RU2778761C2

RU2778761C2 - Method for conversion of kinetic wind energy on flying wind power plant

Info

Publication number: RU2778761C2
Application number: RU2020118350A
Authority: RU
Inventors: Юлий Борисович Соколовский; Илья Андреевич Иванов
Original assignee: Юлий Борисович Соколовский; Илья Андреевич Иванов
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2022-08-24

Abstract

FIELD: high-altitude wind energy.

SUBSTANCE: propeller with a set of blades and the possibility of their rotation is included in a composition of a flying wind power plant (hereinafter – FWPP), it provides lifting of the flying wind power plant in an installation mode and has a device for turning blades at an attack angle relatively to a wind direction. FWPP has a wind turbine with a vertical shaft of the Darye type. When FWPP approaches a working point, spatial coordinates of which are previously set in a control and stabilization unit (hereinafter – CSU) with a controller, FWPP control operating mode is turned on, and the vertical shaft of the wind turbine is rotated due to wind energy, a switching coupling and an accelerating gearbox are turned on, the lower end of a shaft of an electric machine operating in a generator mode and transmitting electricity through a communication cable is rotated, as well as a charge, discharge current regulator on a battery of a starting table. The second end of the shaft of the electric machine is connected to a propeller shaft through a shaft joint, wherein an angular position of shafts is provided by a weather vane, the control and stabilization unit with the controller, a gyroscope, a set of sensors. The stabilization unit with the controller includes a motor nut and a screw connecting the motor nut to a bearing on the propeller shaft. A load-bearing aerodynamic wing with flaps controlled by servos is installed above the wind turbine. It is fixed on the vertical shaft using a bearing and a retainer rigidly connecting the load-bearing aerodynamic wing to a load-bearing bracket. The position of the load-bearing aerodynamic wing together with the vertical shaft is changed by adjusting its attack angle relatively to the wind direction by the propeller and the control and stabilization unit with the controller, providing the necessary lifting force and the specified position of the working point of the flying wind power plant in the operating mode with a minimum distance to the starting table. In this case, a position of the vertical shaft with the attack angle of the wing is set close to a vertical relatively to the ground surface. CSU also controls, through the charge and discharge current regulator, load current and a rotation speed of the electric machine. When lifting and returning to the starting table of FWPP, CSU sets an angular position of the propeller shaft and its rotation speed. The rotation is carried out by the electric machine in an engine mode, which receives electricity from an energy-intensive battery on the starting table through the charge, discharge current regulator and the communication cable. At the same time, the vertical shaft of the wind turbine itself is disconnected from the electric machine using a switching coupling, and wings of the wind turbine itself are transferred to a weather vane mode. FWPP is based on the starting table, where a coil is provided for winding, unwinding the cable of communication with FWPP. A coil shaft is connected to an auxiliary reversible engine controlled by a unit for control of the tension of the communication cable based on the controller in the area of its exit from the coil. Moreover, the communication cable through the charge, discharge current regulator is connected to the energy-intensive battery, and an output of the latter through an inverter is connected to an external industrial network.

EFFECT: increase in energy efficiency and reliability during the operation of FWPP, provision of a position in space of its vertical shaft in a plane perpendicular to a wind direction and perpendicular to the ground surface.

2 cl, 5 dwg

Description

Высотная ветроэнергетика имеет огромный, долгосрочный потенциал, но сталкивается с разнообразными инженерными и нормативными проблемами. Исследователям еще предстоит выяснить, как безопасно подвесить ЛВУ на высоте, как держать их в воздухе в течение длительного периода времени при сильных ветрах, и как избежать взаимных помех для авиации. И хотя, предстоит разрешить множество трудностей, высотная энергия ветра может в конечном итоге стать более простым и дешевым способом извлекать энергию из ветра, нежели развитие традиционной ветроэнергетики. А в масштабах всего мира, высотная ветроэнергетика сможет обеспечить потребности всей планеты, обладая низкими затратами, используя специальные системы захвата ветра. ЛВУ будут парить на высотах, где скорость ветра намного выше, чем на уровне земли. Кинетическая энергия ветраHigh-rise wind energy has huge, long-term potential, but faces a variety of engineering and regulatory challenges. Researchers have yet to figure out how to safely hang LLDs at altitude, how to keep them in the air for long periods of time in strong winds, and how to avoid mutual interference with aircraft. Although there are many challenges to be overcome, high-altitude wind power may eventually become an easier and cheaper way to extract energy from wind than the development of traditional wind power. And on a global scale, high-altitude wind power will be able to meet the needs of the entire planet, having low costs, using special wind capture systems. LDL will hover at altitudes where the wind speed is much higher than at ground level. Kinetic wind energy

E_В=1/2*ρSV³ (1)E _B \u003d 1/2 * ρSV ³ (1)

пропорциональна площади его поперечного сечения S и третьей степени его скорости V. Поэтому повышение скорости ветра на высоте 1000 м почти в 3 раза и повышает энергию ВП в 25 и более раз.is proportional to its cross-sectional area S and the third power of its speed V. Therefore, an increase in wind speed at a height of 1000 m is almost 3 times and increases the energy of the WP by 25 or more times.

