Каркас для енергогенераторних установок

Реферат: Каркас для енергогенераторних установок являє собою опорну просторову структуру, розділену на секції зі встановленими енергоперетворюючими пристроями, з центральним вертикальним валом та основою. Опорна просторова структура, в секціях якої встановлені енергоперетворюючі пристрої, виконана у вигляді вертикальної конструкції або вертикальної конструкції з закріпленими на ній з можливістю повороту навколо її осі конструкцій горизонтально з'єднаних секцій, і секції обладнані керуючими та захисними щитками. UA 103071 U (12) UA 103071 U UA 103071 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до будівельних конструкцій, які складаються з поєднання лінійних елементів, що утворюють споруди спеціального призначення, і може бути використана для розміщення енергоперетворюючих пристроїв у вітро- і гідроенергетиці. Відомий енергогенераторний каркас, який являє собою просторову рамну конструкцію, у вертикальних рамках якої встановлені енергоперетворюючі пристрої, і рамки з'єднані горизонтальними планками [патент Франції № 2869068, МПК F01D 1/32, опубл. 21.10.05]. Даний каркас дозволяє встановлювати енергоперетворюючі пристрої малої потужності, забезпечуючи міцність і стійкість енергоперетворюючого комплексу, але не збільшує кількість енергії, одержуваної від енергоперетворюючих пристроїв. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, є енергогенераторний каркас, який являє собою опорну просторову структуру з центральним вертикальним валом, розділену на секції, в яких встановлені енергоперетворюючі пристрої, і підтримуючою частиною, описаний в патенті РФ № 2076947 [МПК F03D3/02, опубл. 10.04.1997]. Опорна структура відомого каркаса, в секціях якої встановлені енергоперетворюючі пристрої вітрильного типу, виконана у вигляді просторової зрізаної піраміди. Кожна секція утворена бічними ребрами зрізаної піраміди і розтяжками, в яких закріплені втулки, що радіально обмежують центральний вертикальний вал. В підтримуючій частині розташований електрогенераторний блок. Відомий каркас, утворений бічними ребрами і розтяжками, дозволяє витримувати навантаження, що забезпечує міцність і стійкість енергоперетворюючого комплексу, але призначений тільки для установки енергоперетворюючих пристроїв малої потужності, тому будувати каркас великої висоти економічно не вигідно, хоча енергія текучого середовища з підвищенням висоти збільшується. Цей каркас не створює додатковий перепад тисків і не покращує умови роботи енергоперетворюючих пристроїв вітрильного типу, встановлених в ньому, а ці пристрої використовують для перетворення тільки 50 % енергії потоку. Задачею технічного рішення, що заявляється, є розробка концептуальної конструкції каркаса для розміщення необхідної кількості енергоперетворюючих пристроїв великої потужності в зоні з найбільшою енергією текучого середовища, створення умов, які збільшують кількість одержуваної енергії, при покращенні можливостей і якості обслуговування енергетичного комплексу, розміщеного в ньому. Поставлена задача вирішується тим, що в каркасі, що являє собою опорну просторову структуру, розділену на секції зі встановленими енергоперетворюючими пристроями, з центральним вертикальним валом та основою, відповідно до корисної моделі, опорна просторова структура, в секціях якої встановлені енергоперетворюючі пристрої, виконана у вигляді вертикальної конструкції або вертикальної конструкції з закріпленими на ній з можливістю повороту навколо її осі конструкцій горизонтально з'єднаних секцій, і секції обладнані керуючими та захисними щитками. Секції складаються із стійок і перекриттів, при цьому секції вертикальної конструкції всередині і зовні обладнані кільцевими балками. Керуючі щитки виконані з отворами для розміщення енергоперетворюючих пристроїв, а захисні щитки виконані у вигляді поворотних або зсувних панелей і мають циліндричну або плоску форму. Крім того, кожна секція оснащена