его производства.The technical result of the invention is the provision of stable control of the orientation and trajectory of the sail by changing the ratios of the lengths of power cables, preventing twisting of the ropes, simplifying the assembly and disassembly of the sail, its packaging, transportation, repair and manufacturing, reducing the cost of its production.
Технический результат достигается тем, что парус ветроэнергетической установки выполнен составным, то есть он состоит из частичных парусов, соединенных между собой вновь введенными соединительными канатами. Такая конструкция паруса имеет следующие преимущества перед известной:The technical result is achieved by the fact that the sail of the wind power installation is made composite, that is, it consists of partial sails interconnected by newly introduced connecting ropes. This design of the sail has the following advantages over the well-known:
- за счет увеличения длины соединительных канатов можно увеличить линейные размеры паруса в целом при сохранении площади его поверхности равной сумме площадей частичных парусов. При этом увеличивается отношение линейных размеров паруса к высоте его полета, что повышает устойчивость управления парусом и снижает опасность закручивания силовых канатов. Если скорость движения паруса имеет составляющую, перпендикулярную направлению ветра, то происходит отбор энергии от всей массы воздуха, проходящей через парус, поэтому при увеличении линейных размеров паруса можно увеличить мощность ветроэнергетической установки без увеличения площади поверхности паруса;- by increasing the length of the connecting ropes, it is possible to increase the linear dimensions of the sail as a whole while maintaining its surface area equal to the sum of the areas of the partial sails. This increases the ratio of the linear dimensions of the sail to the height of its flight, which increases the stability of sail control and reduces the risk of twisting power ropes. If the speed of the sail has a component perpendicular to the direction of the wind, then energy is taken from the entire mass of air passing through the sail, therefore, with an increase in the linear dimensions of the sail, the power of the wind power installation can be increased without increasing the surface area of the sail;
- появляется возможность сборки паруса любых размеров и любой формы из стандартных элементов: частичных парусов и соединительных канатов, при этом упрощается сборка и разборка паруса, а следовательно, ветроэнергетической установки в целом, снижается себестоимость производства парусов, упрощается изготовление, упаковка, перевозка и ремонт парусов, особенно больших размеров.- it becomes possible to assemble sails of any size and any shape from standard elements: partial sails and connecting ropes, which simplifies the assembly and disassembly of the sail, and therefore, the wind power installation as a whole, reduces the cost of production of sails, simplifies the manufacture, packaging, transportation and repair of sails , especially large sizes.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором дано схематичное изображение одной из возможных конфигураций предлагаемого паруса.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic representation of one of the possible configurations of the proposed sail.
Составной парус содержит (фиг.1) частичные паруса 1, соединенные между собой соединительными канатами 2, и частичный парус 3, соединенный с парусами 1 соединительными канатами 4. К местам присоединения 5 парусов 1 и к местам присоединения 7 канатов 2 и 4 могут быть присоединены аэростаты (не показаны) для подъема составного паруса и канатов на рабочую высоту. Возможность присоединения аэростатов к канатам 2 и 4, а также паруса 3, который может вызвать провисание составного паруса при отсутствии ветра, в результате чего силовые канаты 6 сблизятся, составной парус сложится и его трудно будет расправить.The composite sail contains (Fig. 1) partial sails 1 interconnected by connecting ropes 2, and a partial sail 3 connected to sails 1 by connecting ropes 4. To the attachment points 5 of the sails 1 and to the attachment points of 7 ropes 2 and 4 can be attached balloons (not shown) for lifting the composite sail and ropes to the working height. The possibility of connecting balloons to ropes 2 and 4, as well as sail 3, which can cause the sag of the composite sail in the absence of wind, as a result of which the power ropes 6 get closer, the composite sail will fold and it will be difficult to straighten it.
При ремонте составного паруса, при профилактических работах, а также при развертывании и свертывании ветроэнергетической установки на местности требуется возможность быстрого и удобного присоединения и отсоединения соединительных канатов и частичных парусов. Для этого соединительные канаты и частичные паруса могут быть снабжены специальными устройствами, например, карабинами и кольцами (не показаны).When repairing a composite sail, during maintenance work, and also when deploying and curtailing a wind power installation on the ground, the ability to quickly and conveniently connect and disconnect connecting ropes and partial sails is required. For this, connecting ropes and partial sails can be equipped with special devices, for example, carbines and rings (not shown).
Предлагаемый парус работает следующим образом.The proposed sail works as follows.
Под действием набегающего на составной парус воздуха и усилий, прикладываемых к силовым канатам, частичные паруса 1 приобретают такие углы атаки, что к канатам 2 и 4 прикладываются усилия, растягивающие составной парус. Благодаря наличию центрального частичного паруса 3 углы атаки парусов 1 и 3 будут приблизительно такие же, как если бы паруса были частями сплошного паруса с линейными размерами составного паруса, поэтому составной парус будет работать так же, как и парус, являющийся прототипом, следовательно. Работа ветроэнергетической установки с предлагаемым парусом не будет отличаться от изложенной на стр.1 описания работы ветроэнергетической установки с парусом, являющимся прототипом, за исключением того, что при разделении сплошного паруса на частичные возрастает мощность установки из-за возрастания массы движущего воздуха, с которой составной парус вступает в контакт, если парус имеет составляющую скорости, направленную перпендикулярно направлению ветра.Under the action of the air running on the composite sail and the forces applied to the power ropes, the partial sails 1 acquire such angles of attack that forces are applied to the ropes 2 and 4, stretching the composite sail. Due to the presence of a central partial sail 3, the angles of attack of sails 1 and 3 will be approximately the same as if the sails were parts of a continuous sail with the linear dimensions of the composite sail, therefore, the composite sail will work in the same way as the prototype sail, therefore. The operation of the wind power plant with the proposed sail will not differ from that described on page 1 of the description of the operation of the wind power plant with the sail, which is the prototype, except that when dividing a solid sail into partial sails, the power of the installation increases due to an increase in the mass of moving air with which the sail comes into contact if the sail has a velocity component directed perpendicular to the direction of the wind.
