Вертикальноосьова вітроелектрогенераторна установка, агрегована в транспортно-енергетичну мережу

1. Вертикальноосьова вітроелектрогенераторна установка, агрегована в транспортноенергетичну мережу, яка включає стовпи транспортно-енергетичної магістралі, мережу електроживлення, підключену до електричної підстанції, мережу заземлення, вітродвигун, що встановлений на кожному або на деяких стовпах вздовж цієї транспортно-енергетичної магістралі, яка відрізняється тим, що вітродвигун виконаний вертикальноосьовим і розташований в верхній частині двох стовпів транспортно-енергетичної мережі, верхні кінці яких об'єднані горизонтальною перемичкою, до нижньої поверхні якої закріплений дріт контактний, з'єднаний зі струмознімачем транспортного засобу та/або виходом електричної підстанції, містить блискавковідвід, а на верхній поверхні перемички встановлений каркас зі стелею захисною та з підлогою технологічною, на якій встановлені радіально-опорний підшипник, генератор електричного струму та пристрій перетворення і передавання електричної енергії, підключений до одного із входів електричної підстанції, при цьому вісь вітродвигуна проходить через отвір у стелі захисній, а нижній кінець вертикальної осі вітродвигуна зчленований з підшипником радіальноопорним, який зчленований із підлогою технологічною, на якій встановлені генератор електричного струму, зчленований редуктором із віссю вітродвигуна, а вихід генератора електричного струму підключений до входу пристрою перетворення і передавання електричної енергії, вихід якого підключений до одного із входів електричної підстанції, а верхній кінець вертикальної осі вітродвигуна зчленований з внутрішньою обоймою підшипника радіального, зовнішня обойма якого зчленована з каркасом. 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що каркас є рамним і має форму зрізаного конуса. 2 (19) 1 3 Корисна модель відноситься до мереж електротранспорту, а також до використання відновлюваних джерел енергії, наприклад кінетичної енергії повітря, в мережах електротранспорту. Загальновідомо багато так званих «традиційних» мереж і систем живлення електротранспорту (тролейбусних, залізничних, метрополітену тощо), які живляться від електромережі, яка через перетворювачі (електричні підстанції) приєднана до потужних електростанцій, оснащені блискавковідводами і мережею заземлення, і не передбачають використання відновлювальних джерел енергії, наприклад кінетичної енергії повітря, що оточує електрифіковану транспортну магістраль, а саме залізничну. Найбільш близьким за технічною сутністю до корисної моделі, що заявляється, обрано технічне рішення у вигляді транспортно-енергетичної мережі, яка включає лінію електротранспорту (наприклад, тролейбусну) з дорогами, стовпами вздовж неї, які підтримують мережу електроживлення тролейбусів, з електропідстанціями, що живлять цю мережу, вітроелектрогенератори і фотоперетворювачі, наприклад плівкові, які розташовані на кожному або на деяких стовпах вздовж дороги, а також пристрої, які збирають вироблену ними електроенергію і надсилають її перетворювачам, які живлять тролейбуси, а також скидають її надлишок в загальну електромережу [див. опис патенту України №67902А, F03D9/02, В60К1/04, «Транспортно-енергетична мережа», Верхман О.А., Верхман І.О., Каспер Т.Ю., Жук І.Т., опубл. Бюл. №7, 15.07.2004р.]. Недоліками технічного рішення-прототипу є: - низький коефіцієнт використання кінетичної енергії повітря, що переміщується в зоні тролейбусної транспортно-енергетичної мережі. Це пояснюється тим, що вітрові потоки, принаймні частково, екрануються транспортними засобами і прилеглими до тролейбусної магістралі будинками і спорудами, а також тим, що кінетична енергія вітрових потоків, як правило, збільшується зі збільшенням висоти відносно рівня транспортної магістралі; - низька потужність вітроелектрогенераторних установок. Це обумовлюється тим, що вітроелектрогенераторна установка, яка розміщуються на стовпах, на рівні електричних дротів, здатна використовувати кінетичну енергію вітрових потоків, що переміщуються в більш нижніх шарах повітря, яке оточує цю транспортно-енергетичну мережу; - недостатній рівень безпеки розташування і експлуатації запропонованих вітроелектрогенераторних установок на стовпах, які підтримують мережу