огорожами і пристроями для переміщення між секціями людей і вантажів. Основа складається з не менше двох секцій, які використовують як багатофункціональні приміщення, і вона може бути закріплена на капітальному фундаменті або самохідних шасі, або плавучих засобах. Виконання опорної просторової структури каркаса, що заявляється, у вигляді вертикальної конструкції, в секціях якої встановлені енергоперетворюючі пристрої, забезпечує не тільки міцність і стійкість енергоперетворюючого комплексу, але й дозволяє розміщувати по висоті більшу кількість енергоперетворюючих пристроїв в зоні з найбільшою енергією текучого середовища. Збільшення кількості секцій з енергоперетворюючими пристроями і щитками збільшує загальну вітрильність і перепад тисків перед і за каркасом і цим забезпечує збільшення отримання енергії енергоперетворюючими пристроями з кінетичної і потенційної енергій потоку текучого середовища. Енергоперетворюючі пристрої і щитки, встановлені в вертикально з'єднаних секціях конструкції, орієнтуються назустріч потоку текучого середовища, обертаючись навколо центрального вала і спираючись на внутрішньосекційну кільцеву балку. Закріплення на вертикальній конструкції конструкцій горизонтально з'єднаних секцій з можливістю повороту навколо її осі також дозволяє збільшити кількість енергоперетворюючих пристроїв в зоні з найбільшою енергією текучого середовища і кількість одержуваної енергії, орієнтуючи при цьому напрямок енергоперетворюючих пристроїв назустріч руху текучого середовища поворотом навколо вертикальної конструкції горизонтальних секцій, що спираються на зовнішні кільцеві балки. При постійному напрямку потоку текучого середовища секції відразу встановлюються в потрібне положення. 1 UA 103071 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вертикальна конструкція з горизонтально з'єднаними секціями, в яких встановлені енергоперетворюючі пристрої, і основою відразу розраховується як споруда з підвищеною вітрильністю. При цьому максимально збільшують площу поперечного перерізу основи для збільшення осьового моменту інерції та зменшення металомісткості конструкції каркаса. Керуючі щитки сприяють створенню умов, які збільшують кількість одержуваної енергії, направляючи потік текучого середовища, який потрапляє у фронтальну площину каркаса, до встановлених енергоперетворюючих пристроїв і перекривають простір в секції, не зайняте енергоперетворюючим пристроєм. Це збільшує швидкість потоку і кількість кінетичної енергії для перетворення, а створюваний вітрильністю каркаса перепад тиску в текучому середовищі, збільшує і кількість потенційної енергії для перетворення вітрильними енергоперетворюючими пристроями, встановленими у ньому. Для обслуговування та виконання ремонтних робіт відомих турбінних енергоперетворюючих пристроїв, розміщених на великій висоті, потрібні фахівці, які вміють працювати в складних метеорологічних умовах і які володіють не тільки технічними знаннями, але і навичками промислового альпінізму. У каркасі, що заявляється, захисні щитки мають плоску або циліндричну форму і виконані у вигляді поворотних або зсувних панелей, закривають секції каркаса від потоку текучого середовища при обслуговуванні та ремонті енергоперетворюючих пристроїв. Розташування енергоперетворюючих пристроїв в секціях не зобов'язує технічних фахівців володіти навичками промислового альпінізму. Оснащення секцій огорожами і пристроями для переміщення між ними людей і вантажів забезпечує безпечну роботу обслуговуючого персоналу. Таким чином, поліпшені можливості і якість обслуговування енергетичного комплексу, розташованого в каркасі, що заявляється, і скорочуються фінансові витрати і час на обслуговування. Основа забезпечує розміщення секцій з енергоперетворюючими пристроями в зоні з найбільшою енергією текучого середовища, при цьому можливо використання секцій основи, як багатофункціональних приміщень, наприклад, електрогенераторних, службових, побутових, складських, ангарів і т.