Парусна вітрова електростанція карусельного типу

1. Парусна вітрова електростанція карусельного типу, що містить вітродвигуни, розміщені на понтонах, які розташовано у кільцевому жолобі, призначеному для заповнення водою, а також розташовані на спорудах, генератор електричного струму і автоматичний пристрій керування роботою вітродвигуна і генератора, яка відрізняється тим, що понтони з'єднані в жорстке кільце - робоче колесо, що має можливість примусового переміщення в кільцевому жолобі, в центрі якого міститься основа з розташованим на ній вертикальним валом із маточинами, до яких кріпляться спиці, з'єднані з натяжним кільцем, яке кінематично зв'язане з генератором і одночасно, за допомогою натяжних канатів, - з кожним із понтонів, а між кі U 2 (19) 1 3 37854 Відома також парусна вітрова електростанція (ПВЕС) карусельного типу [див. авт. св. №1307081, МПК 4 F03D3/00, опубл.Бюл.№16,30.04.1987р.], що містить розташований на фундаменті вертикальний вал з траверсами, встановлені на них з можливістю переміщення вздовж них лопаті, розміщені ярусами вздовж вала, і електрогенератор, кінематично з'єднаний з валом. Лопаті можуть мати також можливість повороту у вертикальній площині. Недоліком такої установки можна вважати необхідність виконання вала занадто великої висоти з високоякісних дорогих матеріалів, при роботі такого пристрою будуть спостерігатись вібрації і нагрузки на вал, що призведе до значного зниження терміну його експлуатації. Відома також найбільш близька за технічною суттю до пропонованої парусна вітрова електростанція карусельного типу [див. журнал «Изобретатель и рационализатор» №10, 1988р., с.22], що містить вітродвигуни, розміщені на понтонах, які розташовано у кільцевому жолобі, призначеному для заповнення водою, а також розташовані на спорудах, генератор електричного струму і автоматичний пристрій управління роботою вітродвигуна і генератора. Розвиток вітроенергетики в напрямку розвитку таких конструкцій є перспективним, але і вони мають ряд недоліків, основними з яких можна вважати наступні: висока металоємність, відносно низький корисний вибір потужності вітрового струменя, можливість її ефективної роботи тільки при швидкості вітру >4,5м/сек., шум низької частоти, необхідність захисту пта хів, необхідний ефективний захист від голольоду, неможливість використовувати як надійну електростанцію в безвітряний період і тому вартість електроенергії одержуваної на ній така ж висока, як і на звичайній ВЕУ. В основу корисної моделі покладено завдання такого удосконалення парусної вітрової електростанції карусельного типу, при якому забезпечується зниження коефіцієнтів тертя понтонів і води, а також інших механічних елементів конструкції, можливість виробляти електроенергію при швидкості вітру від 1 до 40м/сек., таким чином суттєво розширити технологічні можливості пристрою, що особливо важливо при використанні таких ПВЕС на гірничорудних підприємствах, у яких породні відпрацьовані відвали шахт можуть бути використані для їхньої побудови використовувати для їх будівництва інфрастр уктур у закриті і що підлягають закриттю для використання гірничі підприємства, що значно прискорить і здешевить вартість будівництва ПВЕС, а також дозволить запобігти виникненню екологічних катастроф у вигляді підтоплення земної поверхні після закриття гірничорудних підприємств, забезпечується можливість накопичення електроенергії в нічні часи і віддачі в систему години «ПІК», одночасно можлива робота ПВЕС як сонячної. Для вирішення цього завдання у парусній вітровій електростанції, що містить вітродвигуни, розміщені на понтонах, які розташовано у кільцевому жолобі, призначеному для заповнення водою, а також розташовані на спорудах, генератор 4 електричного струму і автоматичний пристрій управління роботою вітродвигуна і генератора, згідно корисної моделі понтони з'єднані в жорстке кільце - робоче колесо, що має можливість примусового переміщення в кільцевому жолобі, в центрі якого міститься основа з розташованим на ній вертикальним валом із ступицями, до яких кріпляться спиці, з'єднані з натяжним кільцем, яке кінематично зв'язане з генератором