Щогла вітроагрегату

1. Щогла вітроагрегату, що вміщує турбіну, вітроколесо, флюгер, вертикальний гратчастий стояк та пристрої для забезпечення стійкості щогли, встановлені на фундаментах, відмінна тим, що вертикальний стояк виконаний попередньо напруженим, до його стовбуру зверху жорстко приєднана турбіна з вітроколесом, лопатями і верхнім флюгером, нижній кінець стовбур у встановлений на палю з можливістю обертатись навколо своєї поздовжньої осі за допомогою жорстко приєднаного радіально-упорного підшипника, до цього стовбур у верхніми кінцями жорстко приєднані дві крайні і один середній попередньо напружений нахи 38218 пружених елементів, застосування трьох замість восьми відтяжок, кут між якими становить 120° замість 45°, необхідність влаштування під кожну відтяжку окремого фундаменту, а також необхідність згідно з ТУ постійного контролю їх натягу, необхідність збільшува ти довжину консолі щогли, яка залежить від довжини лопатей i від чого буде зростати згинаючий момент у консолі, розміщення флюгер у у зоні турбулізації повітря, застосування кутника замість труб і дроту, які мають дещо менший аеродинамічний коефіцієнт, необхідність виконувати значний об'єм робіт на будівельному майданчику за методом нарощування і неможливість застосувати метод "Падаючої стріли" з огляду на підвищен у гнучкість ненапружених елементів щогли. Таким чином, найбільш суттєвим недоліком конструкції прототипу є недостатня жорсткість і стійкість щогли при порівняно незначній висоті, на що суттєво впливає відсутність попереднього напруження її елементів. В основу винаходу поставлена задача створити щоглу до ві троагрегату, яка передбачає застосування таких її конструктивних елементів, які забезпечують можливість підвищення жорсткості і стійкості конструкції щогли шляхом попереднього напруження цих елементів. Це досягається тим, що у щоглі до вітроагрегату, яка вміщує турбіну, ві троколесо, флюгер, вертикальний гратчастий стояк та пристрої для забезпечення стійкості щогли, встановлених на фундаментах вертикальний стояк виконаний попередньо напруженим, до його стовбуру зверху жорстко приєднана турбіна з вітроколесом, лопатями і верхнім флюгером, нижній кінець стовбуру встановлений на палю з можливістю обертатись навколо своєї поздовжньої осі за допомогою радіально-упорного підшипника, жорстко з'єднаного з ним, до цього стовбур у верхніми кінцями жорстко приєднані дві крайні і один середній попередньо напружений нахильний стояк довжиною 3/4-4/5 від вертикального стояку, а нижніми кінцями вони жорстко з'єднані з обертовою рамою, що складена з пов'язаними між собою і вертикальним стояком в'язями, поперечних і радіальних стрижнів, по кінцях яких влаштовані колеса з можливістю переміщуватись по кільцеподібній рейці, жорстко приєднаній до залізобетонної плити, в свою чергу жорстко з'єднаної з палею, два інших флюгери приєднані до стовбуру вертикального стояку рівномірно по його довжині, а також до стовбур у середнього насильного стояку, кут у плані між нахильними стояками становить 45°, центр тяжіння вітроагрегату вкупі з щоглою знаходиться на осі х-х на відстані 0,5-0,8 м від вертикального стояку у бік нахильних стояків, вздовж рейки до залізобетонної плити жорстко приєднаний анкерний обмежувальний пристрій. Між відмінними суттєвими ознаками і задачею винаходу існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. На відміну від прототипу, у якому стійкість щогли забезпечена розтягнутими елементами, у винаході стійкість забезпечена стисненими елементами. На відміну від прототипу, в якому стійкість щогли залежить від кількості відтяжок, розміщених навколо вертикального стояку з однаковим у плані кутом між ними, що при куті a=45º становить 360º/45°=8 відтяжок, з яких тільки три з них на даний момент забезпечують стійкість щогли, а тому у замовленому винаході рівнозначну