ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС "МОНОСОТА" (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно к устройствам преобразования энергии ветра и получения сжатого воздуха и электрического тока для альтернативного использования их в бытовых сферах, в промышленности и сельском хозяйстве.
Известно устройство для преобразования энергии воздушных потоков в электрическую энергию, включающее агрегат, снабженный валом, лопатками, взаимодействующими с атмосферным течением, и корпус в виде удлиненного полого цилиндра для установки агрегата внутри него, RU №65580 U1, F03D 5/00, 2007.08.10.
Известен ветровой преобразователь, содержащий лопасти, механически связанные с генератором электрической энергии, RU №2280192 С2, F03D 9/00, 2006.07.20.
Известен ветродвигатель с лопастями в виде прямоугольных рам, RU №64709 U1, F03D 3/00, 2007.07.10.
Известен карусельный ветродвигатель, содержащий поворотные лопасти, вертикальный вал, кинематически связанный с лопастями, верхние и нижние водила, снабженные роликами, SU №1548503 A1, F03D 5/02, 1990.03.07; RU №2065992 C1, F03D 3/00, 1996.08.27; RU №2305795 C2, F03D 5/04, 2007.09.10.
Известен карусельный ветродвигатель, включающий вал и радиально расположенные лопасти, каждая из которых выполнена в виде рамы, RU №55885 U1, F03D 3/00, 2006.08.27.
Известен накопитель сжатого воздуха, содержащий компрессор, соединенный с ветродвигателем, и емкости, каждая из которых соединена с выходом компрессора через управляемые запорные вентили, RU №22199 U1, F03D 9/00, 2002.03.10.
Известен ветровой агрегат для выработки электроэнергии или для получения сжатого воздуха, RU №2169857 C1, F03D 3/02, 2001.06.27.
Известна вихревая электростанция, содержащая ветроколесо с вертикальным валом, размещенное внутри трубы, снабженной воздухозаборными направляющими аппаратами, расположенными ярусами, RU №2070661 C1, F03D 3/04, 1996.12.20.
Известен каркасный комплекс из объемных блоков, выполненных из моносот, каждая из которых содержит центральный, верхний и нижний объемы, образованные боковыми стойками, горизонтальными балками, наклонными и связующими балками, RU №2273708 C1, E04H 1/04, Е04Н 14/00, Е04В 1/18, Е04В 1/348, 2006.04.10; RU №81225 U1, Е04В 1/348, Е04Н 1/00, Е04Н 14/00, 2009.03.10.
Известна ветросиловая установка большой мощности, использующая пирамидальный ветряной двигатель с вертикальной осью и лопастями закрепленными вокруг вертикальной оси в два яруса, RU №2272172 С2, F03D 3/06, 2006.03.20.
Известна энергоустановка, содержащая ветродвигатель, включающий вал, лопасти и преобразователь энергии с механическим блоком и генератором, RU №47449 U1, F03D 7/06, F03D 3/00, 2005.08.27.
Данное техническое решение принято в качестве «ближайшего аналогам настоящей полезной модели.
Энергоустановка «ближайшего аналогам имеет малую мощность и узкое применение, перед началом работы энергоустановки необходима настройка угла атаки лопастей и их закрепление, ветродвигатель в «ближайшем аналоге» внешне не защищен, что усложняет работу и ухудшает условия эксплуатации.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей создать управляемый комплекс преобразования энергии ветра при различных способах ее выработки, обеспечить надежность, безопасность его эксплуатации, повысить функциональность и расширить возможности использования.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в выполнении комплекса с ветродвигателем карусельного типа, в установке ветродвигателя в каркас в виде моносоты, в размещении баллона первичного сжатия воздуха, пневмоэлектрических узлов и электрического блока с электронным блоком управления, в снабжении комплекса трубопроводной системой для подачи сжатого воздуха из баллонов первичного сжатия воздуха в систему поэтапного сжатия и затем в систему его хранения с возможностью подачи сжатого воздуха к его потребителю, в выполнении комплекса с генераторно-трансформаторным блоком, как источником переменного тока, и с системой аккумуляторных батарей, как источником постоянного тока, и в наличии центра управления комплексом.