п. Це прискорить окупність будівництва каркаса з енергетичним комплексом. Каркас, що заявляється, з встановленим в ньому енергетичним комплексом, що використовує енергію вітру, може бути встановлений на колісних або гусеничних самохідних шасі. Мобільність цього енергетичного комплексу дозволяє виконувати роботи з організації протипожежних просік в лісах, будівництві доріг, обробці сільськогосподарських земель і багато іншого. Або може бути встановлений на плавучі засоби і забезпечувати їх енергією для пересування та інших цілей. Каркас для енергогенераторних установок з енергоперетворюючими пристроями може бути встановлений у воді для використання енергії течій в річці або морі. При цьому основу каркаса встановлюють на фундаменті, розташованому на дні, або на плавучих засобах, зафіксованих якорями. Розміщення в каркасі, що заявляється, парку однотипних енергоперетворюючих пристроїв знижує матеріальні витрати, відношення ваги та вартості виготовлення каркаса, до кількості вироблюваної енергії та строків окупності. У каркас можуть бути встановлені будь-які енергоперетворюючі пристрої. Однак поширені лопатеві вітряні турбіни працюють на великих обертах, а це призводить до вібрації, значного екологічного шумового забруднення і знищення птахів лопатями турбін. Лопатеві турбіни, що працюють поруч, створюють турбулентність, яка різко знижує коефіцієнт перетворення енергії текучих середовищ. З усіх цих причин встановлювати лопатеві вітряні турбіни в каркас не доцільно. Найкраще встановлювати в каркас, що заявляється, вітрильні енергоперетворюючі пристрої з робочими поверхнями, що працюють у режимі вітрила і мають малу швидкість обертання, не створюють вібрацій, високочастотних коливань і не знищують птахів. Це дозволяє розташовувати їх в безпосередній близькості з виробництвами і житлом. З вітрильних енергоперетворюючих пристроїв найбільший коефіцієнт перетворення енергії текучого середовища і надійність мають колеса з віссю обертання, що збігається з напрямком потоку текучого середовища, і жорсткими вітрилами, закріпленими між внутрішнім і зовнішнім ободом. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями: - на фіг. 1 представлений схематичний вигляд каркаса у вигляді вертикальної конструкції: а з основою, що має у перерізі круглу форму; б - з основою, що має у перерізі квадратну форму; - на фіг. 2 представлений схематичний вигляд каркаса у вигляді вертикальної конструкції з закріпленими на ній з можливістю повороту навколо її осі горизонтальних конструкцій; - на фіг. 3 представлений схематичний вигляд секції вертикальної конструкції; - на фіг. 4 представлений схематичний вигляд конструкції горизонтально з'єднаних секцій. 2 UA 103071 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Слід врахувати, що на кресленнях представлені тільки ті деталі, які необхідні для розуміння концепції конструкції і призначення корисної моделі, а супутні обладнання та силові конструктивні елементи, що забезпечують просторову жорсткість і добре відомі фахівцям у даній галузі, на кресленнях не представлені. Каркас, що заявляється, являє собою вертикальну конструкцію 1 з центральним вертикальним валом 2, розділену на вертикально з'єднані секції 3 (фіг. 1), або вертикальну конструкцію 1 з центральним вертикальним валом 2, розділену на вертикально з'єднані секції 3, із закріпленими на ній з можливістю повороту навколо її осі горизонтальних секцій 4 (фіг. 2). Ця конструкція з'єднана з основою 5, що складається з не менше двох секцій 6, які використовують як багатофункціональні приміщення. Основа 5 може бути закріплена на капітальному фундаменті або самохідних шасі, або плавучих засобах (на фіг. не показано) і мати в перерізі круглу (фіг. 1 а) або багатогранну форму, зокрема квадратну (фіг. 1 б, фіг. 2). Всі секції складаються із стійок 7 і перекриттів 8. Секції 3 і 4 обладнані керуючими 9 і захисними 10 щитками. Керуючі щитки 9 виконані з