з вісьмома відтяжками стійкість щогли забезпечують три нахильні стояки. На відміну від прототипу, в якому стійкість щогли залежить від постійного контролю за натягом відтяжок і відновлення її первісної величини, у винаході попередньо напружені стояки не втрачають з часом величину попереднього напруження. На відміну від прототипу, в якому стійкість щогли забезпечують чотири окремо влаштовані фундаменти, осідання яких має розбіжність по величині, у винаході паля і залізобетонна плита жорстко з'єднані між собою і це зменшує їх осідання. На відміну від прототипу, в якому центр тяжіння вітроагрегату знаходиться по центру вертикального стояку, або групи стояків, у винаході він зміщений по осі х-х на 0,5-0,8 м у бік нахильних стояків, що забезпечує стійкість щогли на випадок різкої зміни напрямку вітру. На відміну від прототипу, у якому стійкість щогли залежить від довжини консольної її частини l, що впливає на величину максимального згинаючого моменту Мmax=Rl, у конструкції за винаходом цей недолік можливо усунути шля хом скорочення довжини консолі І, бо вітроколесо цьому не заважає. На відміну від прототипу, в якому більшість елементів щогли виготовлена з кутника, у конструкції за винаходом ці елементи виготовлені з труб і дроту, які згідно з СНИП 2 01.07-85 "Нагрузки и воздействия" мають аеродинамічний коефіцієнт Сх=1,2 порівняно з Сх=1,4 - для кутника. На відміну від прототипу, в якому з відомих технічних причин (наявність відтяжок) висоту щогли до вітроагрегату потужністю понад 10 kW недоцільно будува ти висотою нижче 20 м, у винаході її висоту доцільно знизити до 10 м без втрати потужності вітроагрегату, а тільки за рахунок його побудови на відкритій місцевості типу А, що згідно з даними СНиП 2.01.07-85, "Нагрузки и воздействия", при визначенні нормативного значення вітрового навантаження з формули gн°=go·K·Cx коефіцієнт К дорівнює одиниці, в той час як у випадку побудови прототипу у місцевості Б - К=0,9. На відміну від прототипу, в якому флюгер розміщують позаду турбіни у зоні турбулізації повітря, у винаході два додаткові флюгери розміщені поза цією зоною і рівномірно по довжині стовбур у, що забезпечує використання додаткового зусилля для здійснення повороту всієї конструкції навколо вертикального стояку і розподіляє по її довжині скручуючий момент Мк . На відміну від прототипу, в якому основний об'єм робіт виконують на будівельному майданчику, у винаході більшість відповідальних операцій виконують у це ху у сприятливих умовах, що забезпечує високу якість об'єкту. На відміну від прототипу, в якому застосовують при монтажі метод нарощування, пов'язаний із значним об'ємом верхолазних робіт, у винаході застосовують метод "Падаючої стріли", приклад якого наведений у книзі E.I. Беленя "Металеві 2 38218 конструкції" (М.: Стройиздат, 1986. – С. 511, мал. 25.2). Суть винаходу пояснюється кресленнями, на яких зображені: на фіг. 1 - загальний вид вітроагрегату, вид збоку; на фіг. 2 - план вітроагрегату по 1-1; на фіг. 3 - головний фасад. Позначимо деякі параметри вітроагрегату літерами: R - рівнодіюча вітрового навантаження; Мmax - максимальний згинаючий момент; Мк - скручуючий момент; l - відстань між рівнодіючою R і точкою В; gо - швидкісний напір повітря; К - коефіцієнт, що залежить від висоти об'єкту; Сх - аеродинамічний коефіцієнт. Винахід вміщує такі матеріальні об'єкти: попередньо напружений гратчастий стояк 1, згідно із заявкою № 99116223 від 16.11.1999, з розтяжками 2, стовбуром 3, вітротурбіною 4, вітроколесо з лопатями 5, радіально-упорний підшипник 6, гніздо 7, кришку 8, анкерні болти 9, палю 10, нахильні стояки 11, з розтяжками до неї 12 і стовбуром 13, радіальні стрижні 14, поперечини 15, колеса 16, рейку 17, в'язі 18, нижній і середній флюгери 19, верхній флюгер 20, пристрій 21, для натягу розтяжок 2, залізобетонну плиту 22, анкерний