і одночасно, за допомогою натяжних канатів, - з кожним із понтонів, а між кільцевим жолобом і основою є кільцевий водозбірник, розташований нижче кільцевого жолоба по висоті, який гідравлічно зв'язаний з синхронним двигуном за допомогою турбін або насосів, призначених для впуску або випуску води з кільцевого водозбірника для отримання електроенергії, оптимальним при цьому є, коли кільцевий жолоб у поперечному перерізі має форму зрізаного конуса, що розширюється угору; на основі встановлено сонячні колектори, а водозбірник оснащений теплообмінниками і циркуляційними насосами; жолоб виконано у вигляді декількох коаксіально розташованих ємностей, призначених для заповнення водою; коли вона додатково комплектується компресорами, газовими турбінами, повітрозбірниками; коли електростанцію оснащено системою насосів, зв'язаних з герметизуючими клапанами, вмонтованими в кільцевому жолобі або жолобах; електростанція оснащена додатковим водозбірником, розташованим по висоті нижче згаданого. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що характеризує пропонований пристрій і технічними результатами, які досягаються при її реалізації, полягає у наступному. Завдяки виконанню робочого колеса у вигляді жорсткого кільця, яке утворене з'єднаними між собою понтонами і наявності вертикального вала із ступицями, до яких кріпляться спиці, з'єднані з натяжним кільцем, яке кінематично зв'язане з генератором і одночасно, за допомогою натяжних канатів, - з кожним із понтонів забезпечується можливість виробляти електроенергію при швидкості вітру від 1 до 40м/сек таким чином суттєво розширити технологічні можливості пристрою, що особливо важливо при використанні таких ПВЕС на гірничорудних підприємствах, у яких породні відпрацьовані відвали шахт можуть бути використані для їхньої побудови оскільки в цьому випадку можливо жорстке кільце виконати великих розмірів, які відповідають площі зайнятій під териконами і породній масі на них, а також використовува ти для їх будівництва інфрастр уктур у закриті для використання гірничі підприємства, що значно прискорить і здешевить вартість будівництва ПВЕС, а також дозволить запобігти виникненню екологічних катастроф у вигляді підтоплення земної поверхні після закриття гірничо-рудних підприємств. При цьому завдяки наявності кільцевого водозбірника, а також розташованню його нижче кільцевого жолоба по висоті, який гідравлічно зв'язаний з синхронним двигуном за допомогою турбін або насосів, а також завдяки наявності додаткового водозбірника розташованого ще нижче по висоті згаданого забезпечується можливість виробництва електроенергії в нічні часи і віддачі в систему 5 37854 години «ПІК»; одночасно можлива робота ПВЕС як сонячної. На кресленнях проілюстровано пропонований пристрій, де на Фіг.1 представлено вид зверху парусної вітрової електростанції, на Фіг.2 - розріз А-А на Фіг.1, на Фіг.3 - розріз Б-Б; на Фіг.4 - загальний вигляд ПВЕС при роботі в режимі «ПІК»; на Фіг.5 розріз С-С на Фіг.1; на Фіг.6 - варіант побудови сонячної електростанції на базі ПВЕС; на Фіг.7 варіант побудови пневматичної електростанції на базі ПВЕС для роботи в часи «ПІК». Парусна вітрова електростанція містить вітродвигуни 1, розміщені на понтонах 2, які розташовано у кільцевому жолобі 3, призначеному для заповнення водою, а також розташовані на спорудах, генератор електричного струму 4 і автоматичний пристрій 5 управління роботою вітродвигуна 1 і генератора електричного струму 4 (Фіг.1, 2), згідно корисної моделі понтони 2 з'єднані встик за допомогою болтів (на кресленнях не показано) в жорстке кільце - робоче колесо, що має можливість примусового переміщення в кільцевому жолобі 3, в центрі якого міститься основа 6 з розташованим на ній вертикальним валом 7 із ступицями 8, до яких кріпляться спиці 9 (Фіг.3), з'єднані з натяжним кільцем 10, яке кінематично, за допомогою ведучої секційної шестерні великого діаметра 11 зчепленою з шестернею мультиплікатора 12, зв'язане з генератором електричного струму 4 і одночасно, за допомогою натяжних канатів 13, - з кожним із понтонів 2 (Фіг.4), а між кільцевим жолобом 3 і основою 6 є кільцевий