Система агрегатованих пристроїв з вітроприводом для нормалізації екологічного стану водойм

Є ще 3 сторінки.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Система агрегатованих пристроїв з вітроприводом для нормалізації екологічного стану водойм, що містить вузли енергопостачання, опорний силовий вузол і виконавчі органи, яка відрізняється тим, що вузли енергопостачання виконані у вигляді системи вітроустановок малої потужності, опорний вузол виконаний у вигляді системи вантового підвісу, розташованої над водою і закріпленої по берегах водойми за допомогою наземних стаціонарних опор, виконаних у вигляді стовпів, замурованих у фундамент, ванти виконані з багатожильних металевих тросів, а опори розподілені по периметру водойми по перехресній схемі так, що ванти утворюють дві спарені перехресні підсистеми ліній, причому одна розтягнута вздовж водойми, а інша - поперек неї, утворюючи сітку покриття, до стовпів ванти кріпляться за допомогою талрепів, що дають можливість встановити необхідний для надійної фіксації вітроустановок натяг вант, поздовжні і поперечні підсистеми вант розташовані на різній висоті на відстані одна від одної і утворюють двоярусний підвіс, причому кожна лінія складається з пари вант, поздовжні і поперечні системи вант, що знаходяться на одному ярусі, перетинаються, переважно, під прямим кутом, і в місцях перетину сполучені за допомогою фланців, оснащених чотирма здвоєними об'єднаними трубчастими консолями, троси вант виконані з можливістю проходження через трубки консолей фланця і затиснення після штатного їх натягу за допомогою фіксаторів, фланці верхнього і нижнього ярусів жорстко з'єднані трубчастою стійкою, ротори вітроустановок розміщені над системою підвісу, вітроприймальним органом кожного пристрою служить багатолопатевий ротор Савоніуса, який має не менше 3-х лопатей, лопаті ротора встановлені на трансмісійному валу, який має дві точки опори у вигляді опорно-підшипникових вузлів, встановлених на фланцях, вал з'єднує ротор Савоніуса з підводним активатором, який виконаний у вигляді круглої силової рами, що складається із щічок, між якими розкріплені плоскі лопаті, причому верхня щічка має форму суцільного диска, а нижня виконана у вигляді кільця, нижній кінець вала кріпиться до верхньої щічки силової рами активатора, на верхній щічці встановлений затоплений понтон, виконаний у вигляді циліндричної ємкості з центральним отвором для проходу вала, площини лопатей активатора встановлені під кутом до напрямку обертання, притому кут нахилу площин відносно дотичної до траєкторії руху лопатей перебуває, залежно від потужності вітроустановки, в діапазоні від 60° до 30°, зовнішній торець кожної лопаті виступає за габарити рами і має зубчастий обріз, в середній частині площин кожної лопаті перпендикулярно до площин лопатей розміщені поперечні інтерцептори, виконані у вигляді гребінчастої пластинки невеликої ширини.

Текст

Реферат: Система агрегатованих пристроїв з вітроприводом для нормалізації екологічного стану водойм містить вузли енергопостачання, виконані у вигляді системи вітроустановок малої потужності, та опорний силовий вузол, виконаний у вигляді системи вантового підвісу, розташованої над водою і закріпленої по берегах водойми за допомогою наземних стаціонарних опор, виконаних у вигляді стовпів, замурованих у фундамент. Опори розподілені по периметру водойми по перехресній схемі так, що ванти утворюють дві спарені перехресні підсистеми ліній, причому одна розтягнута вздовж водойми, а інша - поперек неї, утворюючи сітку покриття. Поздовжні і поперечні підсистеми вант розташовані на різній висоті на відстані одна від одної і утворюють двоярусний підвіс, причому кожна лінія складається з пари вант. Поздовжні і поперечні системи вант, що знаходяться на одному ярусі, перетинаються. Ротори вітроустановок розміщені над системою підвісу. Вітроприймальним органом кожного пристрою служить багатолопатевий ротор Савоніуса, який має не менше 3-х лопатей. Лопаті ротора встановлені на трансмісійному валу, що з'єднує ротор з підводним активатором, який виконаний у вигляді круглої силової рами, що складається із щічок, між якими розкріплені плоскі лопаті, причому верхня щічка має UA 114693 C2 (12) UA 114693 C2 форму суцільного диска, а нижня виконана у вигляді кільця. Площини лопатей активатора встановлені під кутом до напрямку обертання. Зовнішній торець кожної лопаті виступає за габарити рами і має