Согласно полезной модели (Варианты 1 и 2) эта задача решается за счет того, что ветроэнергетический универсальный комплекс содержит ветродвигатель, включающий вал, лопасти и преобразователь энергии с механическим блоком и генератором.
Вариант 1.
Ветродвигатель, например, карусельного типа, установлен в каркасе в виде моносоты.
Моносота снабжена внешними несущими амортизаторами.
Вариант 2.
Комплекс содержит блок, по крайней мере, из четырех ветродвигателей, например, карусельного типа, расположенных в два яруса с размещением одного ветродвигателя в верхнем ярусе и трех - в нижнем, каждый ветродвигатель которого установлен в каркасе в виде моносоты.
Моносота снабжена внешними несущими амортизаторами в верхнем и нижнем ярусах и внешними боковыми амортизаторами в нижнем ярусе.
Вариант 1 и 2.
Моносота включает центральный объем, верхний и нижний объемы.
В центральном объеме размещены вал с возможностью вращения вокруг оси при свободном положении нижней его части, верхние и нижние пневмоэлектрические узлы и вписаны верхнее и нижнее связующие кольца. Верхнее и нижнее связующие кольца взаимодействуют с верхними и нижними пневмоэлектрическими узлами, соответственно. Между верхними и нижними связующими кольцами размещены лопасти прямоугольной формы, закрепленные на вале.
В верхнем объеме установлен пневмоэлектрический узел вала.
В нижнем объеме размещен баллон первичного сжатия воздуха, соединенный с верхними и нижними пневмоэлектрическими узлами и с пневмоэлектрическим узлом вала трубопроводами подачи воздуха. В нижнем объеме размещен электрический блок с электронным блоком управления, соединенный с верхними и нижними пневмоэлектрическими узлами и с пневмоэлектрическим узлом вала электрическими проводами. Трубопроводы подачи воздуха и электрические провода расположены в нижнем, центральном и верхнем объемах.
Комплекс содержит систему поэтапного сжатия воздуха. Система поэтапного сжатия воздуха соединена посредством трубопроводной системы с баллоном первичного сжатия воздуха и соединена с системой хранения сжатого воздуха.
Система хранения сжатого воздуха обеспечивает посредством механического дозиметра подачу сжатого воздуха к потребителю сжатого воздуха.
Система хранения сжатого воздуха обеспечивает посредством электронного дозиметра подачу сжатого воздуха к преобразователю энергии.
Генераторно-трансформаторный блок преобразователя энергии связан с потребителем переменного тока.
Генераторно-трансформаторный блок преобразователя энергии соединен с системой аккумуляторных батарей. Система аккумуляторных батарей связана с потребителем постоянного тока.
Комплекс снабжен центром управления. Центр осуществляет управление пневмоэлектрическим узлом вала, верхними и нижними пневмоэлектрическими узлами, электрическим блоком с электронным блоком управления моносотой (электрическими блоками с электронными блоками управления моносотами - вариант 2), трубопроводной системой, системой поэтапного сжатия воздуха, системой хранения сжатого воздуха, механическим и электронным дозиметрами, механическим и генераторно-трансформаторным блоками и системой аккумуляторных батарей.
Система поэтапного сжатия воздуха, система хранения сжатого воздуха, преобразователь энергии и система аккумуляторных батарей размещены автономно.
Кроме того, моносота с ветродвигателем (вариант 1) и блок с ветродвигателями (вариант 2) установлены на поверхности любого рельефа и типа грунта.
Кроме того, моносота с ветродвигателем (вариант 1) и блок с ветродвигателями 1 (вариант 2) установлены на моносотоструктурном ярусном строении различного назначения, содержащем «n» ярусов.
Кроме того, на «n» ярусах расположены «р» моносот с «b» рядами (вариант 1) и «k» блоков (вариант 2).