Перерасчет скорости ВП V₀ с высоты Н₀ на высоту оси ротора H₁ осуществляется по известной зависимости [1]:The recalculation of the VP speed V ₀ from the height H ₀ to the height of the rotor axis H ₁ is carried out according to the known dependence [1]:

Проблема заключается в выборе значений показателя k. Значения k во многих работах принимается k=0,143 (см., например, работу [1]). В нормативных документах [2] рекомендуют k=0,2. В работе [3] для различных мест США представлены значения k⁰=0,23.The problem lies in the choice of values for the exponent k. The values of k in many works are taken to be k=0.143 (see, for example, work [1]). The regulatory documents [2] recommend k=0.2. In work [3] for different places in the USA the values of k ⁰ =0.23 are presented.

1. Васъко П.Ф. Разрахунок показнитв

ефективностi застосування вiтроелектричних установок за результатами строковых вимiрювань швидкостi вiтpy / Технiчна електродинамiка, №6, 2001. - с. 45-49.1. Vasko P.F. Razrahunok ostentatious

effectiveness of testing vitroelectric installations for the results of string tests of wind speed / Tekhnichna elektrodinamika, No. 6, 2001. - p. 45-49.

2. Системы турбогенераторнi вiтрянi. Частила 1. Вимоги безпеки / ДСТУ IEC 61400-1. - К.: Держспоживстандарт Украiни, 2003.2. Turbine generator systems. Part 1. Wimogi security / DSTU IEC 61400-1. - K .: Derzhspozhivstandart of Ukraine, 2003.

3. Justus C.G., Mikhail A. Height Variations of Wind Speed and Wind Distributions Statistics, Geophy. Res. Letters, 3, 251-264, 1976.3. Justus C.G., Mikhail A. Height Variations of Wind Speed and Wind Distributions Statistics, Geophy. Res. Letters, 3, 251-264, 1976.

В качестве аналога рассмотрим United States Patent №9,759,188B2 от 12.09.2017 г. Электрогенерирующий гироплан, устройство и методика управления.As an analogue, consider United States Patent No. 9,759,188B2 dated September 12, 2017. Electric generating gyroplane, device and control technique.

