WO2015116016A1 - Энергетическая установка (варианты) - Google Patents

Энергетическая установка (варианты) Download PDF

Info

Publication number
WO2015116016A1
WO2015116016A1 PCT/UA2014/000018 UA2014000018W WO2015116016A1 WO 2015116016 A1 WO2015116016 A1 WO 2015116016A1 UA 2014000018 W UA2014000018 W UA 2014000018W WO 2015116016 A1 WO2015116016 A1 WO 2015116016A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wind wheel
wind
water
energy
power plant
Prior art date
Application number
PCT/UA2014/000018
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Юрий Григорьевич СИДОРЕНКО
Георгий Владимирович БЕЙЛИН
Сергей Юрьевич ПЕТРЕНКО
Original Assignee
Юрий Григорьевич СИДОРЕНКО
Георгий Владимирович БЕЙЛИН
Сергей Юрьевич ПЕТРЕНКО
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Григорьевич СИДОРЕНКО, Георгий Владимирович БЕЙЛИН, Сергей Юрьевич ПЕТРЕНКО filed Critical Юрий Григорьевич СИДОРЕНКО
Priority to PCT/UA2014/000018 priority Critical patent/WO2015116016A1/ru
Publication of WO2015116016A1 publication Critical patent/WO2015116016A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/4466—Floating structures carrying electric power plants for converting water energy into electric energy, e.g. from tidal flows, waves or currents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/18—Air and water being simultaneously used as working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/95—Mounting on supporting structures or systems offshore
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the proposed inventions relate to the field of small energy and can be used to create a large-capacity power plant made in the form of a floating wind power plant, aggregated with a device for converting the energy of moving water (currents and / or tides) into electrical energy and designed for its autonomous operation in pond.
  • the closest in number of essential features to the options of the proposed installation is a power plant designed to work in a pond, containing, mounted on an annular pontoon, a platform with a wind energy to electric converter, made in the form of a wind wheel with a shaft and an electric generator [Patent for the invention Ns 2330989, Russia, IPC F03D3 / 06 (2006.01); F03D9 / 00 (2006.01); publication date: 08/10/2008].
  • the said document describes a floating wind power installation comprising an energy converter, an annular pontoon rotatably arranged about a vertical axis, rotary blades rotatable around vertical axes, flexible rods connected with an annular pontoon and with a hub of an energy converter configured to rotation coaxially with the annular pontoon, and the energy converter is mounted on a turntable equipped with blades placed in water with the possibility of rotation about vertical axes by the rotation actuators mounted on a turntable, the turntable is mounted on a further - central - pontoon placed on the water surface so that it is surrounded by the ring pontoon.
  • a gearbox As a power transmission in the described installation used a gearbox.
  • the rotating outer ring pontoon of the described installation consumes a significant part of wind energy for friction against water, and with the inevitable fouling with time of algae and mollusks, the loss share increases.
  • the central pontoon is not able to completely resist the parasitic torque of the generator, which also reduces the coefficient of utilization of wind energy, and the presence of a transmission designed to connect the wind rotor shaft with the electric generator and a complex system of control mechanisms for surface and underwater elements reduce the reliability of the installation and lead to it rise in price, which limits both the scope of its application and the resource.
  • the basis of the proposed inventions is the task of creating options for such a power plant, which would be more reliable and, at the same time, would have a lower cost.
  • the problem is solved by creating conditions for use as a power transmission of the power plant instead of the gearbox, as in the prototype, the water of the reservoir on which the installation is located.
  • the problem is solved in the first embodiment of the proposed installation, which, like the well-known power plant, is designed to work in a pond and contains, mounted on an annular pontoon, a platform with a wind energy converter in electric, made in the form of a wind wheel with a shaft and an electric generator, and, according to of the invention, the power plant comprises a wind wheel with a vertical axis of rotation and a shaft connected by spokes to the wheel rim on which the rotary sail-blades are mounted, and the installation of additional ying water energy converter into electrical energy
  • the annular pontoon is designed as a separate vertical cylindrical floats interconnected tubular elements and is provided with anchors
  • the platform is made as a circular monorail rigidly fixed on top of the annular pontoon with the possibility of moving along it and holding the rim of the wind wheel on it, while the converter of water energy into electric energy is made in the form of at least two pairs of outboard consoles located radially relative to the axis of the wind wheel installed on the lower part of
  • control system includes a control unit with appropriate software, direction and power sensors for air and water flows, as well as clutch actuators, while the corresponding inputs of the control unit are connected to direction and power sensors air and water, and the corresponding outputs of the control unit - with clutch actuators.
  • Another feature of the first option of the proposed power plant is that, the remote console and the shaft of the wind wheel are hollow.
  • a feature of the first option of the proposed power plant is that it is equipped with an auxiliary diesel generator, as well as controls and navigation installed with the possibility of its autonomous movement through the pond with a braked wind wheel and the use of electric generators as engines.
  • a device made in the form of a casing, worn with a clearance on the shaft of the wind wheel can be used.
  • the casing is held by the needles connected to the ring pontoon.
  • the casing is placed vertically and partially above the water.
  • the underwater segment of the casing must end below the depth of the possible freezing of the reservoir.
  • the inner space between the casing and the wind wheel shaft is filled with a viscous indelible and non-freezing fluid.
  • the casing in the area of the upper and lower ends is provided with sealing elements.
  • Another feature of the first option of the proposed power plant is the ability to utilize the energy of sea and tidal currents. So, in calm weather, with the help of a control system and braking and clutch mechanisms, the electric generators are fixed in a state in which the screw of the turbine of each electric generator is in a position in which the rotational speed of the screw under the influence of the water flow is the highest. The rim of the windwheel should be in a braked position.
  • the problem is solved in the second version of the proposed installation, which, like the well-known power plant, is designed to work in a pond and contains, mounted on an annular pontoon, a platform with a wind energy converter in electric, made in the form of a wind wheel with a shaft and an electric generator, and, according to the invention, the power plant comprises a wind wheel with a vertical axis of rotation and a shaft connected to the wheel rim, on which the rotary sail-blades are mounted, with spokes, and the installation for it is filled with a converter of water energy into electrical energy, the annular pontoon is made in the form of separate vertical cylindrical floats interconnected by tubular elements and equipped with anchors, the platform is made in the form of an annular monorail rigidly fixed on top of the annular pontoon with the possibility of moving along it and holding the rim on it a wind wheel, while the converter of water energy into electrical energy is made in the form attached to the inside of the rim of the wind wheel and / or to the spokes of the wind
  • Another feature of the second option of the proposed power plant is the ability to utilize the energy of sea and tidal currents. So, in calm weather, with the help of a control system and braking and turning mechanisms, the electric generators are fixed in a state in which the screw of the turbine of each electric generator is in a position in which the rotational speed of the screw under the influence of the water flow is the highest. The rim of the windwheel should be in a braked position.
  • control system contains a control unit with appropriate software, direction sensors, power and temperature of air and water flows, as well as drives for lifting the consoles and the switching apparatus (magnetic starter) for connecting-disconnecting the electric cable to / from the load, while the corresponding inputs of the control unit are connected to sensors of directions, capacities and temperature of air and water flows, and with tvetstvuyuschie outputs control unit - with drive consoles lifting mechanisms and the switching device (magnetic actuator) for the connection-disconnection of the electric cable to / from the load.
  • control unit contains a control unit with appropriate software, direction sensors, power and temperature of air and water flows, as well as drives for lifting the consoles and the switching apparatus (magnetic starter) for connecting-disconnecting the electric cable to / from the load, while the corresponding inputs of the control unit are connected to sensors of directions, capacities and temperature of air and water flows, and with tvetstvuyuschie outputs control unit - with drive consoles lifting mechanisms and the switching device
  • Another feature of the second option of the proposed power plant is that, the remote console and the shaft of the wind wheel are hollow.
  • a feature of the second option of the proposed power plant is that it is equipped auxiliary diesel generator, as well as controls and navigation installed for the possibility of its autonomous movement through the pond with a braked wind wheel and the use of electric generators as engines.
  • the proposed power plant is suitable for use in non-freezing waters and can be made collapsible from separate relatively small units. Moreover, the diameter of such a floating wind turbine can exceed 100 meters and have a unit capacity of several megawatts.
  • the technical result obtained as a result of the implementation of the variants of the present invention consists in creating the conditions for use as a power transmission of the water of the reservoir on which the installation is located.
  • the use of water as a reducer is as follows. A large-diameter wind wheel rotates under the influence of wind force at a low angular velocity, and for the efficient conversion of wind energy into electrical energy, either a step-up gear for rotating a standard generator or a multi-pole large-diameter generator is required.
  • a point located on the circumference of the wind wheel during a revolution passes a distance of 3, 14 (in the number of Pi) times larger than the diameter, and, therefore, by installing an electric generator on the circumference of the wind wheel and a hydraulic turbine mounted on the shaft with the optimal pitch of the blades and placing it in the water column, you can easily get the desired value of the turbine shaft speed for normal operation of the generator without the use of a gearbox.