зубчастий обріз. В середній частині площин кожної лопаті перпендикулярно до площин лопатей розміщені поперечні інтерцептори, виконані у вигляді гребінчастої пластинки невеликої ширини. UA 114693 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до енергетики, а саме - до проблематики, пов'язаної з розробкою пристроїв, що утилізують поновлювані ресурси природної енергії і використовують їх для поліпшення екологічного стану внутрішніх прісних водойм, і може бути використаний також при проектуванні вітроенергетичних електростанцій. У континентальних регіонах України зі слабкими і переривчастими вітрами вітроенергоустановки (ВЕУ) великої потужності можуть бути тільки комбінованими, щоб для забезпечення безперервного енергопостачання споживачів можна було застосовувати буферні режими, які перекривають штильові паузи за рахунок енергії від сонячних батарей, а також за рахунок витрати ресурсної енергії з накопичувачів. Оскільки великогабаритні установки, які оснащені різнотипними перетворювачами енергії (вітрової та сонячної), є пристроями великий конструкційної складності і вимушеної складності управлінських алгоритмів, то вони при мінливих енергопотоках уразливі і нестійкі в експлуатації. Отже, великі мегаватні ВЕУ нерентабельно використовувати в регіонах, середньорічна швидкість вітру в яких менше 5 м/с. Ці недоліки можуть бути значно зменшені або зняті організацією збору енергії малими порціями, за допомогою систем пристроїв малої потужності, розподіленими по великій площі з подальшим збором енергії на спільному накопичувачі. Цей метод може бути реалізований прийомом дроблення, тобто заміною однієї великої мегаватної установки системою малих (5-10 кВт), простих і не потребуючих додаткових систем управління. Такі системи мають динамічні параметри, які статистично усереднюються, і тому збити режим їх роботи невдалим збігом обставин набагато важче. Відома вантова вітроенергетична установка за патентом РФ 2484295, МПК F03D 3/00 (2006.01), автори: Мілкін В.І., Калитенко Н.В., Коробко О.М., Новожилов А.П., заявник і патентовласник: Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти "Мурманський державний технічний університет" (ФДБОУВПО "МДТУ"), - № 2011137695/06, заявл. 13.09.2911, опубл. 10.06.2013. Установка містить один вітрогенератор і електрогенератор, встановлені на пристрої підвісу, нижній кінець якого закріплений на фундаменті. Пристрій підвісу включає в себе внутрішню вісь, вал вітрогенератора і вал електрогенератора, виконані трубчастими, з'єднані між собою і встановлені на внутрішню вісь з можливістю їх вільного обертання навколо неї. Верхній кінець внутрішньої осі за допомогою гнучкої тяги і за допомогою пристроїв фіксації підвішений до природних виступів, до штучних конструкцій або споруд. Вал вітрогенератора з'єднаний з валом електрогенератора за допомогою муфти і встановлений на внутрішню вісь через рухомі з'єднання. До недоліків аналога слід віднести те, що конструкція системи підвісу механічно вразлива з боку дії реактивного крутильного моменту з боку генератора, а також те, що підвіс є комбінованим, котрий, як такий, вимагає наявності стаціонарного фундаменту для кріплення нижнього кінця підвісу. Найбільш близьким до винаходу технічним рішенням, прийнятим за прототип, є комбінована установка водного базування за пат. України 110986, МПК (2016.01): F03D 3/02, 9/10, 9/37, 13/25; H01L 31/042; H02S 20/30; F03B 13/00, "Сонячна комбінована енергоустановка водного базування", автори: Дзензерський В.О., Тарасов С.В., Костюков І.Ю. і Буряк О.А., заявник і патентовласник: Інститут транспортних систем і технологій НАНУ "Трансмаг", - № а2014 01463, заявл. 14.02.2014, опубл. 10.03.2016, Бюл. № 5. Нерухома опора установки розміщена на території замкнутої водойми і виконана у вигляді трубчастої колони, діаметр якої в нижній половині більше, ніж у верхній, встановленої на фундаменті, заглибленому в донний ґрунт водойми, сонячна енергоустановка містить сонячну батарею, закріплену на середній частині опори, а також оснащена допоміжними агрегатами вітроустановкою типу Дар'є, розміщеної у верхній частині опори, вітроустановкою типу Савоніуса, розташованою в нижній її частині, і затопленим понтоном, що служить для перемішування шарів стоячої води водоймища, причому сонячна батарея, вбудована вітроустановка Савоніуса і понтон складають єдиний модуль, вузли якого механічно пов'язані між собою і підвішені на колоні за