обмежувальний пристрій 23. Вертикальний стояк і щогли працюють на стиск від постійного навантаження вітротурбіни 4, вітроколіс з лопатями 5 і флюгеру 20. Стійкість стовбур у 3 вертикального стояку 1 забезпечують чотири попередньо напружені розтяжки 2, пропущені крізь отвори у хрестовинах (на кресленні хрестовини не позначені цифрою). Нижній кінець стовбур у 3 обпирається на радіально-упорний підшипник 6, який розміщений у гнізді 7, розташованому у торці палі 10, і який притиснений до неї кришкою 8 за допомогою болтів 9. Стовбур 3, таким чином, має один ступінь свободи навколо своєї вісі. До стовбур у 3 жорстко приєднані верхніми кінцями три попередньо напружені нахильні стояки 11, що складені з стовбурів 13, розтяжок 12, а нижні їх кінці обперті на обертову раму (ци фрою не позначену) у складі радіальних стрижнів 14 і поперечин 15, які жорстко з'єднані між собою. По кінцях радіальних стрижнів 14 розташовані колеса 16, які обперті на рейку 17, по якій вони можуть пересуватись навколо вертикального стояку 1. Стовбур 3 стояку 1 і стовбури 13 нахильних стояків 11 з'єднані між собою в'язами 18, причому стиснені в'язі виготовлені з труб, а розтягнуті - з дроту і обладнані пристроями 21 для натягу, залізобетонна плита 22 жорстко з'єднана з палею 10 і до плити 22 жорстко приєднаний обмежувальний анкерний пристрій 23 вздовж по колу рейки 17, який обме жує ступінь свободи колеса 16 у вертикальному напрямку. Від дії вітру на лопаті 5 вітроколесо обертається навколо своєї вісі, по якій спрямована рівнодіюча навантаження R, що співпадає з віссю х-х і утворює у точці В максимальний згинаючий момент Mmax на відстані l від рівнодіючої R. Цей згинаючий момент частково приймає підсилена розтяжка 2 вертикального стовбуру 3, розташована з навітреної його сторони. Постійне навантаження від вітротурбіни 4 аналогічно статичному стану сприймає стовбур 3 вертикального попередньо напруженого стояку, який працює на стиск і частково на згин. Повне навантаження від вітроагрегату несе на собі радіальноупорний підшипник 6, в якому щільно защемлений стовбур 3 вертикального стояку 1, а тому його переміщення по вертикалі відсутнє. Стійкість щогли забезпечують три нахильні стояки 11, які сприймають стискаюче навантаження від рівнодіючої R, передаючи його на обертову раму, всі елементи якої у складі радіальних стрижнів 14, поперечин 15, стовбурів 13 з'єднані в'язями 18 і утворюють досить жорстку систему, яка відповідає умовам експлуатації вітроагрегату. При зміні напрямку вітр у флюгери 19 і 20 передають скручуючий момент Мк на стовбур 3 і, крім того, флюгери 19 тиснуть на стовбур 13 середнього нахильного стояку 11 і збільшує плече прикладеного зусилля, чим допомагає всій конструкції вітроагрегату переміщуватись по рейці 17 і зайняти нормальне положення по відношенню до напрямку вітру. На випадок різкої зміни напрямку вітру стійкість щогли забезпечена анкерним обмежувальним пристроєм 23, який протидіє відриву коліс 16 від рейки 17, жорстко приєднаної до залізобетонної плити 22, яка працює як одне ціле з палею 10, вирівнюючи величину їх осідання. Сукупність суттєви х ознак, що характеризують суть винаходу, може бути багаторазово використана у будівництві енергоспоруд з одержанням технічного результату, що полягає у підвищенні жорсткості і стійкості щогли, зниженні величини згинаючого і скручуючого моментів у консольній частині щогли, забезпеченні рівномірності осідання фундаменту і можливості здійснити монтаж методом "Падаючої стріли", і це дозволяє зробити висновок про відповідність винаходу критерію "Промислова застосовність". Реалізація винаходу забезпечить досягнення таких показників: трудомісткість виготовлення щогли знизиться на 12-14%; трудомісткість монтажу щогли знизиться на 15-18%. 3 38218 Фіг. 1 Фіг. 3 Фіг. 2 4 38218 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5