  • the difference between the second installation option and the first is the possibility of creating a larger wind turbine, which means that the proposed installation will produce significantly more electric energy, not only in windy weather, but also in full calm conditions by creating conditions for the utilization of the energy of sea and tidal currents.
  • the proposed power plant consists of structural elements, for the manufacture of which use currently known technological methods, tools and materials. It can be used as a source of clean energy, for example, to ensure the life of oil and gas platforms, in geology, research stations that belong to various industries, and therefore we can conclude that the proposed solution meets the criteria of the invention "industrial applicability".
  • FIG. 1 shows the appearance of an annular pontoon with a monorail fixed on it.
  • FIG. 2 shows the appearance of a wind wheel of the first embodiment of the proposed installation.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the proposed installation in operation.
  • FIG. 4 shows the appearance of a wind wheel of the second embodiment of the proposed installation.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the proposed installation in operation.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the proposed installation in operation at half load.
  • Each version of the proposed power plant contains an annular pontoon assembled from individual cylindrical floats 1 and tubular elements placed between them and equipped with anchors / not shown /.
  • Monorail 2 is rigidly fixed on top of the annular pontoon.
  • Monorail 2 is designed to move along it and hold onto it with the help of wheel blocks 3 the rim 4 of the wind wheel made of tubular elements.
  • a brake mechanism / not shown / is built into the wheel blocks 3, designed to forcefully stop the rim 4 by interacting with the monorail 2.
  • the brake mechanism can be made in the form of a pulsed electromagnet, which is turned on and off by applying a short current pulse to the control winding that moves the armature an electromagnet with a return spring from the "move" position to the "braking” position and vice versa and is designed to block from moving the wheel blocks 3 when braking or releasing the wheels s 3 units - a free running on the monorail 2 / not shown /.
  • the same triangular sails 5, each of which is located asymmetrically relative to the vertical axis of rotation, are mounted on the side surface of the rim 4 of the wind wheel with the possibility of rotation on a torsion suspension.
  • the hub 6 of the wind wheel is connected to the rim with 4 spokes 7.
  • the design of the wind wheel of the proposed installation corresponds to the formula for the patent of Ukraine for utility model Ns 77932 "Wind wheel of a wind power plant with a vertical axis of rotation of the rotor", published on 02.25.2013 in the official bulletin of the State Intellectual Service property of Ukraine Promyslova Vlasnist Ns 4.
  • the wind wheel may include more than one tier of asymmetrically mounted triangular sails.
  • Variants of the proposed power plant are also equipped with auxiliary diesel generators for the use of electric generators as engines, as well as controls and navigation, installed with the ability to autonomously move through a pond with a braked wind wheel / not shown /.
  • the converter of water energy into electrical energy is made in the form of pairs of electric generators 8 and 9 mounted on the free ends of the remote consoles, respectively 10 and 1 1.
  • the consoles of each pair 10, 1 1 are located radially and symmetrically with respect to the axis of the wind wheel in the initial state in its lower part intended for placement in the water column at a level (distance) set for each pair from the plane of the monorail 2.
  • Each generator 8 and 9 is provided with a screw hydroturbines driven by a stream of water.
  • An electric cable 1 3 is connected to the lower part of the hub 6, through a rotating connection 12.
  • the electric generators 8 installed on the paired remote consoles 1 0 are in constant engagement with the hub 6, and the electric generators 9 installed on the paired remote consoles 1 1 are equipped with a mechanism clutch designed to remove paired remote consoles 1 1 from permanent engagement with the hub 6 or their introduction into engagement / not shown /.
  • the specified clutch mechanism is fixed inside the cavity of the hub 6 and is designed to reduce the load on the wind rotor while reducing wind power.
  • the clutch mechanism can be made in the form of a clutch with electromagnetic control, for example, such as described on the website: http://www.servomech.ru/stati/vidy-elektromagnitnyh-muft Remote consoles 10 and 1 1, as well as the hub b are made hollow to reduce the load on the wheel blocks 3.
  • the installation is equipped with a control system designed to control the operation of the installation depending on the wind and water parameters, as well as to start and stop it, and contains a control unit with appropriate software, direction, power and temperature sensors for air and water flows installed at the corresponding hub levels 6, as well as the drive mechanism for the coupling of paired remote consoles 1 1 with the hub 6 and the switching device (magnetic starter) for connecting-disconnecting the cable 13 to / from the load / not shown /.
  • the corresponding inputs of the control unit are connected to sensors of directions, capacities and temperature of the air and water flows, and the corresponding outputs of the control unit are connected to the drives of the clutch mechanism, switching device, and brake mechanism.
  • the converter of water energy into electrical energy is made in the form of a wind wheel attached to the inner part of the rim 4 of the wind wheel and to the spokes 7 of the outer portable wind wheel and mounted on the axis of the vertical consoles 14.
  • the consoles 14 are designed for them placement in the initial state in the water column.
  • an electric generator 8 is mounted, driven by a turbine screw mounted to rotate in a stream of water.
  • the vertical consoles 14 and the hub 6 are hollow to reduce the load on the wheel blocks 3.
  • the remote consoles 14 are provided with rotation and lifting mechanisms above the upper plane of the monorail 2 / not shown /.
  • the specified rotation and lifting mechanism is mounted in the cavity of each vertical cantilever 14 and can be made in the form of a rack-and-pinion gear, equipped with an electric drive and an electromagnetic clutch, providing either the lifting of the console or its rotation around its axis under the action of the drive.
  • the rotation and lifting mechanism is designed to reduce the load on the wind rotor while reducing wind power by lifting (removing) one or more generators 8 from the water.
  • the installation is equipped with a control system designed to ensure its operation under the influence of wind and / or water flow, its start and stop.
  • the control system comprises a control unit with appropriate software, direction, power and temperature sensors for air and water flows, as well as drives for lifting and turning vertical consoles 14 and a brake mechanism.
  • the corresponding inputs of the control unit are connected to sensors of directions, capacities and temperature of air and water flows, and the corresponding outputs of the control unit are connected to drives lifting and turning mechanisms of the vertical consoles 14, on / off switching device designed to connect-disconnect the cable 13 to the load and the braking mechanism / not shown /.
  • a control unit a programmed controller with appropriate software can be used.
  • the proposed power plant - a floating wind turbine - works like this.
  • a wind of rated strength rotates each triangular, asymmetrically mounted on a torsion suspension, sail 5 and drives the wind wheel with the rim 4 and moves the latter with the help of wheel blocks 3 along the annular monorail 2 in a given direction (clockwise or counterclockwise), and together with the rim 4 makes electric generators 8, 9 make circular motions in the water column and generate an electric current.
  • the direction, power and temperature sensors of the air and water flows of the control system transmit the corresponding information to the control unit, which processes the information received from the sensors and generates signals to the clutch mechanism drives designed for introducing or removing paired remote consoles 1 1 from meshing with the hub 6, connect-disconnect the switching device of the cable 13 to the load and enable / disable the braking mechanism of the rim 4 of the wind wheel.
  • the electric generators 9 can be removed from permanent engagement with the hub 6 using the clutch mechanism, mounted inside the hub 6 by a signal from the control unit, and when the wind is amplified, they can again be engaged.
  • the electric generators 8 and 9 are fixed in a state in which the turbine screw of each electric generator 8 and 9 is in a position in which its rotation speed under the influence of the water flow is the greatest.
  • the rim 4 of the wind wheel is in a braked position.
  • the direction, power and temperature sensors of the air and water flows of the control system transmit the corresponding information to the control unit, which processes the information received from the sensors, generates signals to the drives of the rotation and lifting mechanisms of the vertical consoles 14 with electric generators 8.
  • the volume of electric energy generated, and the rotational speed of the wind wheel, and the screws of the electric generators are controlled 8. So, with a weak and moderate wind, to reduce the resistance to rotation of the wind wheel, part of the electric generators 8 are lifted by vertical consoles 14 above the water - above the upper plane of the monorail 2, and when the wind is amplified, the electric generators 8 are again lowered under water. In this case, the wind wheel provides rotation of the electric generators 8 in the water column and the installation of electrical energy.
  • each vertical console 14 is lowered into the water to a predetermined depth and the console is rotated around its vertical axis to a state in which the screw of the turbine of each generator 8 is in the position at which its rotation speed under the influence of the flow of water is greatest.
  • the rim 4 of the wind wheel is in a braked position.
  • the options of the proposed installation can not only simplify the design compared to the installation of the prototype due to using as a power transmission not a bulky and expensive gearbox, as in the prototype installation, but the water of the reservoir on which the installation is located, but also to increase its reliability and, at the same time, reduce the cost, and, in addition, creates the possibility of producing the proposed electric energy installation , not only in windy weather, but also in conditions of complete calm due to the utilization of the energy of sea and tidal currents.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