водозбірник 14, розташований нижче кільцевого жолоба 3 по висоті, який гідравлічно зв'язаний з синхронним двигуном-генератором 15 за допомогою турбін 16 (Фіг.4), які призначені для отримання електроенергії, при цьому турбіни 16 призначені для випуску води, а насоси 17 - для подачі води до кільцевого водозбірника 14, крім того на основі встановлено сонячні колектори 18, а водозбірник оснащений теплообмінниками 19 і циркуляційними насосами 20 для забезпечення роботи електростанції у тепловому режимі. Оптимальним є, коли кільцевий жолоб 3 у поперечному перерізі має форму зрізаного конуса, що розширюється угору, що сприяє підвищенню стійкості конструкції; кільцевий жолоб 3 виконано у вигляді декількох коаксіально розташованих ємностей (Фіг.2), призначених для заповнення водою, що забезпечує підвищення жорсткості робочого колеса, утвореного понтонами 2; коли електростанцію оснащено допоміжними вітронасосними установками 21 і герметизуючими клапанами 22 (Фіг.5), вмонтованими в кільцевому жолобі 3 або жолобах 3. При використанні ПВЕС з пневматичним накопичувачем енергії вона додатково комплектується компресорами 23, газовими турбінами 24, повітрозбірниками 25, для яких слугують природні (після видобутку газу, нафти) або штучні загерметизовані стовбури гірничих підприємств, 6 вона ПВЕС може бути також оснащена додатковим водозбірником 26 (Фіг.4), розташованим по висоті нижче згаданого. Вітросилова установка працює так. Спочатку кільцевий жолоб 3 заповнюється водою за допомогою насоса 17. При появі вітру зі швидкістю V=0,3-0,5м/сек вітродвигуни 1, розміщені на понтонах 2 у кільцевому жолобі 3 орієнтуються стосовно напрямку вітр у і місця їх розташування на робочому колесі, кожен індивідуально. Одночасно орієнтуються встановлені на основі допоміжні вітронасосні установки 21, призначені для переміщення води в кільцевому жолобі. Вода в жолобі 3 основи починає руха тись в заданому напрямку. Під дією двох сил, а саме рівнодіючої всіх вітродвигунів 1 і сили тертя між жолобами 3 понтонів 2 і водою робоче колесо ПВЕС починає рухатись. При досягненні ним лінійної швидкості >1м/сек його обертовий момент через систему натяжних канатів 13, натяжне кільце 10, ведучу секційну шестерню великого діаметра 11 передається на ведучу шестерню мультиплікатора 12, який розкручує ротор генератора електричного струму 4 до заданого числа обертів. При такому виконанні забезпечується значне зменшення коефіцієнта тертя в м ультиплікаторі, а також підвищення передавального числа. Стабільність обертів робочого колеса підтримується ступенем навантаження генератора електричного струму 4. При досягненні генератором електричного струму 4 номінальної потужності можуть вводитися в зачеплення з ведучою шестернею 11 додаткові мультиплікатори. Оскільки основна маса ПВЕС зосереджена в робочому колесі, то вона не боїться раптових поривів вітру і добре піддається стабілізації частоти обертів. Завдяки тому, що робоче колесо за допомогою натяжних канатів 13, які підтримують його форму і передають обертовий момент, з'єднані з натяжним кільцем 10, яке кріпиться на спицях 9, закріплених на ступицях 8, надітих на вертикальний вал 7 виключається затирання зовнішньої поверхні понтонів 2 об внутрішню поверхню кільцевого жолоба 3. При використанні ПВЕС як теплової станції на південних схила х основи монтуються сонячні колектори 18, а сам водозбірник 14 заповнюється розчином солі з підвищенням концентрації солі донизу і служить додатковим колектором сонячної станції. При заповненні водою поверхня водозбірника 14 перекривається притопленим дерев'яним настилом, який знизу утеплюється пінопластом, а зверху фарбується в чорний колір і формується у вигляді радіальних канавок для рівномірного підігріву води, що циркулює за допомогою циркуляційних насосів 20. Передача тепла споживачеві відбувається за допомогою теплообмінника 19. В часи «ПІК» вода з кільцевого водозбірника 14 по трубопроводах подається на турбіну 16, яка приводить в рух синхронний двигун - генератор 15. 7 37854 8 9 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 37854 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601