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - Схема управления комплексом (вариант 1);
на фиг.2 - Функциональная схема получения сжатого воздуха (вариант 1);
на фиг.3 - Функциональная схема получения электрического тока (вариант 1);
на фиг.4 - Моносота с ветродвигателем, разрез (вариант 1);
на фиг.5 - Моносота с ветродвигателем, общий вид (вариант 1);
на фиг.6 - Моносота с ветродвигателем и моносотоструктурное строение, общий вид (вариант 1);
на фиг.7 - Схема управления комплексом (вариант 2);
на фиг.8 - Функциональная схема получения сжатого воздуха (вариант 2);
на фиг.9 - Функциональная схема получения электрического тока (вариант 2);
на фиг.10 - Блок с ветродвигателями, разрез (вариант 2);
на фиг.11 - Блок с ветродвигателями, общий вид (вариант 2);
на фиг.12 - Блок с ветродвигателями и моносотоструктурное строение, общий вид (вариант 2).
Комплекс по вариантам 1 и 2 содержит:
Ветродвигатель карусельного типа (комплекса) - 1.
Каркас в виде моносоты (для ветродвигателя 1) - 2.
Центральный объем (моносоты 2) - 3,
вал (в объеме 3) - 4,
верхние пневмоэлектрические узлы (в объеме 3) - 5,
нижние пневмоэлектрические узлы (в объеме 3) - 6,
верхнее связующее кольцо (в объеме 3) - 7,
нижнее связующее кольцо (в объеме 3) - 8,
лопасти прямоугольной формы (в объеме 3) - 9.
Верхний объем (моносоты 2) - 10,
пневмоэлектрический узел вала (в объеме 10) - 11.
Нижний объем (моносоты 2) - 12,
баллон первичного сжатия воздуха (в объеме 12) - 13,
трубопроводы подачи воздуха (в объемах 3, 10 и 12) - 14,
электрический блок с электронным блоком управления (в объеме 12) - 15,
электрические провода (в объемах 3, 10 и 12) - 16.
Внешние несущие амортизаторы (моносоты 2) - 17.
Систему поэтапного сжатия воздуха (комплекса) - 18,
трубопроводную систему (для баллона 13 и системы 18) - 19.
Систему хранения сжатого воздуха (комплекса) - 20.
Потребитель сжатого воздуха - 21,
Механический дозиметр (для системы 20 и потребителя 21) - 22.
Преобразователь энергии (комплекса) - 23,
механический блок (преобразователя 23) - 24,
генераторно-трансформаторный блок (преобразователя 23) - 25.
Электронный дозиметр (для системы 20 и блока 25) - 26.
Потребитель переменного тока - 27.
Систему аккумуляторных батарей (комплекса) - 28.
Потребитель постоянного тока - 29.
Центр управления (комплекса) - 30.
Комплекс по варианту 2 содержит:
Блок ветродвигателей (комплекса) - 31.
Верхний ярус (блока 31) - 32,
внешние несущие амортизаторы (яруса 32) - 33.
Нижний ярус (блока 31) - 34,
внешние боковые амортизаторы (яруса 34) - 35.
Комплекс содержит ветродвигатель карусельного типа 1 (вариант 1) или блок из четырех ветродвигателей карусельного типа 1 (вариант 2), систему поэтапного сжатия воздуха 18, трубопроводную систему 19, систему хранения сжатого воздуха 20, преобразователь энергии 23, центр управления 30 (варианты 1 и 2).
Моносота включает центральный объем 3, верхний 10 и нижний 12 объемы.
В центральном объеме 3 размещен вал 4. Вал 4 выполнен с возможностью вращения вокруг оси при свободном положении нижней его части.
В центральном объеме 3 размещены верхние 5 и нижние 6 пневмоэлектрические узлы.
В центральный объем 3 вписаны верхнее 7 и нижнее 8 связующие кольца. Верхнее 7 и нижнее 8 связующие кольца взаимодействуют с верхними 5 и нижними 6 пневмоэлектрическими узлами, соответственно.