допомогою системи опорно-підшипникових вузлів, верхня вітроустановка містить ротор Дар'є, що складається з лопатей, закріплених за посередництвом траверс на валу, який з'єднаний з редуктором і електрогенератором, встановленими всередині порожнини колони, в нижній її частині, нижче ватерлінії, сонячна батарея виконана у вигляді об'ємної башти, яка має форму зрізаного пірамідального багатогранника, башта спирається на верхню площину рухомої силової площадки, яка за допомогою системи траверс закріплена на колоні через опорно-підшипниковий вузол, на нижній площині рухомої силової площадки в круговій упорядкованості жорстко закріплена система вертикальних стрижнів, що з'єднують її з затопленим понтоном, який служить водночас вузлом для перемішування води, і виконаним у вигляді тороїдальної ємкості, підвішеної на стрижнях, які жорстко кріпляться на суцільний 1 UA 114693 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кільцевої вставці, що перекриває центральний отвір понтона, стрижні оснащені лопатями жолобоподібного профілю, встановленими з однаковою орієнтацією, на боковій поверхні понтона встановлені лопатки, увігнуті в сторону, що співпадає з напрямком обертання понтона, водотоннажність понтона дорівнює сумарній вазі всіх вузлів, що спираються на нього, понтон занурений на глибину, що перевищує товщину льоду при максимально холодній зимі в даному регіоні, під понтоном встановлений сифонний вузол, нерухомо закріплений на колоні, та виконаний у вигляді порожнистого циліндра з центральним прорізом і перфорованою бічною поверхнею, у внутрішньому об'ємі башти на колоні нерухомо закріплена технологічна площадка, на якій розміщений компресор, що нагнітає повітря в сифонний вузол через трубопровід, який проходить усередині порожнини колони, крім того на площадці розміщена батарея накопичувальних акумуляторів. До недоліків прототипу слід віднести те, що за своїми конструктивними особливостями і потужнісними показниками, вона може працювати тільки при швидкості вітрових потоків перевищуючих 5 м/с. Внаслідок цього ареал її застосування виключає значну частину континентальних регіонів України. Крім того, монтаж установки в місці експлуатації вимагає споруди потужного підводного фундаменту, що є занадто витратною статтею при розміщенні її на території внутрішніх водойм. Крім того, установка надмірно складна як конструктивно, так і в управлінні. В основу запропонованого технічного рішення поставлена задача створення енергетичної системи, зіставленої з багатьох агрегатів спрощеної конструкції, здатної ефективно функціонувати при швидкостях повітряних потоків менше 5 м/с і покривати велику поверхню водойм зі стоячою водою, а також активно впливати на екологічний стан водойми шляхом зміни структури води. Поставлена задача вирішується тим, що вузли енергопостачання виконані у вигляді системи вітроустановок малої потужності, опорний вузол виконаний у вигляді системи Байтового підвісу, розташованої над водою і закріпленою по берегах водойми за допомогою наземних стаціонарних опор, виконаних у вигляді стовпів, замурованих у фундамент, ванти виконані у вигляді багатожильних металевих тросів, а опори розподілені по периметру водойми по перехресній схемі так, що ванти утворюють дві спарені перетинні підсистеми ліній, причому одна розтягнута вздовж водойми, а інша - поперек неї, утворюючи сітку покриття, до стовпів ванти кріпляться за допомогою талрепів, що дають можливість встановити необхідне для надійної фіксації вітроустановок натяг вант, поздовжні і поперечні підсистеми вант розташовані на різній висоті на відстані Н одна від одної і утворюють двоярусний підвіс, причому кожна лінія складається з пари вант, поздовжні і поперечні системи вант, що знаходяться на одному ярусі, перетинаються, переважно, під прямим кутом, і в місцях перетину скріплені за допомогою фланців, оснащених чотирма здвоєними об'єднаними трубчастими консолями, троси вант проходять через трубки консолей фланця і можуть бути затиснуті після штатного натягу тросів за допомогою фіксаторів, фланці верхнього і нижнього ярусів жорстко з'єднані трубчастої стійкою, ротори вітроустановок розміщені над системою підвісу, вітроприймальним органом кожного пристрою служить багатолопатевий ротор Савоніуса, який має не менше 3-х лопатей, лопаті ротора встановлені на трансмісійному валу, який має дві точки опори у вигляді опорнопідшипникових вузлів, встановлених на фланцях, вал з'єднує