Башта вітроенергетична

Реферат: Башта вітроенергетична включає декілька опорних споруд, які несуть кільцеву горизонтальну платформу вітроенергетичної установки, що обертається навколо вертикальної осі башти. Між опорними спорудами та вітроенергетичною установкою розташована горизонтальна просторова конструктивна вставка, зовнішній контур якої в плані перевищує загальний зовнішній контур опорних споруд. UA 75558 U (54) БАШТА ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНА UA 75558 U UA 75558 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроенергетики. Відомо рішення башти вітроенергетичної [Патент України 45294, Сироти башта вітроенергетична], особливість якої полягає в наступному. Вітроагрегат, що вловлює енергію вітру з перетворенням її в електроенергію, закріплений в верхній частині башти ВЕУ (вітроенергетична установка). Головним елементом цього агрегату є кільцева платформа, що обертається навколо вертикальної осі, якою являється вертикальна вісь башти. До зовнішнього контуру кільцевої платформи періодично прикріплені вітровловлювачі. Головні особливості цього рішення полягають в наступному. Збільшуючи діаметр кільцевої платформи, ми відповідно зменшуємо швидкість обертання її навколо вертикально осі башти. Причому це регулювання швидкості обертання можна доводити до рівня, який практично усуває всі негативи традиційних ВЕУ, де вітроколесо обертається навколо горизонтальної осі вітроагрегату. Але ці надзвичайні переваги мають негативний фактор, який стримує можливість максимального використання патенту 45294. Зокрема, йдеться про наступне. Зрозуміло, що жадане для нас збільшення діаметра кільцевої платформи теоретично можна забезпечити для будь-якої наперед заданої ситуації. Але ясно і те, що виконання цього забезпечення викликає збільшення матеріалоємності, як самої платформи, так і башти, яка повинна цю платформу нести. При цьому, чим більше ми намагаємось знизити швидкість обертання платформи (за рахунок збільшення її діаметра), тим більше зростає маса самої платформи і ще більше башти. Загалом же, зростання маси ВЕУ відбувається непропорційно швидше, ніж намагання зменшити швидкість обертання платформи. Цей недолік усуває рішення (взято за прототип) - заявка в Укрпатент u 2011 11208 Сирота А.В., Чорномиз М.Д. Башта вітроенергетична. Суть цього рішення полягає в тому, що в башті вітроенергетичній, яка включає власну опорну конструкцію та розміщену і закріплену в верхній її частині кільцеву платформу, до зовнішнього контуру якої періодично прикріплені вітровловлювачі, при цьому сама платформа має можливість обертання навколо вертикальної осі башти, і крім власної опорної конструкції, навкруг неї виконані декілька вертикальних башт, які слугують додатковими опорами кільцевої платформи. Рішення прототипу виявляється настільки ефективним, що воно не тільки дозволяє перетворити вітроенергетику в головну галузь енергетики загалом, але й забезпечує створення принципово нової науково-інженерної ідеології містобудування. Тобто, створюються такі умови, коли для спорудження висотної ВЕУ, максимально ефективної з точки зору використання енергії вітру, практично усуваються матеріально-фінансові витрати на створення опорної конструкції такої ВЕУ. Тому, що функцію такої конструктивної опорної системи виконують висотні споруди самого різного призначення. Наприклад, найбільш доцільними для цього являються висотні житлові будинки, що жодним чином не стримує використання самих різних інших висотних споруд, або цілий комплекс різних таких споруд при створені конкретної вітроенергетичної башти прототипу. До цього треба додати, що об'єднання на одному висотному об'єкті житлового комплексу і ВЕУ, забезпечує безпрецедентні додаткові позитиви, які полягають в тому, що електроенергія витрачається безпосередньо в цьому ж житловому комплексі, забезпечуючи також вирішення проблеми його опалення без спеціального створення опалювальних об'єктів і систем, які подають тепло до будинку. Не кажучи вже про ряд інших позитивів, що забезпечуються використанням найдешевшої електроенергії, виробленої безпосередньо на місці її використання. Однак прототип, при всіх його перевагах, які можна і далі наводити, не використовує в повній мірі потенціал ефективності. Зокрема, головним фактором збільшення потужності ВЕУ являється збільшення діаметра кільцевої платформи ВЕУ. Так от, в прототипі, якщо намагатись збільшувати цей діаметр, виникають певні перевитрати на створення самої кільцевої платформи, бо з точки зору будівельної механіки погіршується статика і динаміка цієї системи, яка з рівномірно опертої конструкції перетворюється в консольну систему, де робота елементів (з яких вона створена) стає більш напруженою з усіма наслідками підвищення цієї напруги. Цей же фактор перенапруги виникає і для опорної системи ВЕУ загалом. Не кажучи вже, що підвищення силового навантаження так чи інакше впливає на роботу конструктивної системи ВЕУ, в якій потрібно забезпечувати роботу електричної частини з максимально сприятливими умовами, в той час, як вказана статична і динамічна силова перенапруга ці умови погіршує. Чи можна усунути вказані вади прототипу? Позитивною відповіддю на це питання і є задача нашої корисної моделі. Поставлена задача вирішується тим, що башта вітроенергетична, яка включає декілька опорних споруд, які несуть кільцеву горизонтальну платформу ВЕУ, що обертається навколо вертикальної осі башти, відрізняється тим, що між опорними спорудами та ВЕУ розташована 1 UA 75558 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 конструктивна вставка, зовнішній контур якої в плані перевищує загальний зовнішній контур опорних споруд. Суть корисної моделі та його ефективність пояснюються кресленням, де показаний один з варіантів цього рішення, отриманого в процесі пошукової конструкторської розробки, виконаної ТОВ "Укрстальконструкція" ім. В.