Предлагаемые изобретения относятся к области малой энергетики и выполнено в виде плавающей ветроэнергетической установки. Установка, содержит установленную на кольцевом понтоне, платформу с преобразователем ветровой энергии в электрическую, выполненным в виде ветроколеса с валом и электрогенератор, согласно изобретению, установлено ветроколесо с вертикальной осью вращения и валом, соединенным спицами с ободом колеса, на котором установлены поворотные паруса-лопасти, а установка дополнена преобразователем энергии воды в электрическую энергию, кольцевой понтон выполнен в виде отдельных вертикальных цилиндрических поплавков, соединенных между собой трубчатыми элементами и снабжен якорями, платформа изготовлена в виде кольцевого монорельса, при этом преобразователь энергии воды в электрическую энергию выполнен в виде установленных на нижней, предназначенной для размещения в толще воды, части ветроколеса выносных консолей, расположенных радиально относительно оси ветроколеса, на свободном конце каждой консоли закреплен электрогенератор, приводимый в действие винтом гидротурбины. Изобретение направлено на создание энергетической установки большей мощности.

Description

Энергетическая установка (варианты).
Предлагаемые изобретения относятся к области малой энергетики и могут быть использованы для создания энергетической установки большой мощности, выполненной в виде плавающей ветроэнергетической установки, агрегатированной с устройством для преобразования энергии движущейся воды (течений и/или приливов) в электрическую энергию и предназначенную для ее автономной работы в водоеме.
Наиболее близкой по количеству существенных признаков к вариантам предлагаемой установки является энергетическая установка, предназначенная для работы в водоеме, содержащая, установленную на кольцевом понтоне, платформу с преобразователем ветровой энергии в электрическую, выполненным в виде ветроколеса с валом и электрогенератор [Патент на изобретение Ns 2330989, Россия, МПК F03D3/06 (2006.01 ); F03D9/00 (2006.01 ); дата публикации: 10.08.2008]. В указанном документе описана плавающая ветроэнергетическая установка, содержащая преобразователь энергии, кольцевой понтон, размещенный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, поворотные лопасти, выполненные с возможностью вращения вокруг вертикальных осей, гибкие тяги, связанные с кольцевым понтоном и со ступицей преобразователя энергии, установленной с возможностью вращения соосно с кольцевым понтоном, а преобразователь энергии установлен на поворотной платформе, оснащенной лопастями, размещенными в воде с возможностью поворота вокруг вертикальных осей посредством приводов поворота, установленных на поворотной платформе, причем поворотная платформа установлена на дополнительном - центральном - понтоне, размещенном на водной поверхности так, что он окружен кольцевым понтоном. В качестве силовой трансмиссии в описанной установке использован редуктор.
Поскольку описанная установка громоздка, для ее транспортирования, монтажа и обслуживания в открытом море необходимо применение специальной грузоподъемной техники и специалистов высокой квалификации, что ведет к большим трудозатратам, а потому не всегда возможно.
Кроме того, вращающийся наружный кольцевой понтон описанной установки расходует значительную часть энергии ветра на трение о воду, а при неизбежном обрастании со временем водорослями и моллюсками доля потерь увеличивается. Дополнительный - центральный понтон - не в состоянии полностью противостоять паразитному вращающему моменту генератора, что также снижает коэффициент использования энергии ветра, а наличие трансмиссии, предназначенной для связи вала ветроротора с электрогенератором и сложная система механизмов управления надводными и подводными элементами снижают надежность установки и приводят к ее удорожанию, что ограничивает и области ее применения, и ресурс.
В основу предлагаемых изобретений поставлена задача создания вариантов такой энергетической установки, которая была бы более надежной и, одновременно, имела бы меньшую стоимость. Поставленная задача решается за счет создания условий для использования в качестве силовой трансмиссии энергетической установки вместо редуктора, как в прототипе, воды водоема, на котором размещена установка.
Поставленная задача решается в первом варианте предлагаемой установки, которая, как и известная энергетическая установка, предназначена для работы в водоеме и содержит, установленную на кольцевом понтоне, платформу с преобразователем ветровой энергии в электрическую, выполненным в виде ветроколеса с валом и электрогенератор, а, согласно изобретению, энергетическая установка содержит ветроколесо с вертикальной осью вращения и валом, соединенным спицами с ободом колеса, на котором установлены поворотные паруса- лопасти, а установка дополнена преобразователем энергии воды в электрическую энергию, кольцевой понтон выполнен в виде отдельных вертикальных цилиндрических поплавков, соединенных между собой трубчатыми элементами и снабжен якорями, платформа изготовлена в виде кольцевого монорельса, жестко закрепленного сверху на кольцевом понтоне с возможностью перемещения по нему и удержания на нем обода ветроколеса, при этом преобразователь энергии воды в электрическую энергию выполнен в виде установленных на нижней, предназначенной для размещения в толще воды, части ветроколеса, по меньшей мере двух пар выносных консолей, расположенных радиально относительно оси ветроколеса, консоли каждой пары установлены симметрично относительно оси ветроколеса на заданном уровне от плоскости монорельса, на свободном конце каждой консоли закреплен электрогенератор, приводимый в действие винтом гидротурбины, установленным с возможностью вращения в потоке воды, по меньшей мере одна пара выносных консолей обеспечена механизмом сцепления его с валом ветроколеса, а установка снабжена системой управления, предназначенной для управления работой установки в зависимости от параметров ветра и воды, а также для ее запуска и остановки. Особенностью первого варианта предлагаемой энергетической установки является и то, что, система управления содержит блок управления с соответствующим программным обеспечением, датчики направлений и мощностей потоков воздуха и воды, а также приводы механизмов сцепления, при этом соответствующие входы блока управления соединены с датчиками направлений и мощностей потоков воздуха и воды, а соответствующие выходы блока управления - с приводами механизмов сцепления.
Еще одной особенностью первого варианта предлагаемой энергетической установки является и то, что, выносные консоли и вал ветроколеса выполнены полыми.