електроживлення тролейбусів. Це пояснюється тим, що лопаті вітродвигуна і вітродвигун у цілому як у статичному, так й у динамічному режимах є джерелами підвищеної безпеки для всього того, що знаходиться як під ними, так і поблизу від них. З урахуванням зазначених вище недоліків прототипу, в основу корисної моделі, що пропону 41355 4 ється, поставлено одночасне вирішення таких задач: підвищення коефіцієнту використання кінетичної енергії вітрових потоків, що переміщуються в зоні транспортно-енергетичної мережі та підвищення потужності установки при підвищенні рівня безпеки під час експлуатації, обслуговування та ремонту установки. Задача підвищення коефіцієнту використання кінетичної енергії вітрових потоків, що переміщуються в зоні транспортно-енергетичної мережі, вирішується тим, що вітродвигун запропонованої установки розташовується на верхніх кінцях стовпів транспортно-енергетичної мережі, які з'єднані перемичкою горизонтальною, яка одночасно підтримує й дроти мережі електроживлення транспортних засобів залізничної магістралі. Як відомо, кінетична енергія вітрових потоків, що переміщуються, суттєво збільшується зі збільшенням висоти відносно рівня транспортної магістралі. Тому підвищення рівня розташування вітродвигунів забезпечує використання й більш потужних складових кінетичної енергії повітря, що переміщується на цієї висоті в зоні транспортноенергетичної мережі під впливом атмосферних чинників, а саме: наявність градієнтів поля атмосферного тиску та/або температурного поля шарів повітря. Крим того, при такому розташуванні вітродвигуна суттєво зменшується можливість його екранування прилеглими до залізничної магістралі будинками, спорудами та транспортними засобами. Таким чином, використання більш потужних вітрових потоків, що переміщуються під впливом атмосферних чинників, і одночасне суттєве зменшення впливу ефекту екранування вітродвигуна забезпечують вирішення задачі підвищення коефіцієнту використання кінетичної енергії шарів повітря, що переміщуються в зоні транспортноенергетичної мережі, в яку агрегована запропонована вертикальноосьова вітроелектрогенераторна установка, з яких, в свою чергу, складається ряд вітроелектрогенераторних установок агрегований в транспортно-енергетичну мережу, а саме залізничну. Задача підвищення потужності вертикальноосьових вітроелектрогенераторних установок, вирішується тим, що вітродвигун кожної вертикальноосьової вітроелектрогенераторної установки розташовується в верхніх частинах двох стовпів транспортно-енергетичної мережі, верхні кінці яких об'єднані перемичкою горизонтальною (наприклад, у вигляді ферми), до нижньої поверхні якої закріплений дріт контактний, а на верхньої поверхні перемички встановлений каркас рамний у вигляді зрізаного конусу зі стелею захисною та з підлогою технологічною, на якої встановлені радіально-опорний підшипник та генератор електричного струму та пристрій перетворення і передавання електричної енергії. При цьому вісь вітродвигуна проходить через отвір у стелі захисної, при цьому нижній кінець вертикальної вісі вітродвигуна зчленований з підшипником радіально 5 опорним підшипником, а верхній кінець вертикальної вісі вітродвигуна зчленований з внутрішньою обоймою підшипника радіального, зовнішня обойма якого зчленована з каркасом рамним. При цьому рамний каркас зі стелею захисною та підлогою технологічною є вітропрозорим для горизонтальних складових потоків вітру. Внаслідок такої сукупності зв'язків між двома стовпами та перемичкою горизонтальною та встановленим на неї каркасом рамним у вигляді зрізаного конусу зі стелею захисною та підлогою технологічною та зчленованими з віссю вітродвигуна підшипниками радіально-опорним та радіальним утворюється жорстка вітропрозора конструкція вітроелектрогенераторної установки, яка здатна зберігати геометричну форму під впливом динамічних вітрових та вібраційних транспортних навантажень та статичних навантажень, які обумовлюються вагою елементів вітроелектрогенераторної установки, і тим самим забезпечувати можливість розміщення більш потужної (порівняно з прототипом) вітроелектрогенераторної установки, що складається з вітродвигуна, вертикальне положення вісі якого фіксується підшипниками радіально-опорним та радіальним, зовнішні обойми яких жорстко зв'язані з конструкцією