ротор Савоніуса з підводним активатором, який виконаний у вигляді круглої силової рами, що складається з щічок, між якими розкріплені плоскі лопаті, причому верхня щічка має форму суцільного диска, а нижня виконана у вигляді кільця, нижній кінець вала кріпиться до верхньої щічки силовий рами активатора, на верхній щічці встановлений затоплений понтон, виконаний у вигляді циліндричної ємкості з центральним отвором для проходу вала і штанги, площини лопатей активатора встановлені під кутом до напрямку обертання, притому кут нахилу площин відносно дотичної до траєкторії руху лопатей α перебуває, залежно від потужності вітроустановки, в діапазоні від 60° до 30°, зовнішній торець кожної лопаті виступає за край рами і має зубчастий край, в середній частині площин кожної лопаті перпендикулярно до площин лопатей встановлені поперечні інтерцептори, виконані у вигляді гребінчастої пластинки невеликої ширини. Розкриємо суть технічного рішення, що патентується, і проведемо порівняльний аналіз характерних ознак прототипу і патентованого пристрою. Проблема екологічної стійкості малих водойм має (крім інших) дуже важливий аспект, який полягає в наступному. Замкнені природні водойми, які мають джерельне живлення від водоносних ґрунтових горизонтів не тільки отримують водообмін типу "приплив-випаровування", але й завдяки струменевому характеру "функціонування" джерельних виходів насичуються дрібновихоровими утвореннями. Наявність природних "генераторів" довгоживучих вихорових структурних елементів води важливі для здоров'я водойм тим, що їх концентрована присутність 2 UA 114693 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пригнічує ріст і розмноження мікроскопічних патогенних водоростей та організмів, представлених як синьозеленими водоростями, так і різноманітними видами фітопланктону. Адже тільки їх надмірне розмноження кладе початок автотрофним процесам, що призводять водойми до деградації. Життєдіяльність макроводоростей, навпаки, автоматично утримує основні екологічні показники води (такі як лужний показник, рівень розчиненого кисню, азоту та ін.) в межах норми, тобто ці рослини самі контролюють і підтримують здоров'я середовища свого існування. Штучні (наливні) водойми не пов'язані з ґрунтовою системою водної циркуляції і з цієї причини стають беззахисними перед заселенням їх патогенними мікроорганізмами. Агресія фітопланктону, що переноситься птахами, в жарку пору року носить стрімкий характер. Тому навіть заселення водойми такими видами риб, які харчуються фітопланктоном, не завжди може виправити положення. Надходження ж свіжої води буває тільки від дощів, але вона забруднена органікою і мікроелементами, які тільки прискорюють ріст патогенної флори. Найважливішим недоліком наливних водойм, які не мають ключів, є занадто низький рівень насиченості вихоровими утвореннями. Таким чином, вони мають слабку ланку в системі забезпечення екологічної безпеки. Підвищення цього показника дасть можливість зрівняти такі водойми з природними озерами по параметру екологічної захищеності. Цій меті і служить система, що патентується. Структура насиченої вихорами води пригнічує життєдіяльність синьозелених водоростей і фітопланктону. Турбулентний режим течії, а також помітна густина дрібних вихрових утворень, які розходяться далеко по водоймі, змінює параметри середовища в несприятливий для водоростей бік. Перешкоджаючи тим самим збільшенню їх маси. Однією з основних функцій установки-прототипу є збудження в стоячому водному середовищі сильних примусових течій. Пристрій, що патентується, відрізняється тим, що його робочі органи будять не відкрите джерело струменевих течій, які розходяться радіально. Основним завданням є зміна структури води, що виражається у виробництві малогабаритних вихрових утворень. Радіус впливу агрегатованого пристрою набагато перевищує радіус робочого органа. Це обумовлено тим, що сильно турбулізовані течії слабо гальмуються у водному середовищі. Установка-прототип локалізована в одному місці водойми, і для водойм з великою площею водної поверхні є недостатньою. Система ж агрегатованих пристроїв, що патентується, може бути розподілена по поверхні водойми практично будь-якого розміру. З метою спрощення конструкції і можливості отримання енергії тільки від вітрових потоків установку великої потужності розбивають на декілька дрібних пристроїв, які мають тільки вітропривід. Ротором ВЕУ служить багатолопатевий (4-6 