Кроме того, особенностью первого варианта предлагаемой энергетической установки является и то, что она оборудована вспомогательным дизельгенератором, а также средствами управления и навигации, установленными с возможностью ее автономного перемещения по водоему при заторможенном ветроколесе и использования электрогенераторов в качестве двигателей.
Для обеспечения работы установки по первому варианту исполнения в условиях замерзания поверхности водоема может быть применено устройство, выполненное в виде обсадной трубы, надетой с зазором на вал ветроколеса. Обсадная труба при этом удерживается спицами, соединенными с кольцевым понтоном. Обсадную трубу располагают вертикально и частично над водой. Подводный же отрезок обсадной трубы должен заканчиваться ниже глубины возможного промерзания водоема. Внутреннее пространство между обсадной трубой и валом ветроколеса заполняют вязкой несмываемой и незамерзающей жидкостью. При этом обсадную трубу в зоне верхнего и нижнего торцов обеспечивают уплотнительными элементами.
Еще одной особенностью первого варианта предлагаемой энергетической установки является возможность утилизации энергии морских и приливных течений. Так, в безветренную погоду при помощи системы управления и механизмов торможения и сцепления электрогенераторы фиксируют в состоянии, при котором винт гидротурбины каждого электрогенератора оказывается в положении, при котором скорость вращения винта под действием потока воды оказывается наибольшей. Обод ветроколеса при этом должен находиться в заторможенном положении.
Поставленная задача решается и во втором варианте предлагаемой установки, которая, как и известная энергетическая установка, предназначена для работы в водоеме и содержит, установленную на кольцевом понтоне, платформу с преобразователем ветровой энергии в электрическую, выполненным в виде ветроколеса с валом и электрогенератор, а, согласно изобретению, энергетическая установка содержит ветроколесо с вертикальной осью вращения и валом, соединенным с ободом колеса, на котором установлены поворотные паруса-лопасти, спицами, а установка дополнена преобразователем энергии воды в электрическую энергию, кольцевой понтон выполнен в виде отдельных вертикальных цилиндрических поплавков, соединенных между собой трубчатыми элементами и снабжен якорями, платформа изготовлена в виде кольцевого монорельса, жестко закрепленного сверху на кольцевом понтоне с возможностью перемещения по нему и удержания на нем обода ветроколеса, при этом преобразователь энергии воды в электрическую энергию выполнен в виде, прикрепленных к внутренней части обода ветроколеса и/или к спицам ветроколеса выносных подвижных в вертикальной плоскости и установленных с возможностью поворота вокруг своей оси вертикальных консолей, предназначенных для их размещения в толще воды, на нижнем конце каждой из которых закреплен электрогенератор, приводимый в действие винтом гидротурбины, установленным с возможностью вращения в потоке воды, по меньшей мере одна пара выносных консолей обеспечена механизмами их подъема над верхней плоскостью монорельса, а установка снабжена системой управления, предназначенной для управления работой установки в зависимости от параметров ветра и воды, а также для ее запуска и остановки.
Еще одной особенностью второго варианта предлагаемой энергетической установки является возможность утилизации энергии морских и приливных течений. Так, в безветренную погоду при помощи системы управления и механизмов торможения и поворота электрогенераторы фиксируют в состоянии, при котором винт гидротурбины каждого электрогенератора оказывается в положении, при котором скорость вращения винта под действием потока воды оказывается наибольшей. Обод ветроколеса при этом должен находиться в заторможенном положении.
Особенностью второго варианта предлагаемой энергетической установки является и то, что система управления содержит блок управления с соответствующим программным обеспечением, датчики направлений, мощностей и температуры потоков воздуха и воды, а также приводы механизмов подъема консолей и коммутационного аппарата (магнитного пускателя) для подключения-отключения электрического кабеля к/от нагрузки при этом соответствующие входы блока управления соединены с датчиками направлений, мощностей и температуры потоков воздуха и воды, а соответствующие выходы блока управления - с приводами механизмов подъема консолей и коммутационного аппарата (магнитного пускателя) для подключения-отключения электрического кабеля к/от нагрузки.
Еще одной особенностью второго варианта предлагаемой энергетической установки является и то, что, выносные консоли и вал ветроколеса выполнены полыми.
Кроме того, особенностью второго варианта предлагаемой энергетической установки является и то, что она оборудована вспомогательным дизельгенератором, а также средствами управления и навигации, установленными для возможности ее автономного перемещения по водоему при заторможенном ветроколесе и использования электрогенераторов в качестве двигателей.
Предлагаемая энергетическая установка пригодна и для использования в незамерзающих водах и может быть выполнена сборно- разборной из отдельных сравнительно небольших узлов. При этом диаметр такой плавающей ветровой турбины может превышать 100 метров и иметь единичную мощность в несколько мегаватт.
Во время проведения патентно-информационных исследований при подготовке настоящей заявки авторами не обнаружены конструкции вариантов предлагаемой энергетической установки с указанной выше совокупностью существенных признаков, что доказывает соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения "новизна".
Технический результат, полученный в результате осуществления вариантов предлагаемого изобретения состоит в создании условий для использования в качестве силовой трансмиссии воды водоема, на котором размещена установка. Использование воды в качестве редуктора происходит следующим образом. Ветроколесо большого диаметра вращается под действием силы ветра с малой угловой скоростью и для эффективного преобразования энергии ветра в электрическую требуется либо повышающий редуктор для вращения стандартного генератора, либо многополюсный генератор большого диаметра. Однако точка, находящаяся на окружности ветроколеса, за время оборота проходит расстояние в 3, 14 ( в число Пи) раз больше диаметра, а, следовательно, установив на окружности ветроколеса или вблизи нее электрический генератор с надетой на вал гидротурбиной с оптимальным шагом лопастей и разместив его в толще воды, можно легко получить требуемое значение оборотов вала турбины для нормальной работы генератора без применения редуктора.