М. Шимановського. Зокрема йдеться про експериментальну ВЕУ потужністю 30 МВт, з габаритами - висота 25 метрів, діаметр 160 метрів, розташована на висоті 200 метрів. Потужність визначена, виходячи з рішення патенту України 66969 вертикальна вітроенергетична установка, Чорномиз М.Д. На фігурі 1 фасад, на фігурі 2 вид в плані по А на фігурі 1, на фігурі 3 розріз А-А на фігурі 1, на фігурі 4 розріз Б-Б на фігурі 1. ВЕУ включає шість опорних споруд 1, 2, 3, 4, 5 и 6, що мають між собою перехідні містки 7, які одночасно являються елементами зв'язку між опорами, об'єднуючи їх в єдину просторову конструктивну систему, головна функція якої нести на собі кільцеву платформу 10 ВЕУ. Але, між платформою 10 і опорними спорудами розташована просторова конструктивна вставка 9, яка знизу приєднана до цих опорних споруд, а її верхня поверхня являється основою для розміщення на ній безпосередньо кільцевої платформи 10 ВЕУ. Крім платформи 10 інші елементи самої ВЕУ умовно не показуємо, вважаючи всі вони виконуються будь-яким відомим способом, що забезпечує видобуток електроенергії і одночасно надійно фіксує саму ВЕУ на її опорній основі. Разом з тим маємо наголосити, що аналогічно прототипу головний принцип створення ВЕУ полягає в тому, що кільцева платформа 10 спирається на свої опорні конструкції і фіксується відносно них без механічного контакту, тобто через магнітні системи. Зокрема, вертикально та горизонтально платформа 10 фіксується способом "магнітної левітації", яка може створюватись будь-яким відомим способом, як на постійних магнітах, так і на електромагнітах, або ж при їх комплексному використані. В результаті вся платформа 10 перебуває в повітряному просторі без механічного контакту з конструкціями, які фіксують її надійне і стабільне перебування в цьому просторі в одних і тих же координатах. Що стосується конструктивного і технологічного оформлення вироблення електроенергії, то ця задача також вирішується будь-яким відомим способом. Але мусимо наголосити, що в нашому конкретному випадку всі ці способи базуються на ідеї створення магнітоелектричного генератора, в якому зазначена система "магнітної левітації" одночасно являється складовою частиною цього генератора. Тобто, на цьому принципі може бути багато варіантів його реалізації, але ідея цього принципу залишається незмінною, і вона досить ефективно і надійно опрацьована і досліджена. Отже, що ми маємо на відміну від прототипу, і як це впливає на роботу вітроенергетичної башти? Створення просторової конструктивної вставки 9 забезпечує наступні позитиви. Якщо в прототипі діаметр кільцевої платформи становив 100 метрів і підвищення цієї величини викликало значні негативи для роботи самої платформи і опорної системи загалом, то в нашому рішенні нічого з цього негативу не залишається, хоч ми прийняли діаметр кільцевої платформи 160 метрів, можна і більше, якщо виникне така потреба. Тобто, всі негаразди статичного і динамічного перевантаження платформи 10 повністю знімає вставка 9, приймаючи на себе ці сили. Але виникає питання, чи матеріально-фінансові витрати на створення вставки 9 не поглинають позитив вище означений? Правильно, так би це й було, якби задача вирішувалась традиційно-примітивно, коли конструктивний елемент, або ж в нашому випадку досить об'ємна просторова конструктивна система 9 створювалась би тільки заради означеної мети. Але ще в описі заявки прототипу проголошений принцип поєднання в конструктивній системі багатьох функцій. Тоді отримуємо майже неправдоподібний результат - практично безкоштовна вартість виконаної роботи. Йдеться про наступне. В рішенні прототипу, крім означених його позитивів, забезпечується неоцінена перевага створення в межах будівельного простору висотної вітроенергетичної башти ВЕУ автономної протипожежної системи і служби, яка її експлуатує. Не повторюючи цінність цього фактора, з яким можна ознайомитись в повному описі прототипу, нагадуємо, що, для створення такої протипожежної системи і служби, потрібно (як зазначено вище) в межах будівельного простору башти ВЕУ виділити спеціально об'єм приміщень, величина якого необхідна і достатня для якісного і надійного виконання протипожежною службою покладених на неї обов'язків. В нашому рішенні, всі необхідні і достатні об'єми для протипожежної служби можна розмістити в межах будівельного простору вставки 9. Тобто, ми звільняємо себе від спеціального винайдення і створення цих об'ємів