Между верхними 7 и нижними 8 связующими кольцами размещены лопасти прямоугольной формы 9, закрепленные на вале 4.
В верхнем объеме 10 установлен пневмоэлектрический узел вала 11.
В нижнем объеме 12 размещен баллон первичного сжатия воздуха 13. Баллон первичного сжатия воздуха 13 соединен с верхними 5 и нижними 6 пневмоэлектрическими узлами и с пневмоэлектрическим узлом вала 11 трубопроводами подачи воздуха 14.
В нижнем объеме 12 размещен электрический блок с электронным блоком управления 15. Электрический блок с электронным блоком управления 15 соединен с верхними 5 и нижними 6 пневмоэлектрическими узлами и с пневмоэлектрическим узлом вала 11 электрическими проводами 16.
Трубопроводы подачи воздуха 14 и электрические провода 16 расположены в нижнем 12, центральном 3 и верхнем 10 объемах.
Моносота 2 снабжена внешними несущими амортизаторами 17 (вариант 1).
Моносота 2 снабжена внешними несущими амортизаторами 33 в верхнем 32 и нижнем 34 ярусах и внешними боковыми амортизаторами 35 в нижнем ярусе 34 (вариант 2).
Система поэтапного сжатия воздуха 18 комплекса соединена с системой хранения сжатого воздуха 20.
Трубопроводная система 19 комплекса соединяет баллон первичного сжатия воздуха 13 с системой поэтапного сжатия воздуха 18.
Система хранения сжатого воздуха 20 обеспечивает посредством механического дозиметра 22 подачу сжатого воздуха к потребителю сжатого воздуха 21.
Система хранения сжатого воздуха 20 обеспечивает посредством электронного дозиметра 26 подачу сжатого воздуха к преобразователю энергии 23.
Преобразователь энергии 23 комплекса содержит механический блок 24 и генераторно-трансформаторный блок 25. Генераторно-трансформаторный блок 25 обеспечивает питанием потребитель переменного тока 27.
Генераторно-трансформаторный блок 25 соединен с системой аккумуляторных батарей 28. Система аккумуляторных батарей 28 обеспечивает питанием потребитель постоянного тока 29.
Центр управления 30 комплекса осуществляет управление пневмоэлектрическим узлом вала 11, верхними 5 и нижними 6 пневмоэлектрическими узлами, электрическим блоком с электронным блоком управления 15 моносотой 2, трубопроводной системой 19, системой поэтапного сжатия воздуха 18, системой хранения сжатого воздуха 20, механическим 22 и электронным 26 дозиметрами, механическим 24 и генераторно-трансформаторным блоками 25 и системой аккумуляторных батарей 28.
Система поэтапного сжатия воздуха 18, система хранения сжатого воздуха 20, преобразователь энергии 23 и система аккумуляторных батарей 28 размещены автономно.
Моносота 2 с ветродвигателем 1 (вариант 1) и блок 31 с ветродвигателями 1 (вариант 2) могут быть установлены на поверхности любого рельефа и типа грунта.
Моносота 2 с ветродвигателем 1 (вариант 1) и блок 31 с ветродвигателями 1 (вариант 2) могут быть установлены на моносотоструктурном ярусном строении различного назначения, содержащем «n» ярусов.
На «n» ярусах могут быть расположены «р» моносот 2 с «b» рядами (вариант 1) и «k» блоков (вариант 2).
Комплекс функционирует следующим образом.
Ветер приводит в движение лопасти 9, которые приводят в движение механическую часть пневмоэлектрического узла вала 11, верхнее 7 и нижнее 8 связующие кольца и соприкасающиеся с ними верхние 5 и нижние 6 пневмоэлектрические узлы.
Верхний 5 и нижний 6 пневмоэлектрические узлы и пневмоэлектрический узел вала 11 могут вырабатывать электрическую и пневматическую энергии непропорционально в индивидуальном порядке - при электронном управлении или при механическом управлении.
