Башня вітроенергетична

Реферат: Башта вітроенергетична, з опорною конструкцію з декількох окремих башт, зверху котрих утворений пристрій "магнітної левітації", що забезпечує спирання на ці башти горизонтальної кільцевої платформи-ротора ВЕУ. Пристрій "магнітної левітації", крім вертикального підтримування платформи-ротора, забезпечує горизонтальне утримання цієї платформи при будь-якому напрямі вітру. UA 73277 U (54) БАШНЯ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНА UA 73277 U UA 73277 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроенергетики. Відома вітроенергетична башта (Патент України 45294, Сироти башта вітроенергетична). Особливість цієї конструктивної системи полягає в наступному. Вітроагрегат, що вловлює енергію вітру з перетворенням її в електроенергію, закріплений в верхній частині башти ВЕУ. Головним елементом цього агрегату є кільцева платформа, що обертається навколо вертикальної осі, якою є вертикальна вісь башти. До зовнішнього контуру кільцевої платформи періодично прикріплені вітровловлювачі. Теоретичні позитиви даного рішення стримуються певними конструктивними факторами, які вимагають значного збільшення маси як безпосередньо кільцевої платформи, так і башти загалом. Негативи цього рішення значною мірою усуваються у башті, що взята за прототип (Вітроенергетична башта, Сирота А.В., Чорномиз М.Д. - заявка в Укрпатент а201110388 від 26.08.2011). Головна особливість прототипу полягає в наступному. В башті вітроенергетичній, яка включає власну опорну конструкцію та розміщену і закріплену в верхній її частині кільцеву платформу, до зовнішнього контуру котрої періодично прикріплені вітровловлювачі, при цьому сама платформа має можливість обертання навколо вертикальної осі башти, крім власної опорної конструкції, навкруг неї виконані декілька вертикальних башт, які слугують додатковими опорами кільцевої платформи, яка утримується на опорах від вертикальних та горизонтальних переміщень способом «магнітної левітації». Позитивність рішення прототипу не має прецеденту не тільки в вітроенергетиці, але загалом в енергетиці будь-якого виду, що робить його позаконкурентним в загальній енергетиці. Але рішення прототипу, при всій його позитивності, не вичерпує закладених в нього переваг, які дозволяють суттєво підвищити ефективність даного типу ВЕУ. Тому задачею нашої корисної моделі є забезпечення цих додаткових переваг вітроенергетичної башти. Поставлена задача вирішується тим, що у башті вітроенергетичній, яка включає опорну конструкцію з декількох окремих башт, зверху котрих створена конструкція «магнітної левітації», що забезпечує спирання на ці башти горизонтальної кільцевої платформи-ротора ВЕУ, згідно з корисною моделлю, пристрій «магнітної левітації», крім вертикального підтримування платформи-ротора, забезпечує горизонтальне утримання цієї платформи при будь-якому напрямі вітру. Суть корисної моделі та її ефективність пояснюються кресленням, де показаний один з варіантів цього рішення, отриманого в процесі пошуково-конструкторської розробки, виконаної в ТОВ "Укрстальконструкція" ім. В.М. Шимановського. Зокрема йдеться про експериментальну ВЕУ потужністю 20 МВт, з габаритами - висота 25 метрів, діаметр 100 метрів, розташована на висоті 200 метрів. На фігурі 1 вертикальний розріз, на фігурі 2 план, на фігурі 3 розріз Б-Б на фігурі 1, на фігурі 4 та 5 вузли ВЕУ, на фігурі 6 загальний вигляд в аксонометрії, на фігурі 7 те ж саме, але без кільцевої платформи. ВЕУ з запропонованою баштою включає власну опорну конструкцію 1 та шість додаткових башт 2, 3, 4, 5, 6, 7, розташованих на основі 17 (хоч кількість цих додаткових опорних башт може бути іншою, в залежності від конкретних умов). Всі башти, як окремі опорні елементи, об'єднані в єдину опорну конструктивну систему через перехідні мости між баштами радіальними 14 та круговими 