Применение предлагаемого паруса особенно эффективно при использовании энергии так называемых струйных воздушных течений, пролегающих на высотах от 8 до 15 километров над поверхностью Земли, имеющих удельную мощность более 10 кВТ на 1 кв.м поперечного сечения.The use of the proposed sail is especially effective when using the energy of the so-called jet air currents that run at heights of 8 to 15 kilometers above the Earth’s surface, having a specific power of more than 10 kW per 1 square meter of cross section.
Использованная литератураReferences
1. Патент США №4572962, 1986 г.1. US patent No. 4572962, 1986
2. А.С. СССР №1216416, 1986 г.2. A.S. USSR No. 1216416, 1986
3. Патент США №6523781, 2003 г.3. US Patent No. 6523781, 2003
4. А.С. СССР №1590628, 1990 г.4. A.S. USSR No. 1590628, 1990
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010150925/06A RU2465485C2 (en) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | Composite sail for high-altitude wind-driven power plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010150925/06A RU2465485C2 (en) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | Composite sail for high-altitude wind-driven power plant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010150925A RU2010150925A (en) | 2012-06-20 |
RU2465485C2 true RU2465485C2 (en) | 2012-10-27 |
Family
ID=46680671
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010150925/06A RU2465485C2 (en) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | Composite sail for high-altitude wind-driven power plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2465485C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4124182A (en) * | 1977-11-14 | 1978-11-07 | Arnold Loeb | Wind driven energy system |
SU1302011A1 (en) * | 1985-11-21 | 1987-04-07 | Г.Г.Арутюн н | Wind power plant |
SU1590628A1 (en) * | 1988-10-03 | 1990-09-07 | Mikhajlutsa Konstantin T | Wind-electric installation |
WO2009035492A1 (en) * | 2007-09-13 | 2009-03-19 | Makani Power, Inc. | Bimodal kite system |
-
2010
- 2010-12-13 RU RU2010150925/06A patent/RU2465485C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4124182A (en) * | 1977-11-14 | 1978-11-07 | Arnold Loeb | Wind driven energy system |
SU1302011A1 (en) * | 1985-11-21 | 1987-04-07 | Г.Г.Арутюн н | Wind power plant |
SU1590628A1 (en) * | 1988-10-03 | 1990-09-07 | Mikhajlutsa Konstantin T | Wind-electric installation |
WO2009035492A1 (en) * | 2007-09-13 | 2009-03-19 | Makani Power, Inc. | Bimodal kite system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010150925A (en) | 2012-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7582981B1 (en) | Airborne wind turbine electricity generating system | |
CN106065845B (en) | Airflow configuration for wind turbine rotor blades | |
US9523279B2 (en) | Rotor blade fence for a wind turbine | |
US9764834B2 (en) | Kite for a system for extracting energy from the wind | |
US10053216B2 (en) | Tethered wing system for wind energy use | |
EP3613980A1 (en) | Vertical-shaft turbine | |
WO2015166477A1 (en) | A vertical axis wind turbine with self-orientating blades | |
CN104976074A (en) | Vertical-axis electricity generating ring, opposite-pull aircraft, method and wing panels, wing wheels and wing wheel aircrafts | |
CA3031326A1 (en) | System and method for improving efficiency of turbine airfoils | |
EP2232103B1 (en) | Power transmitting system through cables for airborne wind-type power generation and sail winch-driving applications | |
US20190024628A1 (en) | Wind turbine blade, tubular structure for wind turbine blade, wind turbine and wind-utilization monitoring method | |
RU2465485C2 (en) | Composite sail for high-altitude wind-driven power plant | |
WO2017195145A1 (en) | Vertical axis wind turbine with concentrator in stacked configuration surrounding the rotor | |
US9866152B2 (en) | Motor control topology for airborne power generation and systems using same | |
CN109185051A (en) | Disturbing flow device, the wind eddies device with disturbing flow device and vertical axis aerogenerator group | |
RU2215898C1 (en) | Rotary windmill electric generating plant | |
RU2007106586A (en) | COMPLEX WIND POWER | |
RU2639419C1 (en) | Aerostat-bound wind turbine | |
RU2467201C2 (en) | High-altitude sail wind-driven power plant with auxiliary cable and aerostat | |
RU101742U1 (en) | RIGID-SAILED SAIL WITH CLOSED-CURVE FORM FOR ALTITUDE WIND POWER INSTALLATION | |
CN101368545B (en) | Integration wing power generation kite | |
RU101743U1 (en) | SEMI-RIGID SAIL HAVING A POLYGON FORM FOR ALTITUDE WIND POWER INSTALLATION | |
KR101418673B1 (en) | Louver guided wind turbine | |
KR101418674B1 (en) | Louver guided wind turbine | |
RU149127U1 (en) | WIND POWER GENERATOR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141214 |