При этом гидротурбины, расположенные на разных уровнях под водой, вращаются синхронно с ветроколесом и вырабатывают электрическую энергию под действием давления воды, воздействующего на винт турбины. Применение вариантов предлагаемой установки не требует использования в ней тихоходных генераторов больших размеров и повышающих редукторов, но позволяет получить при этом значительную суммарную мощность. Электрическая энергия, вырабатываемая предлагаемой установкой - плавающей ветровой турбиной, практически, равна сумме энергий, вырабатываемых установленными на ней электрогенераторами. Электрогенераторы же при заторможенном ветроколесе дают возможность утилизировать энергию морских и приливных течений в безветренную погоду и продолжать выработку электроэнергии. За счет создания в установке возможности опускания в воду определенного количества электрогенераторов и удержания в воздухе - над водой остальных, предлагаемая установка позволяет вырабатывать оптимальный объем экологически чистой электрической энергии.
Отличие второго варианта установки от первого состоит в возможности создания ветроустановки большего размера, а значит производства предлагаемой установкой значительно большего количества электрической энергии, не только в ветреную погоду, но и в условиях полного штиля за счет создания условий для утилизации энергии морских и приливных течений.
Предлагаемая энергетическая установка состоит из конструктивных элементов, для изготовления которых используют известные на сегодняшний день технологические приемы, средства и материалы. Она может быть использована в качестве источника экологически чистой энергии, например, для обеспечения жизнедеятельности газонефтедобывающих платформ, в геологии, исследовательских станций, которые относятся к различным отраслям, а поэтому можно сделать вывод о том, что предлагаемое решение соответствуют критерию изобретения «промышленная применимость».
Сущность конструкции вариантов предлагаемой энергетической установки показана на схематических чертежах.
На фиг. 1 представлен внешний вид кольцевого понтона с закрепленным на нем монорельсом.
На фиг. 2 представлен внешний вид ветроколеса первого варианта предлагаемой установки.
На фиг. 3 показан первый вариант предлагаемой установки в работе. На фиг. 4 представлен внешний вид ветроколеса второго варианта предлагаемой установки.
На фиг. 5 показан второй вариант предлагаемой установки в работе. На фиг. 6 показан второй вариант предлагаемой установки в работе при половинной нагрузке.
Каждый вариант предлагаемой энергетической установки содержит кольцевой понтон, собранный из отдельных цилиндрических поплавков 1 и трубчатых элементов, размещенных между ними и снабжен якорями /не показано/. Сверху на кольцевом понтоне жестко закреплен монорельс 2 Монорельс 2 предназначен для перемещения по нему и удерживания на нем с помощью колесных блоков 3 обода 4 ветрового колеса, изготовленного из трубчатых элементов. В колесные блоки 3 встроен тормозной механизм /не показан/, предназначенный для принудительного останова обода 4 путем его взаимодействия с монорельсом 2. Тормозной механизм может быть выполнен в виде импульсного электромагнита, включение и выключение которого происходит подачей короткого импульса тока на управляющую обмотку, перемещающего якорь электромагнита с возвратной пружиной из положения "ход" в положение "торможение" и обратно и предназначен для блокирования от перемещения колесных блоков 3 при торможении или освобождении колесных блоков 3 - при свободном движении по монорельсу 2 /не показано/. На боковой поверхности обода 4 ветроколеса установлены с возможностью поворота на торсионном подвесе одинаковые треугольные паруса 5, каждый из которых расположен асимметрично относительно вертикальной оси его поворота. Ступица 6 ветрового колеса соединена с ободом 4 спицами 7. Конструкция ветрового колеса предлагаемой установки соответствует формуле к патенту Украины на полезную модель Ns 77932 "Ветровое колесо ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения ротора", опубликованной 25.02.2013 г. в официальном бюллетене Государственной службы интеллектуальной собственности Украины "Промыслова власнисть" Ns 4. Для увеличения мощности ветровое колесо может включать более одного яруса асимметрично установленных треугольных парусов. Варианты предлагаемой энергетической установки также оборудованы вспомогательными дизельгенераторами для использования электрогенераторов в качестве двигателей, а также средствами управления и навигации, установленными с возможностью автономного перемещения по водоему при заторможенном ветроколесе /не показано/.
В первом варианте предлагаемой энергетической установки преобразователь энергии воды в электрическую энергию выполнен в виде пар электрогенераторов 8 и 9, установленных на свободных концах выносных консолей, соответственно 10 и 1 1 . Консоли каждой пары 10, 1 1 расположены радиально и симметрично относительно оси ветроколеса в исходном состоянии в его нижней, предназначенной для размещения в толще воды, части на заданном для каждой пары уровне (расстоянии) от плоскости монорельса 2. Каждый электрогенератор 8 и 9 обеспечен винтом гидротурбины, приводимым в действие потоком воды. К нижней части ступицы 6, через вращающееся соединение 12 подключен электрический кабель 1 3. Причем электрогенераторы 8, установленные на парных выносных консолях 1 0, находятся в постоянном зацеплении со ступицей 6, а электрогенераторы 9, установленные на парных выносных консолях 1 1 , снабжены механизмом сцепления, предназначенным для выведения парных выносных консолей 1 1 из постоянного зацепления со ступицей 6 или введения их в зацепление /не показано/. Указанный механизм сцепления закреплен внутри полости ступицы 6 и предназначен для снижения нагрузки на ветроротор при уменьшении силы ветра. Механизм сцепления может быть выполнен в виде муфты с электромагнитным управлением, например, такой, как описана на сайте: http://www.servomech.ru/stati/vidy-elektromagnitnyh-muft Выносные консоли 10 и 1 1 , а также ступица б выполнены полыми для снижения нагрузки на колесные блоки 3.
Установка снабжена системой управления, предназначенной для управления работой установки в зависимости от параметров ветра и воды, а также для ее запуска и остановки и содержит блок управления с соответствующим программным обеспечением, датчики направлений, мощностей и температуры потоков воздуха и воды, установленные на соответствующих уровнях ступицы 6, а также привод механизма сцепления парных выносных консолей 1 1 со ступицей 6 и коммутационный аппарат (магнитный пускатель) для подключения-отключения кабеля 13 к/от нагрузки /не показано/. При этом соответствующие входы блока управления соединены с датчиками направлений, мощностей и температуры потоков воздуха и воды, а соответствующие выходы блока управления - с приводами механизма сцепления, коммутационного аппарата и тормозного механизма.