Это гироплан (вариант его конструкции дан на FIGRE 6,18 патента), вырабатывающий электроэнергию, содержит пропеллер с множеством лопастей, прикрепленных с возможностью вращения к раме, причем указанный пропеллер выполнен с возможностью поворота вокруг оси вращения и обеспечивает подъем гироплана, причем указанный пропеллер имеет шаг, заданный траекторией относительно встречного ветра, и разворот лопастей на соответствующий угол относительно направления ветра (атаки α); трос, имеет первый конец и второй конец, причем указанный первый конец расположен рядом с землей, а второй конец проходит вверх, причем указанный трос приспособлен для закрепления на гироплане (работа всего комплекса - Электрогенерирующий гироплан - поясняется FIGRE 6,18 патента); средство управления натяжением, приспособленное для регулирования натяжения в указанном тросе, содержит: бортовой измеритель натяжения, выполненный с возможностью измерения натяжения, существующего или прикрепленного к указанному тросу; датчик скорости ветра, приспособленный для определения скорости ветра, который действует на гироплан; контроллер, выполненный с возможностью приема сигналов от упомянутого бортового измерителя натяжения и датчика скорости ветра и циклического контроля натяжения в указанном тросе, причем упомянутый контроллер дополнительно приспособлен для определения того, соответствует ли вход от упомянутого бортового измерителя натяжения конфигурации (положению) гироплана, упомянутый пропеллер с лопастями генерируют полезную энергию через трос; контролируется натяжение троса, определяется как слишком низкое, так и слишком высокое значение относительно заданного диапазона натяжения; информация о состояния троса и дополнительное приспособление обеспечивают циклическую намотку или размотку упомянутого троса вблизи его первого конца в заданном систематическом порядке, если указанное выходное состояние указывает слишком низкий или слишком высокий уровень натяжения со ссылкой на указанный заранее определенный диапазон; преобразователь, выполненный с возможностью преобразования энергии вращения от упомянутого ведущего вала, указанный трос хранится в системе хранения троса, причем указанная система хранения троса содержит: цилиндрический резервуар с открытой верхней поверхностью и закрытой цилиндрической стенкой, причем указанный резервуар выполнен с диаметром, немного большим, чем диаметр естественной намотки упомянутого троса, цилиндрическую стенку его покрывают слоем, предназначенным для уменьшения трения и накопления тепла, причем указанный слой является тефлоновым покрытием. В прототипе применена техника Autogyro, она представляет собой форму безмоторного винтокрылого гироплана, обычно имеющего один или несколько автоматических вращающихся аэродинамических лопастей. Гиродины приводят в действие пропеллер при подготовке гироплана к взлету, а затем он летает с вращающимся пропеллером.This is a gyroplane (a variant of its design is given in FIGRE 6,18 of the patent), which generates electricity, contains a propeller with a plurality of blades rotatably attached to the frame, and the specified propeller is rotatable about the axis of rotation and provides lifting of the gyroplane, and the specified propeller has the pitch given by the trajectory relative to the headwind, and the turn of the blades at the appropriate angle relative to the direction of the wind (attacks α); cable, has a first end and a second end, and the specified first end is located near the ground, and the second end goes up, and the specified cable is adapted to be mounted on a gyroplane (the operation of the entire complex - Electric generating gyroplane - is explained by FIGRE 6.18 of the patent); the tension control means adapted to adjust the tension in said cable comprises: an onboard tension meter configured to measure the tension existing or attached to said cable; a wind speed sensor adapted to detect wind speed which acts on the gyroplane; a controller configured to receive signals from said onboard tension meter and a wind speed sensor and to cycle control the tension in said cable, said controller being further adapted to determine whether the input from said onboard tension meter corresponds to the configuration (position) of the gyroplane, said propeller with blades generate useful energy through the cable; cable tension is controlled, both too low and too high value relative to the specified tension range is determined; the tether state information and the accessory cause said tether to be wound or unwound near its first end in a predetermined systematic manner if said output state indicates a too low or too high tension level with reference to said predetermined range; a converter configured to convert rotational energy from said drive shaft, said rope is stored in a rope storage system, wherein said rope storage system comprises: a cylindrical reservoir with an open upper surface and a closed cylindrical wall, said reservoir being made with a diameter slightly larger than the diameter of the natural winding of said cable, its cylindrical wall is covered with a layer designed to reduce friction and heat accumulation, and the specified layer is a Teflon coating. The prototype uses the Autogyro technique, which is a form of non-powered rotary-wing gyroplane, usually with one or more automatic rotating aerodynamic blades. Gyrodyns drive the propeller in preparation for takeoff and the gyroplane then flies with the propeller spinning.

Отметим недостатки аналога:We note the disadvantages of analog:

1. Передача энергии от взмывающего вверх гироплана с оптимальным углом атаки лопастей (рабочий этап) передается с троса на разматывающую катушку, вал которой связан через муфту с валом электрической машины (на этом этапе работающей в генераторном режиме). При резких порывах ветра, его резком изменении направления из-за парусного эффекта самого троса вероятны аварийные ситуации и снижение эффективности передачи энергии на землю (искажается контроль натяжения каната).1. Energy transfer from a gyroplane soaring upward with an optimal angle of attack of the blades (working stage) is transferred from the cable to the unwinding coil, the shaft of which is connected through a coupling with the shaft of an electric machine (at this stage operating in generator mode). With sharp gusts of wind, its sharp change in direction due to the sailing effect of the cable itself, emergency situations and a decrease in the efficiency of energy transfer to the ground are likely (the control of the cable tension is distorted).

2. В связи с периодическим возвратом гироплана на нижний уровень траектории (подготовительный этап) и процессом намотки троса на катушку с переходом электрической машины в двигательный режим, снижается эффективность работы всего комплекса - Электрогенерирующий гироплан-работающего в циклическом режиме, как и аналог. Это усложняет передачу энергии в потребительскую сеть.2. In connection with the periodic return of the gyroplane to the lower level of the trajectory (preparatory stage) and the process of winding the cable onto the coil with the transition of the electric machine to the motor mode, the efficiency of the entire complex is reduced - the Electric generating gyroplane operating in a cyclic mode, as well as its analogue. This complicates the transfer of energy to the consumer network.