отворами для розміщення енергоперетворюючих пристроїв 11. Захисні щитки 10 виконані у вигляді поворотних або зсувних панелей та мають циліндричну або плоску форму. Секції оснащені огорожами 12 і пристроями для переміщення між секціями людей і вантажів (на кресленні не показано). Секції 3 вертикальної конструкції обладнані внутрішніми 13 і зовнішніми 14 кільцевими балками. Внутрішня кільцева балка 13 і центральний вертикальний вал 2 призначені для повороту керуючого щитка 9 з розміщеним у ньому енергоперетворюючим пристроєм 11 назустріч потоку текучого середовища. Зовнішні кільцеві балки 14 призначені для повороту навколо осі вертикальної конструкції 1 горизонтальних секцій 4 з розміщеними в них енергопетерворюючими пристроями 11 назустріч потоку текучого середовища. У зданому в експлуатацію каркасі для енергогенераторних установок у всіх секціях в отворах керуючих щитків 9 встановлені енергоперетворюючі пристрої 11. На кресленнях не всі енергоперетворюючі пристрої показані встановленими на місце для більш повного уявлення конструкції каркаса. Монтаж каркаса для енергогенераторних установок здійснюють з використанням вантажопідйомної техніки. При цьому складання секцій здійснюють на місці монтажу і в зібраному вигляді переміщують на місце установки в каркасі для співвісного стикування з заданою точністю. Каркас, що заявляється, забезпечує розміщення необхідної кількості енергоперетворюючих пристроїв великої потужності в зоні з найбільшою енергією текучого середовища і створює умови, що збільшують кількість отриманої екологічно чистої енергії для потреб виробництва або житлового району при покращенні можливостей і якості обслуговування енергетичного комплексу. Хоча тут показаний і описаний варіант, концепція котрого визнана найкращою для здійснення корисної моделі, який заявляється, фахівцям у даній галузі техніки буде зрозуміло, що можна здійснювати різноманітні зміни і модифікації, а елементи можна замінювати на еквівалентні, не виходячи при цьому за межі об'єму домагань за цією корисною моделлю. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Каркас для енергогенераторних установок, що являє собою опорну просторову структуру, розділену на секції зі встановленими енергоперетворюючими пристроями, з центральним вертикальним валом та основою, який відрізняється тим, що опорна просторова структура, в секціях якої встановлені енергоперетворюючі пристрої, виконана у вигляді вертикальної конструкції або вертикальної конструкції з закріпленими на ній з можливістю повороту навколо її осі конструкцій горизонтально з'єднаних секцій, і секції обладнані керуючими та захисними щитками. 2. Каркас для енергогенераторних установок за п. 1, який відрізняється тим, що секції складаються із стійок і перекриттів. 3. Каркас для енергогенераторних установок за п. 1, який відрізняється тим, що секції всередині і зовні обладнані кільцевими балками. 4. Каркас для енергогенераторних установок за п. 1, який відрізняється тим, що кожна секція оснащена огорожами і пристроями для переміщення між секціями людей і вантажів. 5. Каркас для енергогенераторних установок за п. 1, який відрізняється тим, що захисні щитки мають плоску або циліндричну форму. 3 UA 103071 U 5 6. Каркас для енергогенераторних установок за п. 1, який відрізняється тим, що захисні щитки виконані у вигляді поворотних або зсувних панелей. 7. Каркас для енергогенераторних установок за п. 1, який відрізняється тим, що керуючі щитки виконані з отворами для розміщення енергоперетворюючих пристроїв. 8. Каркас для енергогенераторних установок за п. 1, який відрізняється тим, що основа складається з не менше двох секцій, які використовують як багатофункціональні приміщення. 9. Каркас для енергогенераторних установок за п. 1, який відрізняється тим, що основа закріплена на капітальному фундаменті або самохідних шасі, або плавучих засобах. 4 UA 103071 U 5 UA 103071 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6