15, розташованими періодично по висоті через п'ять поверхів. Кільцева платформа-ротор 9, з періодично встановленими на ній вітровловлювачів 8, спирається на шість додаткових опор 2, 3, 4, 5, 6, 7. Спирання здійснюється способом «магнітної левітації» через магнітну систему 10 встановлену безпосередньо на кільцевій платформі, та магнітну систему 11, встановлену зверху на вказаних шести додаткових опорах. Для утримання кільцевої платформи від горизонтальних переміщень на ній створена магнітна система 12, яка взаємодіє з магнітною системою 13, встановленою на тих же шести додаткових опорах. В результаті кільцева платформа 9 перебуває в повітряному просторі без безпосереднього механічного контакту з опорними конструкціями, які забезпечують стабільну її орієнтацію в одних і тих же координатах в процесі її обертання навкруг вертикальної осі 18 всієї вітроенергетичної башти, створеної з центральної башти 1 та шести додаткових башт 2, 3, 4, 5, 6, 7. Що стосується конструктивного і технологічного оформлення вироблення електроенергії, ми його умовно не показуємо, вважаючи, що ця задача надійно і ефективно вирішується будьяким відомим способом. Але наголошуємо, що, аналогічно прототипу, в нашому конкретному випадку всі ці способи базуються на ідеї створення магнітоелектричного генератора, в якому зазначена система «магнітної левітації» одночасно є складовою частиною цього генератора. Хоч не виключаються і інші варіанти, які можуть бути виявлені в процесі більш ґрунтовної 1 UA 73277 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 проробки. Але, незважаючи на всю множину подібних рішень, ідея самого принципу залишається незмінною, і вона досить ефективно і надійно опрацьована і досліджена. Це ж саме стосується зняття струму з генератора, і всіх інших елементів ВЕУ, які повинні забезпечувати регулювання стабільних і надійних параметрів виробленої електроенергії та надійного її накопичення і зберігання. Тобто йдеться про відповідні контролери, інвертори, та акумулюючі пристрої. Що стосується магнітних систем 10, 11, 12, 13, які забезпечують потрібну «магнітну левітацію», то їх розташування в загальній системі ВЕУ, і варіанти створення можуть бути різними в тому сенсі - з постійних магнітів, чи електромагнітів, не виключаючи сумісне використання і тих, і других. Вибір варіанта і відповідного рішення залежить від параметрів ВЕУ в усіх її компонентах, враховуючи діаметр кільцевої платформи, масу, та швидкість її обертання. Щоб проаналізувати позитивність запропонованого рішення необхідно сказати про наступне. По-перше, це рішення повністю зберігає безпрецедентні переваги прототипу, які закладені ще самою основою прототипу, представленою патентом України 45294, Сироти башта вітроенергетична. Комплекс позитивних якостей патенту України 45294 ще більше посилюється рішенням (Вітроенергетична башта, Сирота А.В., Чорномиз М.Д. - заявка в Укрпатент а201110388 від 26.08.2011), взятим за прототип представленої корисної моделі. Повернімось до нашого креслення, яке ілюструє запропоноване рішення. Як було зазначено, платформу 9 підтримують опорні конструкції в вигляді колон-башт 2, 3, 4, 5, 6 та 7. В прототипі колона 1 є головною для платформи 9, а в нашому рішенні вона не має цієї функції, суттєво підвищуючи конструктивну позитивність платформи 9 і ВЕУ загалом, про що сказано нижче. Нема потреби пояснювати, що, згідно з вище викладеним, всі ці опорні конструкції крім своєї прямої (означеної) функції не тільки доцільно, але і необхідно використати для інших, не менш важливих потреб. Зокрема йдеться про те, що кожну з означених колон-башт можна і потрібно створити як окремий багатоповерховий висотний будинок, з усіма належними для відповідної життєдіяльності спорядженнями, пристроями і комунікаціями. Отже, ми отримуємо в нашій вітроенергетичній башті опорну для платформи 9 