цієї установки. При цьому вісь вітродвигуна зчленована з редуктором, вихід якого зчленований з якорем генератора електричного струму, вихід якого з'єднаний зі входом пристрою перетворення і передавання електричної енергії, якій з'єднаний з електропідстанцією. Задача підвищення рівня безпеки під час експлуатації, обслуговування та ремонту установки, що заявляється, вирішується тим, що вздовж, принаймні одного із стовпів транспортноенергетичної мережі, закріплена драбина із огорожею захисною струмопровідною (металевою), а каркас рамний у вигляді зрізаного конусу вкритий сіткою струмопровідною (металевою), яка має принаймні один горизонтальний службовий прохід між підлогою технологічною і стелею захисною, які є діелектричними, а стеля захисна має принаймні один вертикальні службовий прохід, наприклад у вигляді горизонтальних люків. При цьому над стелею захисною розташовані лопаті вітродвигуна з вертикальною віссю обертання, верхній кінець якої зчленований з блискавковідводом, а до підлозі технологічної закріплені підшипник радіальноопорний вітродвигуна з вертикальною віссю обертання та генератор електричного струму та пристрій перетворення і передавання електричної енергії. При цьому блискавковідвід та каркас рамний у вигляді зрізаного конусу та драбина із огорожею захисною струмопровідною (металевою), яка виконана із струмопровідних матеріалів (наприклад, металів), та корпус генератора електричного струму та корпус пристрою перетворення і передавання електричної енергії та відповідні елементі електропідстанції підключені до системи заземлення. В результаті цього установка, що заявляється, та всі її складові та персонал, що виконує експлуатаційні та ремонтні роботи, захищені від ураження електричним струмом, якій виникає від блискавки, 41355 6 та від зіткнення з дротом контактним, та від ураження електричним струмом в результаті порушення якості ізоляції між корпусами та струмопровідними частинами генератора електричного струму та пристрою перетворення і передавання електричної енергії. Крім того, наявність сітки струмопровідної (металевої) та підлоги технологічної та стелі захисної виключають можливість падіння на транспортну магістраль людини та/або елементів вітродвигуна та/або інструментів. Таким чином, сукупність всіх введених елементів дозволяє ефективно вирішувати задачу підвищення рівня безпеки під час експлуатації та обслуговування та ремонту вертикальноосьової вітроелектрогенераторної установки, яка заявляється, та ряду вертикально осьових вітроелектрогенераторних установок агрегованих в транспортно-енергетичну мережу, а саме залізничну. Ефективному вирішенню поставлених задач сприяє також те, що: - запропоновану вітроелектрогенераторну установку можна використовувати як поодинці, так і у складі груп установок на ділянках транспортної магістралі з максимальною кінетичною енергію вітру; - запропонована вітроелектрогенераторна установка та/або групи установок, що агреговані в транспортно-енергетичну мережу, можуть одночасно знаходяться в регіонах із суттєво різними параметрами оточуючого цю залізничну магістраль повітря (наприклад: температура, тиск). Як відомо, ці параметри атмосфери є основними причинами виникнення та існування вітру, - руху маси повітря під впливом атмосферних чинників. Унаслідок цього мінімум декілька одиниць та/або груп вітроелектрогенераторних установок будуть знаходитися під впливом кінетичної енергії вітру і виробляти електричну енергію; - запропоновану вітроелектрогенераторну установку можна також ефективно і безпечно використовувати автономно як джерело електричної енергії для потреб не електрифікованих транспортних магістралей (залізничних, автомобільних, водних) та окремих житлових приміщень та службових споруд та живлення систем контролю і сигналізації магістралей на переїздах та перетинах різних типів транспортних магістралей тощо. Корисна модель пояснюється Фіг.1, на якій зображена вертикальноосьова вітроелектрогенераторна установка агрегована в транспортноенергетичну мережу, загальний вигляд. Вітроелектрогенераторна установка агрегована в транспортно-енергетичну мережу містить два стовпи 1 транспортно-енергетичної мережі, верхні кінці яких з'єднані перемичкою горизонтальною 2, на верхню поверхню якої встановлюється каркас 3 рамний у вигляді