АЭРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
AERO-ELECTRIC POWER PLANT

Изобретение относится к ветряным двигателям, в частности, к таким, у которых ось вращения ротора перпендикулярна направлению ветра.
Известен двигатель, в башне которого установлен поворотный аппарат, направляющий попавший в окна башни поток воздуха вверх к ветроколесу (см. SU 1211448 А, 15.02.1986, F03D 1/04). Ветроколесо установлено на вертикальном валу, передающем вращение на вал электрогенератора.
К недостаткам известного ветродвигателя следует отнести громоздкость и сложность конструкции, что значительно снижает и общий КПД устройства, и ресурс его работы.
Известна ветроэлектростанция (аэроэлектростанция), содержащая вертикальную аэродинамическую (вытяжную) трубу, установленную на горловине конического шатра, являющегося концентратором воздушного потока. В трубе размещено ветроколесо, кинематически связанное с генератором тока, в нижней части трубы смонтировано устройство для направления в нее части наземных ветров, выполненное в виде размещенного внутри шатра конуса с вогнутой поверхностью, соединенной с внутренней поверхностью шатра вертикальными перегородками, образующими направленные в трубу сужающие воздушные каналы (см. RU 2062353 С1, 20.06.1996, F03D 3/00).
К достоинствам известной аэроэлектростанции относится повышение эффективности ее работы, которая достигается путем увеличения скорости, а не объема воздушного потока, воздействующего на лопасти ветроколеса (турбины), что позволяет улучшить весогабаритные характеристики как самой турбины, так и станции в целом. Однако конструктивное решение этой задачи представляется достаточно сложным, приводящим к повышенным затратам при изготовлении станции и при ее монтаже на месте эксплуатации. Проблематичным представляется также возможность наращивания ее мощности путем многоярусной установки ветроколес в вытяжной трубе, поскольку при этом повышается центр тяжести трубы, что нежелательно из-за возможного ее разрушения под воздействием внешней ветровой нагрузки.
Наиболее близким аналогом является аэроэлектростанция, содержащая вертикальные аэродинамические трубы, смонтированные из унифицированных узлов-колец, размещенные внутри труб устройства для направления в них части наземных ветров, турбины, размещенные в трубах, генераторы тока (см. RU 2323368 С2, 27.04.2008, F03D 3/00).
Достоинством данной аэроэлектростанции является ее мощность, а следовательно, наибольшая скорость потока восходящей воздушной массы с использованием наземных ветров всех направлений.
Однако, принимая во внимание отличия от выше перечисленных аналогов, в данной схеме не исчерпаны как конструктивные, так и силовые показатели, которые представляют важнейшие составляющие, заключенные в следующем.
Во-первых, схема, где сблокированы генератор тока с силовым органом, размещенные в аэродинамической трубе, являют собой сложный технологический процесс его монтажа, а далее сложность профилактических мероприятий.
Во-вторых, с применением силового органа типа «пропеллер» большая часть воздушного потока проходит между лопастями без действия, с недобором мощности.
В-третьих, малые диаметры пропеллера создают ненужные завихрения и являются лишь несущими элементами рабочих (в силовом плане) диаметров лопастей.
На основании выше изложенного четко просматриваются силовые потери. К тому же, схема расположения аэродинамических труб по кругу, с отличием их устойчивости, является сложным трудоемким процессом, объясняемым многократным перемещением подъемного крана для сборки унифицированных колец, составляющих аэродинамические трубы, периодически скрепляющиеся балками по кругу и стяжками по вертикали.
Задачей изобретения является разработка наиболее технологической схемы возведения и монтажа аэроэлектростанции, увеличение мощности при тех же существующих габаритах и влияниях воздушного потока в аэродинамических трубах, а также наземных ветров, исключение «холостого» пробега воздушной массы при простоте конструкции, которая обеспечивает доступ к профилактическим мероприятиям.