лопатей) ротор Савоніуса. Існує твердження, що в областях із середньорічними швидкостями вітру менше 5 м/с використання енергії вітру нерентабельно. Однак це твердження не поширюється на малі (5-10 КВт) вітросилові установки, які легко розганяються. Вони роблять здійсненою можливість енергопостачання материкових територій, де більшість областей має середньорічні швидкості вітру менше 5 м/с. Такі ВЕУ прості і дешеві в монтажі, експлуатації та ремонті, не вимагають при роботі практично ніякого обслуговування, періодичного підлаштування тощо. Такого комплексу важливих властивостей не має жоден клас нетрадиційних енергетичних установок. Причому енергопостачання вони можуть забезпечити в регіонах із середньою швидкістю вітру всього 3-5 м/с. Такі пристрої, об'єднані в систему з функціональною однотипністю, і тому значною мірою незалежні один від одного. А пов'язані фізично тільки підвісним (вантовим) способом кріплення на робочих місцях. При виході з ладу однієї з них, не відбувається нічого катастрофічного крім деякого падіння потужності. Системи таких малопотужних ВЕУ (вітропарки) можуть бути ефективними при дислокації на поверхні внутрішніх товарних водойм для розведення риби. У схемі, що патентується, зібрана енергія використовується на місці для активації застійних областей непроточних водойм. Відсутність твердої опори у системи, що патентується, може здатися недоліком. Адже навантаження на ротор Савоніуса і на активатор не можуть бути однотипними і компенсуватися. Однак, жорстка зв'язаність відповідних пар фланців, здійснюваних за рахунок міцності трубчастої стійки, а також досить великий розмір базової ділянки роблять динаміку (можливі коливання, вібрації і різного роду зсуви) вузла близькою до динаміки монолітного тіла. Тому вказані типи мікрозміщень вузлів відбуваються без самостійного зміщення окремих їх частин, і тому не впливають на основні функції пристроїв. Варто врахувати, що робота установкипрототипу, жорстко закріпленої на фундаменті все одно відбувається в умовах впливу неконтрольованих деформацій різних деталей пристрою, з якими справляється тільки достатня пружність матеріалів. Крім того, робочі і виконавчі органи пристроїв системи, що патентується, 3 UA 114693 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 класу потужності менше 5 кВт мають невеликі розміри, тому плечі діючих сил відносно малі у порівнянні із прототипом і не потребують надмірного резерву міцності. Для утворення вихорів використовується горизонтальне водяне колесо, так званий, активатор. Лопаті активатора виконані у вигляді плоских пластин, встановлених похило по відношенню до траєкторії руху. Тиском на нерухомі маси води під час обертання активатора лопаті змушують їх скочуватися по своїм похилим поверхням, утворюючи турбулізовані струмені. Турбулізація обумовлена обтіканням інтерцепторів та зовнішніх торців лопатей. При обтіканні формуються відривні вихори, які після втрати контакту з лопатями замикаються, капсулюють енергію, дістати назад яку механічними засобами неможливо. Такі струмені здатні віддалятися від активатора на значні відстані, не змінюючи форми. Таким способом енергія крутильного моменту, що передається по кінематичному контуру на лопаті ротора, перетворюється в кінетичну енергію збуджених водяних струменів. Діапазон нахилу лопатей вибрано таким (від 60° до 30°), щоб гідродинамічний опір при розгоні зростав повільно і не завадив роботі вітропривода. Затоплений понтон служить вузлом підпору кожного агрегатованого пристрою, для чого водотоннажність понтона має той же порядок, що і вага пристрою. Зняття гравітаційного навантаження з вантової системи підвісу вирішує всі проблеми, пов'язані з натягом тросів, відтак, в системі, що патентується, значними є набагато безпечніші горизонтальні навантаження. Застосований понтон знаходиться нижче рівня води, тому не піддається дії хвиль. В іншому випадку коливання пристроїв могли б негативно відбитися на стійкості системи. Роль понтона в прототипі менш важлива, і без нього установка може нормально функціонувати. Відсутність понтонів може сказатися тільки на терміні служби установки в цілому. Установка-прототип вимагає витратного будівництва масивного фундаменту, що пов'язане з проведенням підводних робіт в розм'якшеному донному ґрунті. Вантовий же спосіб кріплення системи, що патентується, дозволяє перенести силові опори на берегову лінію, на міцний сухий ґрунт. Будівництво в таких умовах набагато простіше технологічно і дешевше. Відміни системи другого плану теж сприяють вирішенню задачі винаходу. 