систему, що створена з шести окремих висотних будинків, об'єднаних в єдину просторову опорну систему для платформи 9. Як здійснюється протипожежний захист людей, які перебувають в цих висотних будинках? Відповіддю на це питання є необхідність створення між цими будинками перехідних мостів, система яких може мати безліч варіантів виконання. Але в усіх випадках повинна бути забезпечена можливість евакуації людей з будь-якого висотного будинку, на будь-якому його поверсі. Наприклад з періодичністю, припустимо через п'ять поверхів (як показано на кресленні, хоч цей параметр потрібно спеціально дослідити), багатоповерховий будинок в башті 1 має перехідні містки на всі суміжні будинки в баштах 2, 3, 4, 5, 6 та 7. Зокрема в конкретному варіанті нашого креслення показані радіальні мости 14, та кругові 15. Тобто, при пожежі з будинку в башті 1 люди мають шість варіантів евакуації в суміжні будинки І на якій би висоті не відбулась пожежа, ця можливість для всіх мешканців будинку зберігається в повній мірі. Якщо ж взяти будь-який інший будинок в суміжних баштах, то з кожного з них аналогічним чином можна забезпечити мінімум три варіанта евакуації людей. Наприклад через відповідні перехідні містки з будинку в башті 2 можна через кожні п'ять поверхів переходити в суміжні будинки в башті 1, в башті 7, та в башті 3. В результаті отримуємо висотний житловий комплекс, де проблема безпеки людей вирішується максимально гарантовано. Представлена концепція принципово нової організації пожежної безпеки не виключає крім вище викладеного, що вся протипожежна структура в висотках запропонованого типу може мати певну розгалуженість в просторі цієї споруди. Тобто, ідея переважного розташування протипожежних засобів і пристроїв в верхній частині будівлі, доповнюється системою протипожежних постів чи ділянок так розповсюджених в висотці, щоб фактор виявлення пожежі і боротьба з нею розпочинались з мінімальними втратами часу, що в кінцевому підсумку доводить протипожежну безпеку в висотних будинках до ідеалу, абсолютно недосяжному в традиційній сфері протипожежної охорони. Ми показали комплекс головних безпрецедентних позитивів запропонованої корисної моделі, які в повній мірі збережені з рішення Патенту України 45294 та з рішення (Вітроенергетична башта, Сирота А.В., Чорномиз М.Д. - заявка в Укрпатент а 2011 10388 від 26.08.2011). Але задача представленої корисної моделі полягає в тому, щоб вищеозначений комплексний позитив зробити ще більш вагомим. Так от, підвищення цієї вагомості включає наступні суттєві позитиви. 2 UA 73277 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Для належного розуміння даного ствердження повернемось до креслення запропонованого рішення, загальні параметри котрого повністю співпадають з рішенням прототипу. Тобто, як вже було сказано, йдеться про експериментальну ВЕУ потужністю 20 МВт, з габаритами - висота 25 метрів, діаметр 100 метрів, розташована на висоті 200 метрів. Для прототипу (Вітроенергетична башта, Сирота А,В., Чорномиз М.Д. - заявка в Укрпатент а 2011 10388 від 26.08.2011) з такими параметрами, при аналогічній нашому рішенні швидкості обертання 4 оберти за хвилину, і при тій же потужності 20 МВт, маса кільцевої платформи становить 2500 тон. А в нашому рішенні тільки 2000 тон. Це досить суттєве зниження для надвисотного вітроагрегату, яке відповідним чином піднімає ефективність всієї ВЕУ при підвищенні експлуатаційної надійності в усіх її компонентах, котрі навіть важко осягнути в повній мірі, бо для цього потрібно провести весь комплекс пошуково-конструкторської проробки та відповідного повномасштабного експериментального дослідження, з належною перевіркою його в реальній експериментальній конструкції в реальних умовах її експлуатації. Але без усяких сумнівів маємо право стверджувати, що цей додатковий позитивний фактор запропонованого рішення