SK6985Y1 - Veterný oscilačný kolektor - Google Patents

Abstract

Veterný oscilačný kolektor (9) je zostavený z množiny malých veterných turbín, z ktorých každá je lankom súosovo spojená v uzle s hlavným ťahovým lanom vedúcim do navijaka (11), ktorý je umiestnený na kyvnom člene (8) konzoly (7) navrchu stĺpa (4). Veterné turbíny axiálne oscilujú z dôvodu periodickej zmeny uhla nastavenia ich listov pri súslednom a protibežnom pohybe proti vetru. Veterný oscilačný kolektor sníma tiež termický stúpavý prúd za bezvetria a pri vybavení aerostatmi (6). Menič energie (3) mení oscilácie turbín veterného kolektora (9) na rotačný pohyb a následne na elektrickú a pneumatickú energiu.

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka veterných oscilačných kolektorov na snímanie energie vetra vo vyšších vrstvách prúdenia a v ťažko dostupných lokalitách s veľkým prierezom záchytnej plochy.

Doterajší stav techniky

Na zachytávanie veľkých prierezov vetra sa v súčasnosti využívajú najčastejšie dvoj- a trojlistové veterné veľkopriemerové turbíny. Priemery 80 až 100 m zabezpečujú vysoký výkon jednotky, čo sa priaznivo prejavuje na výstupnom napätí a transportných parametroch výstupnej elektrickej energie, ako aj na špecifickom výkone na jednotku pôdorysnej plochy (na km²). Veterné farmy s osadenými veľkými jednotkami tak dosahujú cez 10 MW na km² plochy.

Nevýhodou takýchto vyhotovení je vysoká hmotnosť základných komponentov, ako sú listy, stĺp a základy. Veľké momentové zaťaženie výškou stĺpa a horizontálnou silou kladie vysoké nároky najmä pri systémoch určených do veterne výhodných lokalít, ako je hlboké more, hory, púšte.

Podstata technického riešenia

Dosiahnuť vysokú plošnosť zachytávania prierezu vetra pri zníženej hmotnosti umožňuje technické riešenie, podstatou ktorého je veterný kolektor zostavený z množiny veterných turbín, každá je prepojená lankom súosovo s hlavným ťahovým lanom, ktorým je veterný kolektor upútaný na otočnej konzole v mieste navijaka. Odvíjaním sa umožňuje meniť výšku práce kolektora. Turbíny sú z vibračných rotorov, ktoré majú meniteľný uhol nastavenia listov v závislosti na axiálnom smere pohybu, takže prúdenie vzduchu spôsobuje ich axiálne oscilácie.

DÍžka lánk zodpovedá minimálne výške zadnej časti konzoly, takže sa v pokojovej polohe, keď veterný kolektor visí, nedotýka zeme alebo vody.

Na uľahčenie zdvihu zo zvislej polohy za vetra môže kolektor obsahovať sústavu aerostatov upnutých zo zadných strán turbín. Aerostaty tiež umožňujú zaujať vertikálnu polohu osi kolektora pri využívaní termických vzostupných prúdov od slnečných kolektorov alebo absorbčných vertikálnych tepelných plôch a odrazových plôch (voda, sneh, piesok).

Na uľahčenie zdvihu zo zvislej polohy pri slabom vetre môže zariadenie obsahovať zdvihové dúchadlá, ktoré sú otočné prichytené k stĺpu a zosilňujú veterný prúd na plochu veterného kolektora. Zložka vztlakovej sily, ktorá má tangenciálny smer k otočnému bodu previsu hlavného ťažného lana, zdvíha celý veterný kolektor do pracovnej polohy.

Na umiestnenie veľkoplošných veterných kolektorov slúžia navíjacie servomotory, ktoré skracujú lanká nad priečkami veterného kolektora v miestach kĺbov alebo pružných spojok. Zvyšná časť pozdĺžnych profilov siete veterného kolektora sa prehne a celý veterný kolektor sa harmonikovo skráti a zmenší sa jeho visiaci rozmer.

Okrem veterného kolektora, ktorý operuje vo výške, môže konzola obsahovať prídavné oscilačné turbíny na výkyvnom uložení a profiloch. Axiálne oscilácie sa prenášajú súosovými lankami na hlavné ťahové lano a môžu samostatne generovať energiu aj v prípade odpojenia upútaného veterného kolektora.

Menič energie, ktorý zachytáva oscilácie hlavného ťahového lana alebo ťahového člena, mení lineárne kmity prenášané vratne na reťaz a na reťazové kolá viackrát uložené cez voľnobežky recipročne zaťažované dvoma protibežnými ťahovými členmi na rotačný pohyb hriadeľa a výstupným generátorom, ktorý môže byť elektrický, hydraulický alebo kompresor.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obrázku 1 je bočný pohľad na schému zariadenia s veterným kolektorom v pracovnej aj pokojovej polohe (dolu). Na obrázku 2 je pohľad zhora pre obidve polohy (pokojová spodná čiarkované).