1. Сумарна вага пристроїв малої потужності через відсутність таких масивних вузлів як електрогенератори і сонячні панелі порівняно невелика, а понтонні плавучі опори, якими оснащений кожний пристрій, знімають основні вертикальні навантаження з вантової сітки. Тому підвіс системи на тросах виправданий, і є раціональним типом кріплення. 2. Кожний пристрій має просту кінематичну схему, при якій ротор вітроустановки встановлений на спільному трансмісійному валу з робочим органом (активатором). 3. Пристрої, які здатні працювати при слабких вітрах, не потребують допоміжних перетворювачів інших видів енергії. Тому вони мають малу масу та просту загальну конструкцію. 4. Система може містити як пристрої, робочими органами яких є тільки активатори (для штучних водойм), а може бути складена лише з пристроїв, робочими органами яких є електрогенератори (для природних озер). Можливі також комбіновані модифікації, які містять і генератори і активатори в пропорції, що залежить від вітрової обстановки в регіоні експлуатації. Проведений порівняльний аналіз показує, що система, яка патентується, має істотні відмінні ознаки по відношенню до прототипу, а сукупність цих ознак сприяє вирішенню поставленої у винаході задачі. За наявними у авторів відомостями запропонована сукупність відмінних ознак, що характеризують суть винаходу, не відома в даному розділі техніки. Запропоноване технічне рішення може бути використане при проектуванні систем створення в озерах штучного походження примусових турбулізованих течій, а також електростанцій, що працюють від слабких вітрів. Винахід ілюстровано кресленнями, де на фіг. 1 представлений загальний вигляд агрегатованого пристрою з елементами підвісу, на фіг. 2 наведена схема сітки вантової опори, на фіг. 3 зображений фланець системи підвісу (вигляд знизу), на фіг. 4 дана схема активатора (вигляд зверху), на фіг. 5 - схематичне креслення лопаті активатора. Система агрегатованих пристроїв з вітроприводом містить (фіг. 1) вітроустановки 1, підвішені над водоймою 2 на спільній системі підвісу. Система підвісу виконана з вант 3, закріплених на берегових стаціонарних опорах, виконаних у вигляді стовпів 4, замурованих у фундамент 5. Ванти 3 виконані з багатожильних сталевих тросів. Опори розподілені по периметру водойми (фіг. 2) уздовж берегової лінії 6 так, що ванти утворюють дві спарені перехресні підсистеми: натягнуті уздовж водойми і поперек неї. Ванти утворюють сітку покриття, у вузлах перетину якої закріплені агрегатовані пристрої 1. До стовпів 4 ванти 3 кріпляться за допомогою талрепів 7, які дають можливість встановити необхідний для надійної фіксації 4 UA 114693 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пристроїв натяг тросів. Поздовжні і поперечні системи вант розташовані на різній висоті, причому кожна лінія складається з пари вант. Системи підвісу знаходяться вище поверхні води, причому мінімальна висота h закріплення нижнього ярусу повинна перевершувати висоту хвиль для даної водойми при максимальній можливій швидкості вітру. Відстань Н між паралельними ярусами вант залежить від потужності застосовуваних ВЕУ. Поздовжні і поперечні системи вант, які знаходяться на одному рівні (ярусі), перетинаються, переважно, під прямим кутом, і в місцях перетину сполучені за допомогою фланців 8 (фіг. 3), оснащених чотирма здвоєними об'єднаними трубчастими консолями 9. Троси вант проходять через трубки консолей фланця і затискаються за допомогою фіксаторів 10 після штатного натягу тросів. Фланці, спираючись на троси, протидіють напруженням, що виникають від крутильного моменту при роботі активатора. Верхні і нижні фланці з'єднані трубчастою стійкою 11. Ротори вітроенергоустановок вітропривода розміщені над системою підвісу. Вітроприймальним органом кожної ВЕУ 1 є ротор Савоніуса, який має малий пусковий момент і легко запускається навіть слабопотенційним вітровим фронтом. Лопаті ротора встановлені на трансмісійному валу 12, який має дві точки опори у вигляді підшипникових вузлів 13, закріплених на фланцях 8. Вал з'єднує ротор Савоніуса з підводним колесом активатора 14. Активатор (фіг. 1, фіг. 4, фіг. 5) виконаний у вигляді круглої силової рами, що складається з щічок 15, між якими розкріплені плоскі лопаті 16, причому верхня щічка має форму суцільного диска, а нижня виконана