В качестве прототипа рассмотрим СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ВЕТРА НА ЛЕТАЮЩЕЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ по патенту RU №2697075. В этом способе в состав летающей ветроэнергетической установки (ЛВУ) включен пропеллер с множеством лопастей и возможностью их вращения, этот пропеллер обеспечивает подъем ЛВУ и имеет устройство разворота его лопастей на угол атаки относительно направления ветра, причем в состав ЛВУ входит собственно ветроустановка с вертикальным валом типа Дарье. При подлете ЛВУ к рабочей точке, пространственные координаты которой задают предварительно в узел стабилизации с контроллером, за счет энергии ветра через вращающийся вертикальный вал, включенную коммутационную муфту и ускоряющий редуктор собственно ветроустановка вращает нижний конец вала электрической машины, работающей в генераторном режиме и передающей электроэнергию через кабель связи, регулятор тока заряда, разряда на аккумулятор стартового стола. Второй конец вала электрической машины подключен к валу пропеллера через шарнирное соединение валов. Угловое положение валов обеспечивается с помощью флюгера, узла стабилизации с контроллером, гироскопа и ряда датчиков, причем в состав узла стабилизации с контроллером входит мотор-гайка и винт, соединяющий мотор-гайку с подшипником на валу пропеллера. Над собственно ветроустановкой располагают опорный диск аэродинамической формы с регулируемым углом атаки относительно направления ветра, жестко связанный с вертикальным валом, при этом узел стабилизации с контроллером обеспечивает стационарное положение рабочей точки летающей ветроэнергетической установки в рабочем режиме при минимальном расстоянии до стартового стола и положение вертикального вала с углом атаки крыла, осуществляет выбор оборотов вертикального вала и электрической машины, управляет регулятором тока заряда, разряда, т.е. током нагрузки электрической машины в генераторном режиме.As a prototype, consider the METHOD FOR CONVERTING WIND KINETIC ENERGY ON A FLYING WIND POWER PLANT according to patent RU No. 2697075. In this method, a propeller with a plurality of blades and the possibility of their rotation is included in the composition of the flying wind power plant (LWU), this propeller provides the lifting of the LWU and has a device for turning its blades at an angle of attack relative to the direction of the wind, and the LWU includes the actual wind turbine with a vertical shaft of the type Daria. When the LDL approaches the operating point, the spatial coordinates of which are preliminarily set in the stabilization unit with the controller, due to wind energy through a rotating vertical shaft, a switched on switching clutch and an accelerating gearbox, the wind turbine itself rotates the lower end of the shaft of the electric machine operating in the generator mode and transmitting electricity through communication cable, charge current regulator, discharge to the launch pad battery. The second end of the shaft of the electric machine is connected to the propeller shaft through the swivel shafts. The angular position of the shafts is provided using a weather vane, a stabilization unit with a controller, a gyroscope and a number of sensors, and the stabilization unit with a controller includes a motor nut and a screw connecting the motor nut to the bearing on the propeller shaft. Above the wind turbine itself, an aerodynamic support disk with an adjustable angle of attack relative to the direction of the wind is located, rigidly connected to the vertical shaft, while the stabilization unit with the controller ensures the stationary position of the operating point of the flying wind turbine in operating mode at a minimum distance to the launch pad and the position of the vertical shaft with angle of attack of the wing, selects the speed of the vertical shaft and the electric machine, controls the regulator of the charge current, discharge, i.e. load current of the electric machine in generator mode.

Отметим недостатки прототипа:Note the shortcomings of the prototype:

1. Аэродинамический диск не может обеспечить оптимальной формы во всех сечениях параллельных направлению ветра и, следовательно, оптимальной подъемной силы по сравнению с классическим крылом такой же площади.1. An aerodynamic disk cannot provide an optimal shape in all sections parallel to the wind direction and, therefore, an optimal lift force compared to a classic wing of the same area.

2. Узел стабилизации с контроллером, гироскопом и рядом датчиков обеспечивает неопределенное положение вертикального вала относительно земли в плоскости перпендикулярной направлению ветра-нет устройств, позволяющих регулировать положение вертикального вала ЛВУ в плоскости перпендикулярной ветру. Это усложняет эксплуатацию ЛВУ, особенно посадку на стартовый стол.2. A stabilization unit with a controller, a gyroscope and a number of sensors provides an indefinite position of the vertical shaft relative to the ground in a plane perpendicular to the direction of the wind - there are no devices that allow you to adjust the position of the vertical shaft of the LHD in a plane perpendicular to the wind. This complicates the operation of the LDS, especially landing on the launch pad.