в будівельному просторі самої вітроенергетичної башти, що означає практичне вирішення потрібної задачі без матеріально-фінансових витрат для цього. Але і це не все. 2 UA 75558 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Наявність в висотній вітроенергетичній башті ВЕУ просторової вставки 9, забезпечує цілий ряд додаткових позитивних результатів. Характеризуючи протипожежну систему і відповідну до неї службу, необхідно на перше місце по важливості ставити можливість зменшення часу для потрапляння пожежних до вогнища пожежі. В цьому відношенні можливості, що забезпечує вставка 9, ні з чим порівняти неможливо. Адже в межах простору цієї конструктивної системи найліпшим чином можливо створити підходи і під'їзди на самому верху будівлі, які ні з чим не перетинаються і дозволяють найшвидше опинитись безпосередньо над вогнищем пожежі. В той же час, наявність в вставці 9 кругової консолі, забезпечує найефективнішу можливість в усіх смислах, щодо спуску пожежної команди і належного обладнання до того ж вогнища пожежі. Причому, ця можливість забезпечується найефективніше, як з зовнішнього контуру вставки 9, так і внутрішнього. До цього можна додати цілий ряд інших позитивів, які в кінцевому рахунку створюють протипожежну систему незрівнянно якіснішу від будь-якої існуючої системи аналогічного призначення. Крім означеної протипожежної системи і служби, вставка 9, маючи потрібний об'єм, може забезпечувати будь-які інші експлуатаційні і технологічні потреби висотної будівлі. Наприклад, маючи ВЕУ безпосередньо над висотними будинками будь-якого призначення, зрозуміло, що технологічні і експлуатаційні процедури, пов'язані з самою ВЕУ (акумуляція електроенергіі і все причетне до цього, тощо) може виявитись найбільш доцільним і ефективним поряд з самою ВЕУ. Не кажучи вже про експлуатаційну і технологічну службу, яка працює на ВЕУ. Будівля представлена на кресленні, як вже зазначено, передбачає опорну систему ВЕУ з шести окремих башт, поєднаних між собою перехідними містками 7. Але, при різних конкретних ситуаціях і умовах, не виключається створення більш потужної центральної башти, яка також об'єднана з сусідніми баштами перехідними містками. На всіх фігурах креслення названі конструктивні елементи позначені штрих-пунктирними лініями. В нашому рішенні цей фактор потребує особливої уваги. Тому, що наявність вставки 9, при створенні згаданої центральної башти значно посилює всі вище названі позитиви. Не менш важливо, що на центральній башті можна облаштовувати вертолітну площадка, яка створює нові переваги наявності вставки 9, забезпечуючи додаткову найбільш оперативну можливість евакуації з ВЕУ, або ж потрапляння до неї спецперсоналу в разі такої потреби. І цей же персонал, при мінімальних витратах часу через вставку 9 опиниться там, де це найбільш потрібно. Особливо необхідно відзначити наявність вставки 9 відносно наступного фактора. Центральна колона (позначена штрих-пунктирними лініями) може відігравати важливу роль як водонапірна башта, яка обслуговує всі шість позначених висотних будинків. Зрозуміло, що без наявності вставки 9 система подачі води в усі означені будинки перетворюється в досить складну справу, якщо вважати, що незалежно від висоти поверхів водозабезпечення повинно буди надійним. А от при наявності вставки 9, гарантується створення найбільш оптимальної системи розподілу води між будинками через розташування такої системи над всіма будинками одночасно. Цей фактор стає ще вагомішим, якщо додати до цього необхідність врахування пожежної ситуації в одному з будинків, коли виникає потреба відключення такого будинку від електропостачання. Таким чином, ми показали всі переваги і позитиви запропонованого рішення, яке, посилюючи і підвищуючи експлуатаційні і технологічні якості самої ВЕУ, адже потужність її зростає в півтора рази, суттєво вдосконалює всю висотну споруду з такою ВЕУ. Більш того, згаданий патент України 66969 дозволяє підвищувати загальну ефективність запропонованого рішення в процесі загального його проектування при пошуку оптимальних експлуатаційних та енергетичних характеристик ВЕУ при підвищенні загальної висоти всієї вітроенергетичної башти. Загалом представлений на кресленні варіант запропонованого рішення ілюструє одну з безлічі можливостей його конструктивного оформлення, тому тільки в процесі конкретного проектування такої споруди здійснюється певний вибір конструкції вставки 9, реалізація якої на основі запропонованої корисної моделі немає практичних обмежень стосовно існуючих технологічних можливостей, будівельних матеріалів і компоновки цієї вставки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Башта вітроенергетична, що включає декілька опорних споруд, які несуть кільцеву горизонтальну платформу вітроенергетичної установки, що обертається навколо вертикальної осі башти, яка відрізняється тим, що між опорними спорудами та вітроенергетичною 3 UA 75558 U установкою розташована горизонтальна просторова конструктивна вставка, зовнішній контур якої в плані перевищує загальний зовнішній контур опорних споруд. 4 UA 75558 U 5 UA 75558 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 6