RU2593700C2 - Комплексная электростанция на дирижабле с подъемной силой пара в качестве источника электроэнергии - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к гибридным энергетическим системам. Комплексная электростанция на дирижабле с подъемной силой пара состоит из ветреной и солнечной частей. Ветреную часть располагают внутри корпуса дирижабля над сквозным ветреным каналом в помещениях-секциях, образующих единое герметичное пространство с ветреным каналом. Солнечную часть из гибких фотоэлементов крепят на внешней защитной обшивке мягкого корпуса дирижабля. Мягкий корпус дирижабля состоит из сборных сегментов, собираемых из отдельных отсеков с помощью внешней защитной обшивки мягкого корпуса дирижабля. Отдельные отсеки с наружной стороны и сквозной ветреный канал, который крепят на растяжках к отсекам, теплоизолируют. Водяной пар получают путем кипячения воды в отсеках корпуса дирижабля электронагревателями с терморегуляторами. На площадке под корпусом дирижабля, защищенной от атмосферных воздействий герметичным помещением, располагают инвертор, сигнальные огни и вращающийся крепежный узел. Снабжение потребителей и электрооборудования осуществляют по проводам. Сквозной ветреный канал начинают и заканчивают соплами, имеющими диаметр, равный внешнему диаметру внутреннего сегмента корпуса дирижабля. Дирижабль крепят к земле через электролебедку на бетонном фундаменте и вращающийся крепежный узел на площадке оборудования. Изобретение направлено на расширение арсенала технических средств.

Description

Область техники

Комплексная электростанция на дирижабле с подъемной силой пара в качестве источника электроэнергии относится к технике летательных аппаратов, в частности к ветреным и солнечным электростанциям, размещенным на закрепленных летательных аппаратах, для производства электроэнергии с использованием экологически чистого источника энергии солнца и ветра и может быть использована в автономном режиме в любых регионах мира.

Известны ветреные электростанции, где ветроколесо с генератором крепится на привязном аэростате, а электроэнергия передается на землю по кабелю (патент США №4073516, 1978 г., автор А. Клинг), ветроустановка, где аэростат, ветряк и генератор представляют единое целое (пат. США №4350896, 1982 г., автор У. Бенуа), Солнечная электростанция и способ ее эксплуатации (патент России №2034742, 1990 г., Братута Э.Г., Бродский В,Л., Симоненко B.C.), «Солнечная энергетическая установка» (патент России №2389900, 16.03.2009 г., автор Коровкин Сергей Викторович). За прототип изобретении ветреной части комплексной электростанции принято изобретение из США, патент №4350896, 1982 г., автор У. Бенуа, прототипом для солнечной части комплексной электростанции принято изобретение «Солнечная энергетическая установка» (патент №2389900, 16.03.2009 г., автор Коровкин С.В.) с расположением гибких фотоэлементов на оболочке привязного аэростата, соединенных канатом с землей, содержащим электрическую лебедку, электромотор-генератор, преобразователь постоянного электрического тока в переменный электрический ток, а также якорь, причем канат соединен с барабаном электрической лебедки, ось которой соединена с осью электромотора-редуктора, фотоэлектрическая оболочка соединена электрическими проводами с преобразователем, при этом электрическая лебедка, электромотор-генератор и преобразователь жестко соединены с якорем, закрепленным в земле, а электромотор-генератор выполнен с возможностью съема электрического тока.

К недостаткам ветреных и солнечных электростанций на привязном аэростате относятся: небольшая мощность, сложность в изготовлении и эксплуатации, большая стоимость изготовления и небольшая безопасность при эксплуатации.

Целью данного изобретения является обеспечение дирижабля дешевой подъемной силой, получение необходимой мощности расположенной на нем комплексной электростанции, простота изготовления и безопасность при эксплуатации.