Цель изобретенияPurpose of the invention

Повышение энергоэффективности и надежности при эксплуатации летающей ветроэнергетической установки (ЛВУ), обеспечение положения в пространстве ее вертикального вала в плоскости перпендикулярной направлению ветра и перпендикулярного поверхности земли (или близко к этому положению при наклоне вертикального вала на угол атаки α несущего аэродинамического крыла). В состав ЛВУ входит собственно ветроустановка с вертикальным валом типа Дарье. ЛВУ изображена на Фиг. 1.Increasing energy efficiency and reliability in the operation of a flying wind power plant (FPU), ensuring the position in space of its vertical shaft in a plane perpendicular to the direction of the wind and perpendicular to the earth's surface (or close to this position when the vertical shaft is tilted at the angle of attack α of the carrier aerodynamic wing). The structure of the LWU includes the actual wind turbine with a vertical shaft of the Darrie type. The LVL is shown in Fig. one.

1 - кабель связи, 2 - вертикальный вал, 3 - крепежные гайки собственно ветроустановки, 4 - опорный стакан, 5 - опорный подшипник, 6 - несущее аэродинамическое крыло, 7 - ось крыла собственно ветроустановки, 8 - крыло собственно ветроустановки, 9 - закрылок крыла собственно ветроустановки, 10 - кабельное кольцо, 11 - коммутационная муфта, 12 - нижний опорный диск жестко закрепляется на вертикальном валу под собственно ветроустановкой, 13 - флюгер, 14 - ускоряющий редуктор, 15 – электромашина, 16 - шарнир валов, 17 - вспомогательный шарнир, 18 - подшипник на валу - 23 пропеллера - 22, 19 - винт, жестко закрепленный к обойме подшипника - 18, 20 - мотор-гайка с узлом управления и стабилизации (УУИС) ЛВУ, 21 - устройство разворота лопастей пропеллера - 22 также по командам УУИС. 24 - левый и правый закрылки несущего аэродинамического крыла - 6, 25 - несущая скоба, 26 - жесткий крепеж флюгера к несущей скобе, 27 - сервоприводы закрылков несущего аэродинамического крыла,28 - подшипник несущего аэродинамического крыла, 29 - фиксатор этого крыла, жестко связывающий его с несущей скобой - 25. Корпус электрической машины также жестко прикреплен к несущей скобе - 25. Собственно ветроустановка находится между нижним опорным диском - 12 и несущим аэродинамическим крылом - 6. Такая конструкция препятствует срыву ветра с верхних и нижних кромок крыльев собственно ветроустановки, повышая ее эффективность. ЛВУ работает в двух режимах: рабочем и установочном.1 - communication cable, 2 - vertical shaft, 3 - fixing nuts of the wind turbine itself, 4 - support sleeve, 5 - support bearing, 6 - load-bearing aerodynamic wing, 7 - wing axis of the wind turbine itself, 8 - wing of the wind turbine itself, 9 - wing flap wind turbine itself, 10 - cable ring, 11 - switching sleeve, 12 - lower support disk is rigidly fixed on a vertical shaft under the wind turbine itself, 13 - weather vane, 14 - accelerating gearbox, 15 - electric machine, 16 - shaft hinge, 17 - auxiliary hinge, 18 - bearing on the shaft - 23 of the propeller - 22, 19 - screw rigidly fixed to the bearing race - 18, 20 - motor-nut with a control and stabilization unit (UUIS) LVU, 21 - propeller blade turning device - 22 also by UUIS commands . 24 - left and right flaps of the main aerodynamic wing - 6; with a carrier bracket - 25. The body of the electric machine is also rigidly attached to the carrier bracket - 25. The wind turbine itself is located between the lower support disk - 12 and the carrier aerodynamic wing - 6. This design prevents wind separation from the upper and lower edges of the wings of the wind turbine itself, increasing its efficiency. LVU operates in two modes: operating and installation.