Во втором варианте предлагаемой энергетической установки преобразователь энергии воды в электрическую энергию выполнен в виде прикрепленных к внутренней части обода 4 ветрового колеса и к спицам 7 ветроколеса выносных подвижных в вертикальной плоскости и установленных с возможностью поворота вокруг своей оси вертикальных консолей 14. Консоли 14 предназначены для их размещения в исходном состоянии в толще воды. На нижнем конце каждой консоли 14 закреплен электрогенератор 8, приводимый в действие винтом гидротурбины, установленным с возможностью вращения в потоке воды. Вертикальные консоли 14 и ступица 6 выполнены полыми для снижения нагрузки на колесные блоки 3. Выносные консоли 14 обеспечены механизмами поворота и подъема над верхней плоскостью монорельса 2 /не показано/. Указанный механизм поворота и подъема вмонтирован в полости каждой вертикальной консоли 14 и может быть выполнен в виде зубчато-реечной передачи, снабженной электроприводом и электромагнитной муфтой, обеспечивающей либо выполнение подъема консоли, либо ее поворот вокруг своей оси под действием привода. Механизм поворота и подъема предназначен для снижения нагрузки на ветроротор при уменьшении силы ветра путем подъема (выведения) одного или более электрогенераторов 8 из воды. Установка снабжена системой управления, предназначенной для обеспечения ее работы под действием ветра и/или потока воды, ее запуска и остановки. Система управления содержит блок управления с соответствующим программным обеспечением, датчики направлений, мощностей и температуры потоков воздуха и воды, а также приводы механизмов подъема и поворота вертикальных консолей 14 и тормозного механизма. При этом соответствующие входы блока управления соединены с датчиками направлений, мощностей и температуры потоков воздуха и воды, а соответствующие выходы блока управления - с приводами механизмов подъема и поворота вертикальных консолей 14, включения- выключения коммутационного аппарата, предназначенного для подключения-отключения кабеля 13 к нагрузке и тормозного механизма /не показано/. В качестве блока управления может быть использован программированный контролер с соответствующим программным обеспечением.
Предлагаемая энергетическая установка - плавающая ветровая турбина - работает так.
Предварительно вблизи берега водоема, где глубина является достаточной для удерживания установки на плаву, выполняют монтаж установки. Затем, используя вспомогательный дизельгенератор, а также средства управления и навигации, установка самостоятельно с минимальным экипажем транспортируется на заданный участок водоема (моря). После прибытия на заданный участок водоема отдают два-три якоря установки и присоединяют кабель 13 через вращающееся соединение 12 к нагрузке - потребительской электросети. Вертикальные поплавки-цилиндры 2 обеспечивают рабочую осадку кольцевого понтона 1 . Ветер номинальной силы поворачивает каждый треугольный, ассиметрично установленный на торсионном подвесе, парус 5 и приводит во вращение ветроколесо с ободом 4 и перемещение последнего с помощью колесных блоков 3 по кольцевому монорельсу 2 в заданном направлении (по или против часовой стрелки), а вместе с ободом 4 заставляет совершать круговые движения в толще воды электрогенераторы 8, 9 и вырабатывать электрический ток.
В первом варианте предлагаемой установки датчики направлений, мощностей и температуры потоков воздуха и воды системы управления передают соответствующую информацию на блок управления, который, обрабатывает полученную с датчиков информацию, генерирует сигналы на приводы механизмов сцепления, предназначенные для введения или выведения парных выносных консолей 1 1 из зацепления со ступицей 6, подключения-отключения коммутационным аппаратом кабеля 13 к нагрузке и включения-выключения тормозного механизма обода 4 ветрового колеса. Так при слабом и умеренном ветре электрогенераторы 9 могут быть выведены из постоянного зацепления со ступицей 6 при помощи механизма сцепления, вмонтированного внутри ступицы 6 по сигналу из блока управления, а при усилении ветра вновь могут быть введены в зацепление. Для утилизации энергии морских и приливных течений в безветренную погоду при помощи системы управления и механизмов торможения и сцепления электрогенераторы 8 и 9 фиксируют в состоянии, при котором винт гидротурбины каждого электрогенератора 8 и 9 оказывается в положении, при котором скорость его вращения под действием потока воды оказывается наибольшей. Обод 4 ветроколеса при этом находится в заторможенном положении.
Во втором варианте предлагаемой установки датчики направлений, мощностей и температуры потоков воздуха и воды системы управления передают соответствующую информацию на блок управления, который обрабатывает полученную с датчиков информацию, генерирует сигналы на приводы механизмов поворота и подъема вертикальных консолей 14 с электрогенераторами 8.
Таким образом, осуществляется регулирование объема вырабатываемой электрической энергии, и скорости вращения ветроколеса, и винтов электрогенераторов 8. Так, при слабом и умеренном ветре для уменьшения сопротивления вращению ветрового колеса часть электрогенераторов 8 поднимают вертикальными консолями 14 над водой - над верхней плоскостью монорельса 2, а при усилении ветра - вновь опускают электрогенераторы 8 под воду. При этом ветровое колесо обеспечивает вращение электрогенераторов 8 в толще воды и выработку установкой электрической энергии. Для утилизации энергии морских и приливных течений в безветренную погоду при помощи системы управления, а также механизмов поворота и подъема каждую вертикальную консоль 14 опускают под воду на заданную глубину и поворачивают консоль вокруг своей вертикальной оси в состояние, при котором винт гидротурбины каждого электрогенератора 8 оказывается в положении, при котором скорость его вращения под действием потока воды оказывается наибольшей. Обод 4 ветроколеса при этом находится в заторможенном положении.
Таким образом, варианты предлагаемой установки позволяют не только упросить конструкцию по сравнению с установкой-прототипом за счет использования в качестве силовой трансмиссии не громоздкого и дорогого редуктора, как в установке-прототипе, а воды водоема, на котором размещена установка, но и повысить ее надежность и, одновременно, уменьшить стоимость, и, кроме того, создает возможность производства предлагаемой установкой электрической энергии, не только в ветреную погоду, но и в условиях полного штиля за счет утилизации энергии морских и приливных течений.
Перечень позиций на чертежах:
1 - цилиндрические поплавки, из которых собран кольцевой понтон;
2 - монорельс;
3 - колесные блоки;
4 - обод ветрового колеса;
5 - треугольные паруса ветроколеса;
6 - ступица ветрового колеса;
7 - спицы ветрового колеса;
8, 9 - электрогенераторы;
10, 1 1 - выносные консоли первого варианта установки;
12 - вращающееся соединение
13 - электрический кабель;
14 - вертикальные консоли второго варианта установки.