стає найголовнішою передумовою усунення практично будь-яких ймовірних і вигаданих мінусів надвисоких ВЕУ такого типу. Для того, щоб цей позаконкурентний напрямок вітроенергетики в максимально стислі строки ставав масовою і головною основою енергетики всієї економіки. Позитивом запропонованого рішення, причому позитивом, який майже дорівнює вищезазначеній його перевазі, є також можливість створювати надвисотну ВЕУ, представлену на креслені, без корінної башти, позначеної на креслені позицією 1. Це означає, що можна зберегти всі вищезазначені позитиви запропонованого рішення при суттєвому підвищенні експлуатаційних якостей загальної опорної конструкції ВЕУ, функцію котрої виконують шість опорних башт, хоч кількість їх може бути і іншою, як в сторону збільшення, так і зменшення в залежності від конкретних умов. Тобто, йдеться про те, що згідно з нашим кресленням, опорна основа ВЕУ з шести опорних башт є надвисотною спорудою, функціональне призначення котрої (крім тримання ВЕУ) полягає не в менш, а по суті в більш важливому сенсі, а саме в сенсі створення супервисотної багатоповерхової будівлі, яка може слугувати для житлових, адміністративних, соціальних, торгівельних і багатьох інших потреб суспільства, які існують в мегаполісах. І зрозуміло, що йдеться про перебування в цих будівлях великої кількості людей, умови життєдіяльності котрих в цих будівлях повинні бути максимально сприятливими в усіх без винятку розуміннях цього комплексного і багатогранного поняття. Так от, в процесі конкретної проробки будівель даного типу, забезпечення максимально можливої природної освітленості і провітрювання такого гігантського багатоповерхового комплексу буде мати найважливіше значення, щоб не перетворювати такі комплекси в кам'яні або металевоскляні мішки та колодязі для величезної кількості мешканців таких комплексів. Саме усунення того, що в сучасних мегаполісах є масовим негативним явищем. Від котрого поки що нема реального спасіння, коли гонитва за безмірною вигодою створює напівтюремні умови для тих, кого втискують в ці ловушки, лишаючи божого світла. До цього можна додати, що корінна опорна башта 1 може залишатись, як показано на кресленні, але в нашому рішенні її можна зробити максимально «тендітною» (з утворенням на ній, в разі потреби, вертолітної площадки 16). З тим, щоб максимально зменшити затіняючі габарити башти 1, залишаючи при цьому максимально ефективне її головне функціональне призначення, яке пояснено в вищенаведеному рішенні прототипу (Вітроенергетична башта, Сирота А.В., Чорномиз М.Д. - заявка в Укрпатент а201110388 від 26.08.2011). Але зрозуміло, що тільки конкретні умови кожного об'єкта диктують вибір остаточного варіанта, вибір, який враховує весь величезний масив вимог до створення ефективного проекту такої споруди. Тим більше, що кожний такий об'єкт стає по суті цілим мікрорайоном в межах мегаполіса, що накладає ще більші і відповідальніші вимоги до його проектування і будівництва. Тому наголошуємо додатково, що запропоноване рішення, це принципово новий напрямок не тільки в галузі енергетики і в створенні надвисотних споруд, але й нова, найбільш благодатна основа для перетворення нині вбивчого урбанізму в найвагоміший фактор максимального сприяння Природі. 3 UA 73277 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Башта вітроенергетична, з опорною конструкцією з декількох окремих башт, зверху котрих створений пристрій "магнітної левітації", що забезпечує спирання на ці башти горизонтальної кільцевої платформи-ротора ВЕУ, яка відрізняється тим, що пристрій "магнітної левітації", крім вертикального підтримування платформи-ротора, забезпечує горизонтальне утримання цієї платформи при будь-якому напрямі вітру. 4 UA 73277 U 5 UA 73277 U 6 UA 73277 U 7 UA 73277 U 8 UA 73277 U 9 UA 73277 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10