ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА В МОСТОСТРОЕНИИ

Полезная модель относится к вантовым и висячим мостам, пересекающим преимущественно овраги и ущелья, а также реки, железные дороги и автодороги. Также полезная модель относится к развитию области применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Преимущественно данная полезная модель может быть использована в мостовых сооружениях, расположенных над оврагами и ущельями, где скорость ветра зачастую больше по сравнению с другими местностями.
Известно изобретение (патент РФ № 2455182 МПК B61L 1/00 (2006.01)), включающее в себя установленный с возможностью вращения на опорах от движущегося поезда ротор и соединенный с ним посредством передачи генератор. Ротор выполнен в виде установленной в котловане земляного полотна вдоль железнодорожного пути трубы с диаметром, обеспечивающим возможность пропуска движущихся поездов. Внутри ротора на выносных устоях установлен мостовой пролет с железнодорожным путем для прохода поезда. На наружной поверхности ротора закреплена обечайка с установленными лопатками. При этом генератор и ротор соединены между собой цепной передачей. Обечайка ротора выполнена конической формы со сквозными отверстиями, на наружной стороне которой лопатки расположены по винтовой линии. На внутренней поверхности обечайки лопатки расположены по винтовой линии. Ротор выполнен конической формы со сквозными отверстиями в виде сопел. Причем наружные и внутренние лопатки установлены по винтовой линии от его малого диаметра до большого диаметра.
Недостатком данного изобретения является выработка электроэнергии при помощи составов, движение которых осуществляется со значительными интервалами, следовательно, большую часть времени ротор не сможет осуществлять работу.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является изобретение (патент РФ № 2459973, МПК F03B 13/00 (2006.01) F03B 13/10 (2006.01)), включающее в себя соединенную с источником света гидроэнергетическую установку, установленную под водой и содержащую реактивный винт, электрогенератор, планетарный мультипликатор, размещенный на едином валу между винтом и электрогенератором, и мусорозащитную решетку. Вал расположен вдоль речного потока воды. Винт, мультипликатор и электрогенератор размещены в едином корпусе с расширенными входным и выходным отверстиями. Решетка установлена перед винтом во входном отверстии корпуса. Установка закреплена на опоре моста на направляющих с возможностью вертикального перемещения и фиксации. Система содержит преобразователь частоты напряжения, соединенный с электрогенератором и источником света, и аккумулятор, связанный с преобразователем, а также снабжена лебедкой, соединенной с корпусом. Преобразователь, аккумулятор и лебедка установлены на монтажной площадке, смонтированной в верхней части опоры моста.
Недостатком данного изобретения является выработка электроэнергии при помощи течения реки, следовательно, доступ к электрогенератору для проверки, очистки, ремонта затруднен.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение мостового сооружения электроэнергией, снабжение электроэнергией близлежащей территории: деревни, поселки и т.п., а также развитие области применения возобновляемых источников энергии.
Технический результат заключается в производстве и рациональном использовании энергетических ресурсов при соблюдении требований к охране окружающей среды.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом изобретении используются ветроэлектрические установки (ВЭУ) с вертикальной осью вращения, устанавливаемые на пилоны мостового сооружения. Данные установки имеют ряд преимуществ перед классическими ВЭУ с горизонтальной осью вращения:
1. Вырабатывают электроэнергию при небольшой силе ветра;
2. Не нуждаются в сложных активных системах направления на поток ветра, как следствие, идеально подходят для местности с турбулентными воздушными потоками;
3. Низкий уровень шумового загрязнения, до 30 дБ;
Помимо этого основным преимуществом ВЭУ с вертикальной осью является минимальный изгибающий момент, которая ВЭУ с горизонтальной осью вращения вызывала бы в пилоне мостового сооружения в значительно большей мере. Решением данной проблемы было бы увеличение сопротивления пилона действующим на него силам, что привело бы к большим затратам материала, а, следовательно, и к повышению стоимости для достижения заданного результата.