Claims

Формула изобретения.
1. Энергетическая установка, предназначенная для работы в водоеме, содержащая, установленную на кольцевом понтоне, платформу с преобразователем ветровой энергии в электрическую, выполненным в виде ветроколеса с валом и электрогенератор, отличающаяся тем, что энергетическая установка содержит ветроколесо с вертикальной осью вращения и валом, соединенным спицами с ободом колеса, на котором установлены поворотные паруса-лопасти, а установка дополнена преобразователем энергии воды в электрическую энергию, кольцевой понтон выполнен в виде отдельных вертикальных цилиндрических поплавков, соединенных между собой трубчатыми элементами и снабжен якорями, платформа изготовлена в виде кольцевого монорельса, жестко закрепленного сверху на кольцевом понтоне с возможностью перемещения по кольцевому монорельсу и удержания на нем обода ветроколеса, при этом преобразователь энергии воды в электрическую энергию выполнен в виде установленных на нижней, предназначенной для размещения в толще воды, части ветроколеса, по меньшей мере двух пар выносных консолей, расположенных радиально относительно оси ветроколеса, консоли каждой пары установлены симметрично относительно оси ветроколеса на заданном уровне от плоскости монорельса, на свободном конце каждой консоли закреплен электрогенератор, приводимый в действие винтом гидротурбины, установленным с возможностью вращения в потоке воды, по меньшей мере одна пара выносных консолей обеспечена механизмом сцепления его с валом ветроколеса, а установка снабжена системой управления, предназначенной для управления работой установки в зависимости от параметров ветра и воды, а также для ее запуска и остановки.
2. Энергетическая установка по п.1 , отличающаяся тем, что, система управления содержит блок управления с соответствующим программным обеспечением, датчики направлений и мощностей потоков воздуха и воды, а также привод механизма сцепления, при этом соответствующие входы блока управления соединены с датчиками направлений и мощностей потоков воздуха и воды, а выход блока управления - с приводом механизма сцепления.
3. Энергетическая установка по п.1 , отличающаяся тем, что, выносные консоли и вал ветроколеса выполнены полыми.
4. Энергетическая установка по п.1 , отличающаяся тем, что, она оборудована вспомогательным дизельгенератором, а также средствами управления и навигации, установленными для возможности ее автономного перемещения по водоему при заторможенном ветроколесе и использовании электрогенераторов в качестве двигателей.
5. Энергетическая установка, предназначенная для работы в водоеме, содержащая, установленную на кольцевом понтоне, платформу с преобразователем ветровой энергии в электрическую, выполненным в виде ветроколеса с валом и электрогенератор, отличающаяся тем, что энергетическая установка содержит ветроколесо с вертикальной осью вращения и валом, соединенным с ободом колеса, на котором установлены поворотные паруса-лопасти, спицами, а установка дополнена преобразователем энергии воды в электрическую энергию, кольцевой понтон выполнен в виде отдельных вертикальных цилиндрических поплавков, соединенных между собой трубчатыми элементами и снабжен якорями, платформа изготовлена в виде кольцевого монорельса, жестко закрепленного сверху на кольцевом понтоне с возможностью перемещения по нему и удержания на нем обода ветроколеса, при этом преобразователь энергии воды в электрическую энергию выполнен в виде, прикрепленных к внутренней части обода ветроколеса или к спицам ветроколеса выносных подвижных в вертикальной плоскости и установленных с возможностью поворота вокруг своей оси вертикальных консолей, предназначенных для их размещения в толще воды, на нижнем конце каждой из которых закреплен электрогенератор, приводимый в действие винтом гидротурбины , установленным с возможностью вращения в потоке воды, по меньшей мере одна пара выносных консолей обеспечена механизмами их подъема над верхней плоскостью монорельса, а установка снабжена системой управления, предназначенной для управления работой установки в зависимости от параметров ветра и воды, а также для ее запуска и остановки.
6. Энергетическая установка по п.5, отличающаяся тем, что, система управления содержит блок управления с соответствующим программным обеспечением, датчики направлений и мощностей потоков воздуха и воды, а также приводы механизмами подъема и поворота вертикальных консолей, при этом соответствующие входы блока управления соединены с датчиками направлений и мощностей потоков воздуха и воды, а соответствующие выходы блока управления - с приводами механизмов подъема и поворота вертикальных консолей.
7. Энергетическая установка по п.5, отличающаяся тем, что, вертикальные консоли и вал ветроколеса выполнены полыми.
8. Энергетическая установка по п.5, отличающаяся тем, что, она оборудована вспомогательным дизельгенератором, а также средствами управления и навигации, установленными для возможности ее автономного перемещения по водоему при заторможенном ветроколесе и использовании электрогенераторов в качестве двигателей.
PCT/UA2014/000018 2014-02-03 2014-02-03 Энергетическая установка (варианты) WO2015116016A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/UA2014/000018 WO2015116016A1 (ru) 2014-02-03 2014-02-03 Энергетическая установка (варианты)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/UA2014/000018 WO2015116016A1 (ru) 2014-02-03 2014-02-03 Энергетическая установка (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015116016A1 true WO2015116016A1 (ru) 2015-08-06