у вигляді кільця. Таким чином, периферична зона активатора являє собою радіальну сукупність каналів. Кожен канал утворений площинами сусідніх лопатей 16, а також площиною кільцевої щічки знизу і периферичною частиною суцільної щічки зверху. Канали відкриті як назовні, так і всередину об'єму активатора, і служать напрямними для руху порушуваних активатором струменів води. Нижній кінець вала 12 кріпиться до верхньої щічки 15 силової рами активатора. На верхній щічці встановлений затоплений понтон 17, виконаний у вигляді циліндричної ємкості з центральним отвором для проходу вала 12. Площини лопатей 16 (фіг. 4) активатора встановлені похило до напрямку обертання. Зовнішній торець кожної лопаті виступає за габарити рами і має зубчастий обріз. Кут нахилу площин по відношенню до дотичної до траєкторії руху лопатей α може перебувати (залежно від потужності вітропривода) в діапазоні від 60° до 30°. У середній частині площин кожної лопаті (фіг. 5) розміщені поперечні інтерцептори 18 (щитки невеликої ширини, встановлені перпендикулярно до площин лопатей). Інтерцептор виконаний у вигляді гребенчастой пластинки. Наявність зубців з гострою вершиною знижує напруженість вихорового поля водяного потоку, внаслідок чого відривні сили зменшуються. Інтерцептор здійснює значну дрібновихорову турбулізацію струменів. Для захисту великих мешканців водойми (наприклад, риб) активатор огороджений крупнокомірковою сіткою 19. Однак, оскільки швидкість обертання активатора мала, то цей захід є не строго обов'язковим. Він застосовується тільки в регіонах, де спостерігаються сильні сезонні вітри. Описана система агрегатованих пристроїв працює наступним чином. Систему агрегатованих пристроїв 1 монтують і приводять в робочий стан шляхом узгодження ступеня натягу вант 3, що виконується за допомогою талрепів 7. Натяг кожної ванти 3 має бути таким, щоб мінімізувати провисання тросів. Після регулювання ванти затискають фіксаторами 10 і виконують монтаж ВЕУ з активаторами 14 на фланцях 8 системи підвісу. Кожний пристрій 1 починає роботу при захопленні ротором пориву вітру. Ротор Савоніуса, що обертається напором вітрового потоку передає через трансмісійний вал 12 крутильний момент на активатор 14. Збуджений моментом обертання активатор 14 тисне на прилеглі шари стоячої води, змушуючи їх ковзати по похилих площинах своїх лопатей 16. Оскільки верхня щічка 15 активатора виконана суцільною, а нижня кільцеподібної, то рух шарів при обертанні активатора носить дещо ускладнений характер. При встановленні постійної швидкості обертання, яка визначається рівністю сил гідродинамічного опору і приводних сил, встановлюється наступний режим руху водяних струменів, динамізованих роботою лопатей 16. Внутрішні краї лопатей забирають нові порції води і направляють їх уздовж похилих площин. Виштовхнута лопатями і спрямована до виходу з об'єму активатора маса води йде в об'єм водойми через канали, утворені щічками 15 і лопатями 16, а через отвір в нижній щічці в об'єм активатора надходять нові порції води, які поповнюють, відповідно до закону безперервності потоку, спад маси. Канали силової рами активатора 14 формують впорядковані струмені, спрямовані назовні. Кожен струмінь, взаємодіючи на середині течії з гребінчастим інтерцептором 18, турбулізується і після виходу насичує об'єм водойми вихровими утвореннями дрібновихорового класу. Крім того, зазубреними зовнішніми торцями лопатей 16 активатор проводить додаткову турбулізацію водної маси. Такий режим взаємодії помітно знижує гідродинамічний опір, яке долає активатор 14, що знімає частину навантаження з ротора Савоніуса. Цей ефект дає можливість не тільки 5 UA 114693 C2 5 10 15 20 помітно зменшити навантаження на вітропривід, а й істотно розширити радіус зони дії активатора, оскільки довгоживучі вихори внаслідок малого тертя об нерухомі шари води розходяться далеко від місця виникнення. А фітопланктон гине не стільки від швидкості течії води, скільки від присутності в потоці турбулентних вихорів. Таким чином, тільки саме насичення вихорами водного об'єму пригнічує життєдіяльність фітопланктону. І для цього немає потреби створювати потужні спрямовані течії. Досить виконати структурні перетворення водного середовища. В цьому і полягає ефективність розподіленої системи малих агрегатованих пристроїв 1. Таким чином, для досягнення мети не потрібно великих витрат енергії, оскільки процеси турбулізації мало енергозатратні. Конструкція