При монтаже ветрогенератора на пилон мостового сооружения устанавливают закладные детали, анкеры, после чего на анкера устанавливают ребра жесткости, приваренные к цоколю. В цоколь для крепления мачты вставляют укороченную мачту ветрогенератора и закрепляют при помощи сварки. На мачту устанавливают компоненты ВЭУ, в большинстве случаев это вал, ступица, аэродинамический тормоз, генератор и ротор ВЭУ с лопастями (конструкция генератора подбирается расчетным путем и может отличаться). Электрокабели проводят по мачте и пилону до пролетного строения и выводят за пределы мостового сооружения к контроллеру заряда, аккумуляторам и инвертору, расположенным вблизи для упрощенного доступа к ним обслуживающим организациям. Все электрокабели полностью изолированы пластиковыми трубками.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами: фиг. 1 - общая схема, фиг. 2 - разрез 1-1, фиг. 3 - схема крепления ветрогенератора на пилон (вид спереди), фиг. 4 - схема крепления ветрогенератора на пилон (вид сбоку), где 1 - ветрогенератор; 2 - пилон; 3 - анкер; 4 - ребро жесткости; 5 - цоколь для крепления мачты; 6 - укороченная мачта; 7 - вал ветрогенератора; 8 - лопасть ветрогенератора; 9 - места сварки.
Ветроэлектрическая установка в мостостроении содержит, по крайней мере, один ветрогенератор 1 и пилон 2 (фиг. 1), объединенные цоколем для крепления мачты 5 и ребрами жесткости 4, закрепленные анкерами 3. (фиг. 1, 2, 3, 4). В цоколь для крепления мачты 5 установлена укороченная мачта ветрогенератора 6 при помощи сварки 9, в свою очередь, в мачту 6 установлен вал ветрогенератора 7, на который установлены основные компоненты ветрогенератора с лопастями 8 (фиг. 2-4).
Перед началом монтажа ветрогенератора 1 в пилон 2 устанавливают анкера 3, после чего на анкера 3 ведется установка цоколя для крепления мачты 5, к которому приваривают ребра жесткости 4, после установки анкера 3 затягивают. В цоколь для крепления мачты 5 устанавливают укороченную мачту ветрогенератора 6 и закрепляют при помощи сварки 9. Далее производят установку вала 7 и прочих компонентов ветрогенератора, завершают процесс креплением к ветрогенератору лопастей 8.
Электрокабели, изолированные пластиковыми трубками, проводят по пилону до пролетного строения и выводят за пределы мостового сооружения к контроллеру заряда, аккумуляторам и инвертору (не указаны на схемах). Электрокабели прокладывают в зависимости от конструкции ветрогенератора, пилона, мостового сооружения в целом. Контроллеры, аккумуляторы и инверторы устанавливают в любых легкодоступных для обслуживающего персонала местах.
Пример.
Для установки, по крайней мере, одного ветрогенератора с вертикальной осью вращения номинальной мощностью 30 кВт и способного выдавать мощность на пике до 90 кВт при диаметре ротора 9.2 м, КПД 38%, стартовой скорости ветра 3.4 м/с, обладающего общим устройством, на железобетонный пилон мостового сооружения произвели следующие операции: в пилон установили высокопрочные анкера, после чего на анкера произвели монтаж цоколя для крепления мачты, к которому приварили ребра жесткости, после установки анкера затянули. В цоколь для крепления мачты установили укороченную мачту ветрогенератора и закрепили при помощи сварки. Далее произвели установку вала ветрогенератора, на который установили ступицу, аэродинамический тормоз, генератор и ротор ВЭУ с лопастями. Электрокабели, изолированные пластиковыми трубками, провели через отверстие в цоколе по пилону до пролетного строения моста, откуда в дальнейшем проложили до трансформатора, переоборудованного под хранение регулятора, инвертора и аккумуляторов. При помощи инвертора постоянный ток преобразуется в переменный со значением 220/110 или 380 В. По сетям электроснабжения ток подается на освещение и мониторинг мостового сооружения. Допустим, вантовый мост обладает длиной 1 км, имеет три пролета и два пилона А-образной конструкции. На мосту было установлено 134 опоры ОГК 10, в каждую из которых встроен осветительный прибор ЖВУ 56-150-001 для мостовых модульных объемных конструкций, подверженных высоким вибрациям, номинальной мощностью 150 Вт, 8, прожекторов ГО 08 N-250 мощностью 250 Вт для подсветки пилонов, а также статические и динамические датчики систем мониторинга. В конечном итоге потребляемая мощность мостового сооружения не превышает 25 кВт при номинальной мощности только одного ветрогенератора 30 кВт. Таким образом, результатом является полное электроснабжение мостового сооружения, а также выработка излишней электроэнергии, которая поступает в городские сети.