1. Рабочий режим. Способ преобразования кинетической энергии ветра на ЛВУ заключается в том, что в состав ЛВУ включен пропеллер - 22 с множеством лопастей и возможностью их вращения. Он имеет устройство разворота лопастей - 21 на угол атаки относительно направления ветра. В рабочем режиме ЛВУ вращающийся вертикальный вал - 2 собственно ветроустановки за счет энергии ветра, через включенную коммутационную муфту - 11 и ускоряющий редуктор - 14 вращает нижний конец вала электрической машины - 15, работающей в генераторном режиме. Она непрерывно передает электроэнергию через кабель связи - 1, регулятор тока заряда, разряда - 31 на энергоемкий аккумулятор - 32 стартового стола по Фиг. 5 (вид сверху, где 36 - катушка кабеля связи - 1, 30 - муфта, 33 - реверсивный электродвигатель перемотки катушки, 31 - регулятор тока заряда, разряда, 32 - энергоемкий аккумулятор, 34 - инвертор,35 - опорные полки для несущего крыла - 6, П.С. - промышленная сеть) и далее через инвертор - 34 в промышленную сеть. При этом верхний конец вала электрической машины подсоединяют к валу - 23 пропеллера - 22 через шарнирное соединение валов - 16. УУИС с мотор-гайкой - 20,гироскопом, группой датчиков (датчиков скорости и направления ветра, датчиков тока и оборотов электрической машины), флюгером - 13, пропеллером - 22, устройством разворота лопастей - 21, аэродинамическим крылом - 6 с закрылками - 24 с сервоприводами - 27 поддерживает положение вертикального вала - 2 в плоскости перпендикулярной направлению ветра и перпендикулярно земной поверхности (с небольшим отклонением при регулировании угла атаки аэродинамического крыла - 6) по Фиг. 1, 2, 4. Аэродинамическое крыло-6 закрепляют на вертикальном валу - 2 подшипником-28 и фиксатором-29. При этом нижний опорный диска -12 входит в состав непосредственно конструкции ветроустановки типа Дарье и препятствует срыву воздушных потоков с нижних кромок крыльев (7, 8) собственно ветроустановки ЛВУ. С помощью шарнира валов-16 по ФИГ. 3. УУИС устанавливает угловое положение вала пропеллера - 23 относительно вертикального вала - 2 по Фиг. 4, обеспечивая стационарное положение ЛВУ в заданной рабочей точке пространства при некотором угле атаки α несущего аэродинамического крыла-6 относительно направления ветра. УУИС также управляет через регулятор тока заряда, разряда-31 током нагрузки и скоростью вращения электрической машины-15. Основную часть энергии ветра канализирует собственно ветроустановка типа Дарье (3, 7, 8, 12) через электрическую мапшну-15 и передает по кабелю связи-1 и регулятор тока заряда, разряда-31 в аккумулятор-32. Второй конец ее вала подсоединен к валу-23 пропеллера-22 через шарнирное соединение валов-16. Это позволяет обеспечивать необходимое угловое положение валов -2,23 и вала-2 примерно перпендикулярно к поверхности земли с помощью флюгера-13, УУИС, гироскопа, группы датчиков, закрылков-24 несущего аэродинамического крыла-6 и устройства разворота лопастей-21. При штиле или малой скорости ветра с учетом метеосводок принимают решение, удерживать ЛВУ в рабочей точке за счет энергии, получаемой от аккумулятора или опускать ЛВУ на стартовый стол.1. Working mode. The method of converting the kinetic energy of the wind in the LW is that the LW includes a propeller - 22 with a plurality of blades and the possibility of their rotation. It has a device for turning the blades - 21 at the angle of attack relative to the direction of the wind. In the operating mode of the LVU, the rotating vertical shaft - 2 of the wind turbine itself due to wind energy, through the switched on clutch - 11 and the accelerating gearbox - 14, rotates the lower end of the shaft of the electric machine - 15, operating in generator mode. It continuously transmits electricity through a communication cable - 1, a charge current controller, discharge - 31 to an energy-intensive battery - 32 of the launch pad according to FIG. 5 (top view, where 36 - communication cable reel - 1, 30 - coupling, 33 - reversible coil rewinding motor, 31 - charge and discharge current regulator, 32 - energy-intensive battery, 34 - inverter, 35 - support shelves for the carrier wing - 6, PS - industrial network) and then through the inverter - 34 into the industrial network. At the same time, the upper end of the shaft of the electric machine is connected to the shaft - 23 of the propeller - 22 through the swivel of the shafts - 16. UUIS with a motor nut - 20, a gyroscope, a group of sensors (sensors for wind speed and direction, sensors for current and speed of an electric machine), a weather vane - 13, propeller - 22, blade turn device - 21, aerodynamic wing - 6 with flaps - 24 with servo drives - 27 maintains the position of the vertical shaft - 2 in a plane perpendicular to the direction of the wind and perpendicular to the earth's surface (with a slight deviation when adjusting the angle of attack of the aerodynamic wing - 6) according to FIG. 1, 2, 4. Aerodynamic wing-6 is fixed on a vertical shaft - 2 bearing-28 and latch-29. At the same time, the lower support disk -12 is directly part of the design of the Darrieus type wind turbine and prevents the air flow from the lower edges of the wings (7, 8) of the wind turbine itself. With the help of the hinge shafts-16 according to FIG. 3. UUIS sets the angular position of the propeller shaft - 23 relative to the vertical shaft - 2 according to FIG. 4, providing a stationary position of the LDL at a given working point in space at a certain angle of attack α of the carrier aerodynamic wing-6 relative to the direction of the wind. UUIS also controls the load current and the speed of rotation of the electric machine-15 through the charge current controller, discharge-31. The main part of the wind energy is channeled by the Darrieus-type wind turbine itself (3, 7, 8, 12) through the electric map-15 and transmitted via the communication cable-1 and the charge current controller, discharge-31 to the battery-32. The second end of its shaft is connected to the shaft-23 of the propeller-22 through the swivel shaft-16. This makes it possible to provide the required angular position of the shafts -2.23 and shaft-2 approximately perpendicular to the ground surface with the help of a weather vane-13, UUIS, a gyroscope, a group of sensors, flaps-24 of the carrier aerodynamic wing-6 and a device for turning the blades-21. When there is calm or low wind speed, taking into account weather reports, a decision is made whether to keep the LDL at the working point due to the energy received from the battery or lower the LDL onto the launch pad.