активатора 14 сприяє надійній роботі пристроїв 1, оскільки при рушанні опір з боку води руху активатора 16 невеликий, так як водні шари виштовхуються з об'єму активатора по косим площинам. І тільки при збільшенні швидкості обертання вітроколеса опір зростає, стабілізуючи роботу ВЕУ. Оскільки коефіцієнт використання енергії вітру (КВЕВ) ротора Савоніуса падає при збільшенні швидкості обертання, внаслідок того, що робочі лопаті рухаються за вітром, і швидкість їх обертання віднімається із швидкості вітру. Обмеження швидкості обертання утримує вітропривід в оптимальному діапазоні швидкостей, стабілізуючи ефективність вітроприйняття. Якщо вітряних днів мало, то потужності активаторів 14 може не вистачити для пригнічення росту фітопланктону по всій водоймі. Але тоді все одно в зоні, прилеглих до активаторів, утворюються "вікна" (промоїни), вільні від водоростей. Через них буде здійснюватися газонасичення водойми, достатнє для гальмування негативних процесів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 Система агрегатованих пристроїв з вітроприводом для нормалізації екологічного стану водойм, що містить вузли енергопостачання, опорний силовий вузол і виконавчі органи, яка відрізняється тим, що вузли енергопостачання виконані у вигляді системи вітроустановок малої потужності, опорний вузол виконаний у вигляді системи вантового підвісу, розташованої над водою і закріпленої по берегах водойми за допомогою наземних стаціонарних опор, виконаних у вигляді стовпів, замурованих у фундамент, ванти виконані з багатожильних металевих тросів, а опори розподілені по периметру водойми по перехресній схемі так, що ванти утворюють дві спарені перехресні підсистеми ліній, причому одна розтягнута вздовж водойми, а інша - поперек неї, утворюючи сітку покриття, до стовпів ванти кріпляться за допомогою талрепів, що дають можливість встановити необхідний для надійної фіксації вітроустановок натяг вант, поздовжні і поперечні підсистеми вант розташовані на різній висоті на відстані одна від одної і утворюють двоярусний підвіс, причому кожна лінія складається з пари вант, поздовжні і поперечні системи вант, що знаходяться на одному ярусі, перетинаються, переважно, під прямим кутом, і в місцях перетину сполучені за допомогою фланців, оснащених чотирма здвоєними об'єднаними трубчастими консолями, троси вант виконані з можливістю проходження через трубки консолей фланця і затиснення після штатного їх натягу за допомогою фіксаторів, фланці верхнього і нижнього ярусів жорстко з'єднані трубчастою стійкою, ротори вітроустановок розміщені над системою підвісу, вітроприймальним органом кожного пристрою служить багатолопатевий ротор Савоніуса, який має не менше 3-х лопатей, лопаті ротора встановлені на трансмісійному валу, який має дві точки опори у вигляді опорно-підшипникових вузлів, встановлених на фланцях, вал з'єднує ротор Савоніуса з підводним активатором, який виконаний у вигляді круглої силової рами, що складається із щічок, між якими розкріплені плоскі лопаті, причому верхня щічка має форму суцільного диска, а нижня виконана у вигляді кільця, нижній кінець вала кріпиться до верхньої щічки силової рами активатора, на верхній щічці встановлений затоплений понтон, виконаний у вигляді циліндричної ємкості з центральним отвором для проходу вала, площини лопатей активатора встановлені під кутом до напрямку обертання, притому кут нахилу площин відносно дотичної до траєкторії руху лопатей перебуває, залежно від потужності вітроустановки, в діапазоні від 60° до 30°, зовнішній торець кожної лопаті виступає за габарити рами і має зубчастий обріз, в середній частині площин кожної лопаті перпендикулярно до площин лопатей розміщені поперечні інтерцептори, виконані у вигляді гребінчастої пластинки невеликої ширини. 6 UA 114693 C2 7 UA 114693 C2 8 UA 114693 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9

Дивитися

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: F03D 9/34, F03D 13/25, F03D 3/02, F03B 13/00, F03D 9/20

Мітки: вітроприводом, система, пристроїв, нормалізації, водойм, агрегатованих, екологічного, стану

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/11-114693-sistema-agregatovanikh-pristrov-z-vitroprivodom-dlya-normalizaci-ekologichnogo-stanu-vodojjm.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Система агрегатованих пристроїв з вітроприводом для нормалізації екологічного стану водойм</a>

Подібні патенти