Príklady uskutočnenia

Vetemoenergetický systém vhodný pre hlbokovodné plochy obsahuje stĺp 4 v spodnej časti s plavákovou dutinou a závažím na rýchle vztýčenie pri montáži. Výstužné laná 10 samostatne kotvené na dne mora znižujú (pri 40° sklone takmer úplne odstraňujú) ohybové a vzperové namáhanie stĺpa. Veterný kolektor 9 je zos2

SK 6985 Υ1 tavený zo siete tenkostenných kompozitných rúrok a veterných turbín priemeru 3 m. Listy turbín veterného kolektora sú analógovo ovládané kvôli zmene uhla nastavenia rozdielnym momentom sily proti vztlakovej sile. Moment je nižší v protipohybe proti vetru a väčší s kladným uhlom nastavenia pri súslednom pohybe s vetrom. V protipohybe sa turbína roztáča do vyšších otáčok pri nižšej zložke vztlakovej sily. Zotrvačná energia sa spotrebuje na vyšší uhol nábehu a vyšší ťah pri súslednom pohybe turbíny. Prebytok ťahu roztáča rotor kompresora a elektrického generátora pomocou voľnobežiek hnaných reťazovými kolami. Vratný pohyb spôsobujú vratné členy, napr. turbíny 15 doplnkového systému na konzole 7 s ramenom 8 alebo turbíny 1, ak je veterný kolektor pripnutý na spodné rameno 8. Zariadenie môže pracovať za bezvetria pri slnečnom počasí, pokiaľ sa okolie stĺpa vybaví kolmými tmavými plochami. Voda, sneh alebo piesok odráža slnečné lúče do plôch. Dúchadlo 5 sa nastaví na prúd kolmo hore a iniciuje termický stúpavý prúd, ktorý sa nasúva z prehriateho okolia. Veterný kolektor sa tým prestaví do kolmej polohy svojej osi a zberá termický prúd. Čiastočný vztlak pri slabej termike môžu zabezpečovať aerostaty 6, ktorých veľkosť alebo nasadenie určujú trhové pomery ohľadom príslušných komodít (hélium, dodávky dvojpoťahových aerostatov a ich kvalita ohľadom strát náplne, vývoj vztlakového telesa s medzivrstvou vzduchu pre kontaktný tlak). V čase bez vetra a slnka sa veterný kolektor preklopí zvislo nadol cez zadnú hranu konzoly 7. Navíjacie servomotory 13 alebo pružnosť paralelne prichytených pružných elementov skrátia lanká na krajných a niekoľkých stredových priečkach 12 v miestach ohybných spojov kompozitnej siete. Zvyšok siete sa prehne do vlnovca a skráti sa dĺžka závesu. Stĺp so slabou vzperovou záťažou vyvzperený lanami 10 a malou potrebnou výškou znižuje náklady na jeho zhotovenie a kotvenie. Hmotnosť veterného kolektora sa znižuje úmerne zmenšenému priemeru veterných turbín integrovaných do rovnakej prierezovej plochy. Priemery 3 m oproti 90 m znižujú hmotnosť 30-krát. Inštalovaný výkon 10 MW jednotky sa dosiahne pri nižšej hmotnosti než konvenčné 5 MW. Výška spôsobí nárast na 30 MW/km².

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Veterný oscilačný kolektor, ktorý využíva vibračné rotory s premenlivým uhlom nastavenia listov v závislosti na smere a rýchlosti prúdenia vzduchu, vyznačujúci sa tým, že veterný kolektor (9) zostavený z množiny veterných turbín, z ktorých každá je lankom súosovo spojená v uzle s hlavným ťahovým lanom, ktorým je upútaná na otočnej konzole (7) v mieste navijaka (11), pričom dĺžka laniek zodpovedá výške zadnej časti konzoly (7) na stĺpe (4) s meničom energie (3) v prednej časti konzoly (7), ktorý je ťahovým členom (14) spojený s navijakom (11) na výkyvnom uložení (8).
2. 2. Oscilačný veterný kolektor podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, obsahuje zdvihové aerostaty (6).
3. 3. Veterný oscilačný kolektor podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že obsahuje zdvihové dúchadlá (5), ktoré sú otočné prichytené k stĺpu (4).
4. 4. Oscilačný veterný kolektor podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že na lankách sú navíjacie servomotory (13) alebo pružné elementy prislúchajúce najviac každej druhej priečke (12).
5. 5. Veterný oscilačný kolektor podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že na konzole (7) sú na výkyvnom uložení (8) profily (2) s turbínami (1) a turbínami (15) silovo prepojené s ťahovým členom (4).
6. 6. Veterný oscilačný kolektor podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že menič energie (3) je sústava viackrát uložených voľnobežiek na jednom hriadeli s navijakmi alebo reťazovými kolesami a s generátorom výstupnej energie (elektrickej, pneumatickej alebo hydraulickej).