Family

ID=53757436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2014/000018 WO2015116016A1 (ru) 2014-02-03 2014-02-03 Энергетическая установка (варианты)

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2015116016A1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105649858A (zh) * 2015-12-29 2016-06-08 上海电机学院 水力轮胎发电装置
US20190145372A1 (en) * 2016-03-16 2019-05-16 Novige Ab Floating platform
WO2019190387A1 (en) * 2018-03-28 2019-10-03 Magnus Rahm Energy Consulting Ab A floating vertical axis wind turbine with peripheral water turbine assemblies and a method of operating such
FR3127259A1 (fr) * 2021-09-20 2023-03-24 Edmond Thuries Turbo-éolienne

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4050246A (en) * 1975-06-09 1977-09-27 Gaston Bourquardez Wind driven power system
EP1106825A2 (en) * 1999-12-07 2001-06-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. A wind-powered generator plant
US6997765B1 (en) * 2003-05-14 2006-02-14 Mcguinness Thomas G Vessel propelled by oscillating fin with control mechanisms
RU2330989C1 (ru) * 2006-12-21 2008-08-10 Дальневосточный государственный технический университет Ветроэнергетическая установка

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4050246A (en) * 1975-06-09 1977-09-27 Gaston Bourquardez Wind driven power system
EP1106825A2 (en) * 1999-12-07 2001-06-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. A wind-powered generator plant
US6997765B1 (en) * 2003-05-14 2006-02-14 Mcguinness Thomas G Vessel propelled by oscillating fin with control mechanisms
RU2330989C1 (ru) * 2006-12-21 2008-08-10 Дальневосточный государственный технический университет Ветроэнергетическая установка

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105649858A (zh) * 2015-12-29 2016-06-08 上海电机学院 水力轮胎发电装置
US20190145372A1 (en) * 2016-03-16 2019-05-16 Novige Ab Floating platform
US11085414B2 (en) * 2016-03-16 2021-08-10 Novige Ab Floating platform
WO2019190387A1 (en) * 2018-03-28 2019-10-03 Magnus Rahm Energy Consulting Ab A floating vertical axis wind turbine with peripheral water turbine assemblies and a method of operating such
FR3127259A1 (fr) * 2021-09-20 2023-03-24 Edmond Thuries Turbo-éolienne

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2453401C (en) Plant, generator and propeller element for generating energy from watercurrents
JP5858241B2 (ja) 波動から電気エネルギーを生成するための装置
EA014952B1 (ru) Система для генерирования энергии из потока воды с пластинчатыми блоками рабочего колеса
CN105604769B (zh) 浮式电力发电机
WO2016179048A4 (en) Systems and methods for tidal energy conversion and electrical power generation
KR101883751B1 (ko) 수류 발전 시스템용 서브시스템들
CN104763581A (zh) 一种潮流能发电机组及其偏航方法
US8461711B2 (en) Counter rotation subsurface current generator
WO2015116016A1 (ru) Энергетическая установка (варианты)
KR200386085Y1 (ko) 조류 발전 장치
CN204553079U (zh) 一种潮流能发电机组
KR20150033956A (ko) 자연에너지를 이용한 발전장치를 구비한 해양구조물
RU2330989C1 (ru) Ветроэнергетическая установка
GB2459447A (en) Tidal power generating unit
CN103850868B (zh) 一种集群聚能海流的发电系统
JP2019515193A (ja) 潮流発電機
RU2372518C2 (ru) Гидрогенератор морских течений
JP3214546U (ja) ハイブリッド小型発電装置
WO2011131792A2 (en) Wind turbine direction control
CN105065188A (zh) 风浪发电装置
KR20090059761A (ko) 입사각도 제어형 유체 흐름 블레이드가 장착된 로터장치
KR100964813B1 (ko) 수류력 발전장치
CN203161429U (zh) 垂向桨式浪潮流发电装置
CN1840892B (zh) 关于潮汐能的自动发电技术
EP2397687A1 (en) Off-shore and/or inland alternative energy source assembly

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14881034

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 20.12.2016)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14881034

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1