2. Установочный режим. В установочном режиме вертикальный подъем и возвращение на стартовый стол ЛВУ по Фиг. 5 осуществляют пропеллером-22, причем вертикальное положение кабеля связи-1 при подъеме и спуске обеспечивают флюгером-16, закрылками-24 аэродинамического крыла-6, гироскопом, группой датчиков, УУИС -20, который задает угловое положение вала-23 пропеллера-22, его лопастей, а также их скорость вращения.2. Installation mode. In the installation mode, the vertical rise and return to the launch pad of the LDL according to Fig. 5 is carried out by a propeller-22, and the vertical position of the communication cable-1 during ascent and descent is provided by a weather vane-16, flaps-24 of the aerodynamic wing-6, a gyroscope, a group of sensors, UUIS-20, which sets the angular position of the shaft-23 of the propeller-22, its blades, as well as their speed of rotation.

Вращение осуществляет электрическая машина-15 в режиме двигателя, получающая электроэнергию от энергоемкого аккумулятора-32 на стартовом столе через регулятор тока заряда, разряда-31 и кабель связи-1. При этом вертикальный вал-2 собственно ветроустановки отключают от электрической машины 15 с помощью коммутационной муфты-11, а крылья собственно ветроустановки - 8 переводят в режим флюгерования.The rotation is carried out by an electric machine-15 in the engine mode, which receives electricity from an energy-intensive battery-32 on the launch pad through the charge current controller, discharge-31 and communication cable-1. In this case, the vertical shaft-2 of the wind turbine itself is disconnected from the electric machine 15 using a switching clutch-11, and the wings of the wind turbine itself - 8 are transferred to the vane mode.

3. На стартовом столе по Фиг. 5. имеется кабельная катушка - 36 для смотки, размотки кабеля связи-1 для ЛВУ. Вал катушки связан со вспомогательным реверсивным электродвигателем - 33, которым управляет узел контроля и минимизации натяжения кабеля связи на базе контроллера в зоне выхода его из катушки - 36, причем кабель связи через регулятор заряда, разряда тока - 31 подключен к энергоемкому аккумулятору - 32, а выход последнего через инвертор -34 связан с внешней промышленной сетью П.С. Перед пуском ЛВУ ее несущее аэродинамическое крыло - 6 лежит на опорных полках - 35, собственно ветроустановка располагается ниже, а выше крыла - 6 находится флюгер - 13, муфта - 11, редуктор-14, электрическая машина - 15, УУИС - 20, пропеллер - 22 и т.д. По результатам метеосводок выбирается высота, координаты рабочей точки ЛВУ, которые задаются в УУИС. После этого включается пропеллер-22, который обеспечивает вертикальный подъем за счет наклонения навстречу ветру с помощью шарнира -16 в плоскости перпендикулярной направлению ветра и положение вертикального вала-2 почти перпендикулярно поверхности земли (возможно отклонение на угол атаки α аэродинамического крыла - 6, задаваемый УУИС). Скорость оборотов и угол атаки лопастей пропеллера - 22 также задается УУИС - 20, устройством разворота лопастей - 21 и группой датчиков. Вращение вала пропеллера - 23 при подъеме ЛВУ осуществляется от электрической машины - 15, получающей питание через кабель связи-1 и регулятор тока заряда, разряда - 31 от аккумулятора - 32. При выходе ЛВУ в заданную рабочую точку начинается рабочий режим, включают связь между собственно ветроустановкой и электрической машиной (коммутационная муфта - 11,ускоряющий редуктор - 14). Электрическая машина - 15 переводится из режима двигателя в режим генератора, причем часть энергии ветра в рабочем режиме расходуется пропеллером - 22, наклоненным против ветра и удерживающим кабель связи и ЛВУ примерно в вертикальном положении (См. Фиг. 1).3. On the launch pad according to FIG. 5. there is a cable reel - 36 for winding, unwinding a communication cable-1 for LHD. The coil shaft is connected to an auxiliary reversible electric motor - 33, which is controlled by a node for monitoring and minimizing the tension of the communication cable based on the controller in the zone of its exit from the coil - 36, and the communication cable through the charge, discharge current regulator - 31 is connected to an energy-intensive battery - 32, and the output of the latter through the inverter -34 is connected to the external industrial network PS. Before the launch of the LW, its carrier aerodynamic wing - 6 lies on the support shelves - 35, the wind turbine itself is located below, and above the wing - 6 there is a weather vane - 13, a clutch - 11, a gearbox - 14, an electric machine - 15, a UUIS - 20, a propeller - 22 etc. According to the results of weather reports, the height, the coordinates of the working point of the LLW, which are set in the UUIS, are selected. After that, the propeller-22 is turned on, which provides vertical lift by tilting towards the wind with the help of a hinge -16 in a plane perpendicular to the direction of the wind and the position of the vertical shaft-2 is almost perpendicular to the ground surface (it is possible to deviate by the angle of attack α of the aerodynamic wing - 6, set by the UUIS ). The speed of rotation and the angle of attack of the propeller blades - 22 is also set by UUIS - 20, the device for turning the blades - 21 and a group of sensors. The rotation of the propeller shaft - 23 when lifting the LHD is carried out from the electric machine - 15, which receives power through the communication cable -1 and the charge current controller, discharge - 31 from the battery - 32. wind turbine and electric machine (commutation clutch - 11, accelerating gearbox - 14). The electric machine - 15 is transferred from the engine mode to the generator mode, and part of the wind energy in the operating mode is consumed by the propeller - 22, tilted against the wind and holding the communication cable and LHD approximately in a vertical position (See Fig. 1).