Указанная задача достигается в аэроэлектростанции, содержащей вертикальные аэродинамические трубы, смонтированные из унифицированных узлов-колец, размещенные внутри труб устройства для направления в них части наземных ветров, турбины, размещенные в трубах, генераторы тока, согласно изобретению между нижней и верхней частями каждой аэродинамической трубы смонтирована часть трубы квадратного сечения, при помощи которой верхняя часть трубы выполнена смещенной, аэродинамические трубы соединены единой платформой для размещения на ней генераторов тока, при этом квадратные части труб выполнены опирающимися на платформу и являются несущим органом смещенных верхних частей аэродинамических труб, в квадратной части труб установлены турбины, выполненные многолопастными с возможностью перекрытия предыдущей лопасти очередной лопастью.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показано размещение аэродинамических труб в треугольнике.
На фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1.
На фиг.3 изображен фрагмент оси.
На фиг.4 изображена поджимная гайка.
При этом на фиг.1 показана нижняя часть 1 трубы, верхняя часть 2 трубы 2, соединительная платформа 3, часть 4 трубы квадратного сечения, соединительные балки 5, опоры 6, на фиг.2 показан генератор тока 7, ролики поворота дефлектора 8, дефлектор 9, вращающийся на оси «О» под действием ветра, турбина 10, на фиг.3 показана конусная часть оси 11, конусная втулка 12, подшипник качения 13, съемная гайка 14, поджимные гайки 15, фрагмент корпуса 16, на фиг.4 показана поджимная гайка 15.
Расположение аэродинамических труб по схеме треугольника (фиг.1) является наиболее рациональной, усматривая в этом действие подъемного крана с единой позиции и без повторных перемещений, обеспечивая возведение энергоузла до конечного результата. Подобная схема может быть удвоена в единый блок, по необходимости в ряде случаев может быть присовокуплена к высотным зданиям с удобной стороны совместного строительства, что обойдется с наименьшими затратами.
Монтаж аэродинамических труб производится по схеме ближайшего аналога, а именно из унифицированных узлов-колец, ранее заготовленных в заводских условиях по строгому кондуктору, на предмет их оперативной сборки на месте возведения энергоузла.
Главным показателем отличия данной схемы является то, что находящаяся воздушная масса в аэродинамической трубе используется полностью, где «холостой» пробег воздуха исключен, увеличив при этом мощность энергоузла при тех же габаритах. Между нижней и верхней частями аэродинамической трубы на расчетной высоте (фиг.2) монтируется часть 4 трубы квадратного сечения, при наличии которой верхняя часть 2 трубы смещается относительно оси на расчетное расстояние. В квадратной части 4 трубы монтируется многолопастная турбина 10, при этом квадратная часть 4 трубы, опираясь на платформу 3 (фиг.1 и 2), является несущим органом верхней части 2 аэродинамических труб, сблокированных с подобными тому трубами на предмет устойчивости.
Следующим важным фактором является доступность профилактических работ, поскольку генераторы тока 7 расположены на платформе 3 (фиг.2).
На случай непредвиденных экстремальных ситуаций, а также при проведении профилактических мероприятий на оси турбины с возбудителем вращения генератора тока монтируется муфта сцепления (в силу общеизвестности не показана), что позволяет осуществлять экстренную остановку генераторов тока и независимо от работы турбины проводить технический уход, замену генератора тока и т.п.мероприятия.
Поскольку все механизмы подвержены износу, а в данном случае подшипники осей турбин по мере их износа подлежат замене, автором разработана схема насадки подшипников с учетом оперативной их замены, с гарантией, исключающей всякий риск.
Подшипник заменяется следующим образом. Перекрывается поток воздушной массы, останавливается турбина. При снятой верхней части корпуса подшипника, по стрелке «к», ось турбины поднимается до отсутствия касания подшипника на 0,1 мм, затем снимаются гайки 15, гайкой 14 отжимается втулка 12 с подшипником 13. Втулка 12, имея один долевой разрез, легко освобождается от подшипника. В обратном порядке надевается новый подшипник с натягом должной посадки.
Изменена конструкция аэродинамических труб, в которых содержится часть 4 трубы квадратного сечения (фиг.2), с целью размещения в ней многолопастной турбины 10, принимающей на себя максимальную часть воздушного потока.
Процесс работы электростанции осуществляется потоком воздуха через трубы за счет перепада давления, а также за счет наземного ветра, поступающего через дефлектор 9 (фиг.2) по стрелке «А», действующего на турбину 10 всем объемом воздушной массы.