Раскрытие изобретения

Эту цель обеспечивает предложенное изобретение, в котором мягкий корпус дирижабля состоит из сборных сегментов. Сегмент - это часть корпуса дирижабля, ограниченная поперечным сечением корпуса, если с одной стороны - это концевой сегмент, содержащий входное или выходное сопло, если с двух сторон это - внутренний сегмент. Они состоят из шести отдельных отсеков. Если считать с нижней части поперечного сечения - это нижний, средний, расположенный под сквозным ветреным каналом, два боковых, расположенных по обе стороны сквозного ветреного канала, средний, расположенный над сквозным ветреным каналом, и верхний, изготовленный из общеизвестного прочного водонепроницаемого синтетического теплоустойчивого и морозоустойчивого материала, интервал температур составляет от минус 100 градусов до плюс 200 градусов по Цельсию, общеизвестным способом. Из всех отсеков у нижнего самый маленький объем. Внутри сегмента отсеки крепят между собой общеизвестным способом, а снаружи общеизвестным способом, внешней защитной обшивкой корпуса. Толщина сегментов кратна длине помещения-секции ветреной части комплексной электростанции. Со стороны внешней атмосферы отсеки изолированы общеизвестной многослойной пленочной теплоизоляцией. Каждый отсек оборудован шлангом с обратным клапаном, через него отсек заполняют необходимым объемом воды для полного его заполнения водяным паром. Общеизвестно, что при нормальном атмосферном давлении из одного объема воды получают около 1600 объемов водяного пара. Поэтому легко рассчитать необходимый объем воды для каждого отсека. Водяной пар для дирижабля получают кипячением воды в отсеках общеизвестными электронагревателями, которые для полного испарения воды располагают, в основном, внизу отсеков и на их стенках для подогрева пара и поддержание его температуры. Температуру пара регулируют через общеизвестные терморегуляторы, в ручном режиме с земли и автоматическом непосредственно на дирижабле. В ручном режиме ими отключают электронагреватели у симметричных относительно центра дирижабля сегментов, чем обеспечивают его снижение за счет превращения пара в воду при его остывании. При автоматическом режиме они поддерживают температуру пара в отсеках от плюс 105 до 200 градусов. Нагрев электронагревателей и работу всей аппаратуры на дирижабле осуществляют за счет работы комплексной электростанции. Она состоит из ветреной и солнечной частей. Ветреную часть располагают внутри корпуса дирижабля. В нее входят: входное и выходное сопла, сквозной ветреный канал с помещениями-секциями, Входное и выходное сопла имеют одинаковые диаметры, равные внешним диаметрам внутренних сегментов, диаметр же сквозного ветреного канала в несколько раз их меньше. Канал состоит из частей разных видов и проходит через центр корпуса дирижабля. Первый вид идет от входного сопла до первого помещения-секции, он представляет из себя мягкий рукав из материала отсеков. Второй вид - помещения-секции, герметично собранные из плоских сборных элементов и общеизвестной фасонной соединительной арматуры, изготовленных из углеполимерного материала с использованием общеизвестных крепежных и изоляционных материалов. В состав помещения-секции входят: часть сквозного ветреного канала с отверстием в начале секции для установки ветреного колеса и помещение над ним, которое образует единое герметичное пространство с ветреным каналом. Заканчивают сквозной ветреный канал частью первого вида, мягким рукавом из материала отсеков, который проходит от последнего помещения-секции до выходного сопла концевого сегмента, где общеизвестным способом его крепят к выходному соплу. В каждом помещении-секции размещают ветреное колесо со шкивами и с горизонтальной осью вращения, ускоряющие шкивы, генераторы, в количестве от одного и более, аккумуляторы, от одного и более, часть которых размещают в помещении на земле. Ветреное колесо, вставленное нижней половиной в ветреный канал, вращают воздушным потоком, кинематически передавая это вращение ускоряющим шкивам, которые также передают вращение генераторам, вырабатывающим ток для инвертора, это преобразователь постоянного тока в переменный для оборудования дирижабля, потребителей и аккумуляторов. Мощность ветреной части зависит от количества помещений-секций. Гибкие фотоэлементы солнечной части располагают на внешней защитной обшивке корпуса дирижабля, она также соединена с инвертором и работает совместно с ветреной частью. Техническим результатом данного изобретения является получение дешевой подъемной силы дирижабля, увеличение мощности электростанции, простота изготовления и увеличение безопасности при эксплуатации электростанции. Заявленный технический результат достигают тем, что вместо газа в качестве подъемной силы используют водяной пар, электрический ток получают от ветреной и солнечной частей комплексной электростанции, внутренние сегменты дирижабля изготавливают одинаковыми, что позволяет унифицировать их изготовление, а мощность комплексной электростанции увеличивают за счет увеличения их количества, безопасность эксплуатации комплексной электростанции на дирижабле с подъемной силой пара обеспечивают наличием большого количества отсеков в корпусе дирижабля, что обеспечивает сохранение подъемной силы при их частичном повреждении.