Для эффективного внедрения предлагаемого «Способа» необходима ЛВУ значительной мощности (5-15 мегаватт) в связи со сложностью систем управления и их согласования, а также значительных веса, габаритов ее отдельных узлов и требований к прочности отдельных деталей (валов, крыльев, закрылков, флюгера и т.п. при силовых ветровых нагрузках.For the effective implementation of the proposed "Method", a LDL of significant power (5-15 megawatts) is required due to the complexity of control systems and their coordination, as well as significant weight, dimensions of its individual components and requirements for the strength of individual parts (shafts, wings, flaps, weather vane etc. under power wind loads.

Claims

1. A method for converting the kinetic energy of the wind on a flying wind power plant, which includes a propeller with a plurality of blades and the possibility of their rotation, it provides in the installation mode the lifting of the flying wind power plant and has a device for turning the blades at an angle of attack relative to the direction of the wind, and the flying wind power plant has a wind turbine with a vertical shaft of the Darrieus type, when approaching a working point, the spatial coordinates of which are preliminarily set in the control and stabilization unit with the controller, the operating mode of control is switched on and due to wind energy through the rotating vertical shaft of the wind turbine itself, a switching clutch and an accelerating gearbox are switched on, rotate the lower end of the shaft of the electric machine operating in the generator mode and transmitting electricity through the communication cable, charge current regulator, discharge to the battery of the starting table, and the second end of the shaft of the electric machine They are connected to the propeller shaft through the swivel joint of the shafts, and the angular position of the shafts is provided using a weather vane, a control and stabilization unit with a controller, a gyroscope, a set of sensors, and the stabilization unit with a controller includes a motor nut and a screw connecting the motor nut to a bearing on the propeller shaft, characterized in that a carrier aerodynamic wing with flaps controlled by servo drives is installed above the wind turbine itself, this wing is fixed on a vertical shaft using a bearing and a latch that rigidly connects the carrier aerodynamic wing to the carrier bracket, and the position of the carrier aerodynamic wing together with the vertical shaft is changed by adjusting its angle of attack relative to the direction of the wind by the propeller, its blade turning device and the control and stabilization unit with the controller, providing the necessary lift and the specified position of the operating point of the flying wind turbine in operating mode at min the minimum distance to the launch pad, and the position of the vertical shaft with the angle of attack of the wing is close to vertical relative to the ground.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the installation mode, when lifting and returning to the launch pad of a flying wind turbine, the control and stabilization unit sets the angular position of the propeller shaft, its turning device, the position of its blades and its rotation speed, and the rotation is performed by an electric the machine is in engine mode, receiving electricity from an energy-intensive battery on the launch pad through a charge and discharge current regulator and a communication cable; in this mode, the vertical shaft of the wind turbine itself is disconnected from the electric machine using a switching clutch, and its wings are transferred to the vane mode.