зрізаного конусу з підлогою технологічною 4, на яку встановлені радіальноопорний підшипник 5 нижнього кінця вісі 6 вітродвигуна 7 з лопатами 25 та генератор 8 електричного струму, зчленований з віссю 6 редуктором 9, та пристрій 10 перетворення і передавання електричної енергії, вхід якого з'єднаний з виходом генератора 8 електричного струму а вихід підключе 7 ний до першого входу 11 електричної підстанції 12, вихід якої підключений до дроту контактного 13, якій прикріплений до нижньої поверхні перемички горизонтальної 2 і утворює електричний контакт зі струмознімачем 14 транспортного засобу 15, а другій вхід 16 електричної підстанції підключений до потужної електричної станції (на Фіг.1 не наведено). При цьому усередині каркасу 3 рамного у вигляді зрізаного конусу розташована стеля захисна 17, яка має отвір для проходження вісі 6 вітродвигуна 7 та люки - проходи службові вертикальні 18, а верхній кінець вісі 6 вітродвигуна 7 зчленований з блискавковідводом 19 та внутрішньою обоймою підшипника радіального 20, зовнішня обойма якого зчленована з каркасом 3 рамним у вигляді зрізаного конусу, якій вкритий сіткою вітропрозорою (струмопровідною) 21, яка має проходи 22 службові горизонтальні та з'єднана з корпусом генератора 8 електричного струму та з корпусом пристрою 10 перетворення і передавання електричної енергії та драбиною із огорожею захисною струмопровідною (металевою) 23, яка закріплена до стовпів 1 транспортно-енергетичної мережі та підключена до системи заземлення 24, до складу якої підключений корпус електричної підстанції 12 (Фіг.1). Таким чином, технічний результат полягає у тому, що запропонована корисна модель вирішує всі поставлені задачі, які пов'язані з агрегацією вертикальноосьової вітроелектрогенераторної установки в транспортно-енергетичну мережу (наприклад, залізничну), а також одночасно забезпечує розширення сфери застосування вертикальноосьової вітроелектрогенераторної установки і тому вона може бути більш ефективно і безпечно використана для перетворення кінетичної енергії повітря в електричну енергію та забезпечення нею як електрифікованих, так і не електрифікованих залізничних та/або автомобільних та/або водних шляхів сполучення та/або окремих житлових приміщень та/або службових споруд. 41355 8 Вертикальноосьова вітроелектрогенераторна установка працює наступним чином. Вітер практично безперешкодно проходить скрізь струмопровідну вітропрозору сітку 21 і каркас рамний 3, всередині якого розташований вітродвигун 7 з вертикальною віссю 6 обертання, і тисне на лопаті 25 вітродвигуна 7, вісь 6 якого обертається, перетворюючи кінетичну енергію вітру в обертовий момент вісі вітродвигуна. Через редуктор 9 обертовій момент передається на генератор електричного струму 8, який генерує електричну енергію. Відомо, що кінетична енергія вітру є суттєво нестабільною як у часі, так і за потужністю. Тому електричну енергію від генератора електричного струму 8 не можна безпосередньо передавати в електричну мережу транспортної магістралі. Для компенсації нестабільності кінетичної енергії вітру і вироблення електричної енергії певних параметрів до складу корисної моделі, що заявляється, введений пристрій перетворення і передавання електричної енергії 10, якій підключений до виходу генератора електричного струму 8. На виході пристрою перетворення і передавання електричної енергії 10 отримують електричну енергію з параметрами, які необхідні для живлення конкретної транспортно-енергетичної мережі. Вихід пристрою перетворення і передавання електричної енергії 10 підключений до одного з входів найближчої магістральної електричної підстанції 12, на другій вхід 16 якої надходить електрична енергія від потужної електричної станції, наприклад гідроелектростанції. Таким чином, магістральна електрична підстанція 12 отримує електричну енергію від двох джерел і розподіляє її у відповідності до встановленого алгоритму, зменшуючи тим самим частину електричної енергії, яка надходить від потужної електростанції і підвищуючи тим самим ефективність експлуатації транспортно-енергетичної мережі, в яку агрегована вертикальноосьова вітроелектрогенераторна установка, що заявляється. 9 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 41355 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601