Осуществление изобретения

Корпус дирижабля для данного изобретения собирают из изготовленных общеизвестным способом типовых отсеков, чем обеспечивают простоту их сборки. Отдельные отсеки монтируют общеизвестным способом в сегменты, а затем их собирают в корпус дирижабля с помощью внешней защитной обшивки, общеизвестным способом. Во время сборки корпуса в нем монтируют сквозной ветреный канал с помещениями-секциями общеизвестным способом, закрепляют его растяжками к отсекам так, чтобы между ним и стенками отсеков был воздушный промежуток. Канал и помещения-секции теплоизолируют общеизвестной многослойной пленочной теплоизоляцией. После полной сборки корпуса вместе с герметично закрытой от внешних воздействий площадкой для инвертора, которую располагают под центром корпуса дирижабля на углеполимерных крепежных лентах. Ее оборудуют сигнальными фонарями и соединяют углеполимерным канатом за крепежный узел, который располагают снизу площадки, с электрической лебедкой на бетонном основании и заполняют отсеки дирижабля требуемым количеством воды. Наименьшее количество воды заливают в нижние отсеки сегментов и после заполнения отсеков подключают автономные источники электроэнергии, электронагреватели быстро создают в нижних отсеках пар, который помогает кипятить воду в вышележащих отсеках. После чего через определенное время он готов к подъему и работе комплексной электростанции. Ветреную часть ее герметично собирают из типовых заготовок углеполимерного материала. В них входит и ветреное колесо, оно состоит из оси, трех ветреных лопастей и двух шкивов со сплошными стенками. Ветреные лопасти - это плоские пластины, оканчивающиеся с одной длинной стороны круглым стержнем. Их вставляют в отверстия со щелью на оси, диаметр которых равен диаметру круглых стержней на лопастях, а размер щели соответствует толщине плоской части воздушных лопастей, располагают их под углом в 120 градусов и на одном расстоянии от центра оси. Размеры плоских частей воздушных лопастей обеспечивают свободное вращение их в пространстве ветреного канала и в то же время делают минимальными потери воздушного потока при вращении ветреного колеса. С торцов оси лопасти закрепляют общеизвестным способом двумя шкивами со сплошными стенками, с диаметром, равным диаметру ветреного колеса. Ветреное колесо устанавливают так, чтобы нижняя его часть была в ветреном канале, а верхняя, в помещении-секции. Кроме ветреного колеса в помещении-секции располагают: оси со шкивами ,ускоряющими и передающими вращение генераторам, сами генераторы в количестве от одного и более, аккумуляторные батареи в количестве от одного и более. Оси ветреного колеса и всех остальных шкивов общеизвестным способом устанавливают на подшипниках. Каждая последующая секция ветреной части комплексной электростанции имеет поперечное сечение ветреного канала на несколько процентов меньше сечения ветреного канала предыдущей секции за счет уменьшения длины его поперечного сечения при постоянной ее ширине, которая соответствует размеру половины ветреного колеса. Это увеличивает скорость ветреного потока в ветреном канале, компенсируя сопротивление его движению. Количество помещений-секций на дирижабле зависит от необходимой мощности ветреной части комплексной электростанции. Солнечную часть комплексной электростанции располагают на внешней части корпуса дирижабля. Гибкие фотоэлементы солнечной части общеизвестным способом крепят на внешней защитной обшивке мягкого корпуса дирижабля. Обе части комплексной электростанции соединяют проводами общеизвестным способом со всем электрооборудованием дирижабля и внешними потребителями.

Электронагреватели, которые преобразуют воду в пар, представляют из себя общеизвестные нагревательные элементы, заключенные в герметичные плоские круглые электроизоляционные корпуса с хорошей теплопроводимостью. Они закреплены в полусферах из теплоизоляционного материала с отверстиями по их поверхностям, которые обеспечивают свободный доступ воде и пару к нагревательным элементам, но препятствуют их прямому контакту с мягкой оболочкой отсека. Общеизвестные терморегуляторы, которые управляют температурой пара в отсеках, прикрепляют общеизвестными способами к стенкам отсеков. Входное и выходное сопла защищают предохранительными сетками и герметично соединяют со сквозным ветреным каналом. Изготовление отсеков, сквозного ветреного канала с помещениями-секциями, внешней защитной обшивки корпуса дирижабля, крепежных лент и другого оборудования происходит централизованно, их доставляют на место установки комплексной электростанции только для сборки, которую осуществляют общедоступными методами в районе установки дирижабля. Это позволяет ускорить и облегчить процесс ввода комплексной электростанции в эксплуатацию. Низкая стоимость, простота и скорость ее установки, а также возможность получения необходимой мощности позволят ей занять достойное место в энергетическом комплексе для снабжения сельскохозяйственных, промышленных, социальных объектов и населения страны.

Claims (1)

1. Комплексная электростанция на дирижабле с подъемной силой пара в качестве источника электроэнергии, отличающаяся тем, что в качестве подъемной силы дирижабля используют водяной пар, комплексная электростанция состоит из двух частей, ветреной, которую располагают внутри корпуса дирижабля, и солнечной, гибкие фотоэлементы которой располагают на внешней защитной обшивке мягкого корпуса дирижабля, мягкий корпус дирижабля собирают из сборных сегментов, которые состоят из отдельных отсеков, наружную сторону которых теплоизолируют и закрепляют внешней защитной обшивкой корпуса дирижабля, которая соединяет сборные сегменты в единый корпус дирижабля, водяной пар получают кипячением налитой в отсеки воды электронагревателями, температуру пара регулируют терморегуляторами, через корпус дирижабля проходит сквозной теплоизолированный ветреный канал, закрепленный на растяжках за отсеки, входное и выходное сопла имеют диаметр, равный внешнему диаметру внутренних сегментов корпуса дирижабля, на специальной площадке дирижабля располагают инвертор и сигнальные огни, все электрооборудование дирижабля и внешних потребителей снабжает по проводам комплексная электростанция, к земле дирижабль крепят углеполимерным канатом за вращающийся крепежный узел и электролебедку на бетонном основании.