При этом режим эффективности участия в выработке энергии пневматических или электрических элементов в верхнем 5, нижнем 6 пневмоэлектрических узлах и пневмоэлектрическом узле вала 11 осуществляют либо механической нагрузкой (скоростью вращения вала 4, верхнего 7 и нижнего 8 связующих колец), либо электрическим блоком с электронным блоком управления 15. Электрический блок с электронным блоком управления 15 регулирует количество подключаемых электрических элементов и подключаемых пневматических элементов и их соотношение в верхнем 5, нижнем 6 пневмоэлектрических узлах и в пневмоэлектрическом узле вала 11.
Пневматическая система моносоты 2 передает воздух под давлением. Из баллона первичного сжатия воздуха 13 по трубопроводной системе 19 сжатый воздух поступает в систему поэтапного сжатия воздуха 18, где воздух сжимается до необходимого давления и подается в систему хранения сжатого воздуха 20. Механический дозиметр 22 регулирует давление при подаче сжатого воздуха из системы хранения 20 к потребителю сжатого воздуха 21.
Электрическая система моносоты 2 вырабатывает электрическую энергию по запросу электрического блока с электронным блоком управления 15 и передаст на генераторно-трансформаторный блок 25 преобразователя энергии 23. Генераторно-трансформаторный блок 25 обеспечивает питанием систему аккумуляторных батарей 28 и потребителя переменного тока 27 на 220 вольт и на 380 вольт. Электронный дозиметр 26 регулирует работу механического блока 24, взаимодействующего с генераторно-трансформаторным блоком 25.
Центр управления комплекса 30 подает команды на электрический блок с электронным блоком управления 15 моносоты 2, на электронный дозиметр 26 и сигнализирует о режиме работы механического дозиметра 22.
Наличие в моносоте 2 баллона первичного сжатия воздуха 13, верх него 5 и нижнего 6 пневмоэлектрических узлов и электрического блока с электронным блоком управления 15 обеспечивают эксплуатацию ветродвигателя 1, как по пневматической схеме, так и по электрической, позволяют комплексу осуществлять выработку энергии различными способами и использовать ее в различных направлениях.
Выполнение комплекса с ветродвигателем карусельного типа 1, обеспечивающим его эксплуатацию без стопорения лопастей 9 при сильных и ураганных ветрах, и установка ветродвигателя 1 в каркас в виде моносоты 2, обеспечивающей повышенную устойчивость, и снабжение моносоты 2 внешними несущими 17 (вариант 1), 33 (вариант 2) и внешними боковыми 35 (вариант 2) амортизаторами, позволяющими гасить вибрации при эксплуатации ветродвигателя 1, повышает надежность и безопасность комплекса при его эксплуатации.
Возможность выполнения комплекса управляемым, при наличии центра управления 30 и электрического блока с электронным блоком управления 15, определяет конструктивное выполнение моносоты 2.
Использование систем поэтапного сжатия 18 и хранения сжатого воздуха 20 для подачи его потребителю сжатого воздуха 21, генераторно-трансформаторного блока 25, как источника переменного тока 27, и системы аккумуляторных батарей 28, как источника постоянного тока 29 повышает функциональность комплекса.
Размещение моносоты 2 с ветродвигателем 1 (блока 31 с ветродвигателями 1 - вариант 2) на моносотоструктурном ярусном строении различного назначения (жилой дом, офисный центр, торговый комплекс, производственное помещение) расширяет возможности использования комплекса.
Установка ветродвигателя 1 в каркас в виде моносоты 2 являются принципиально новым направлением в области ветроэнергетики и позволяет решать проблемы их использования в любых регионах при установке моносоты на сложных рельефах с размещением ее на отдельно выбранной поверхности долины, равнины, по горным склонам, а также на моносотоструктурном ярусном строении или использовать моносоу с ветродвигателем для сборки блоков и образовании единой многоярусной структуры.
Предложенный ветроэнергетический универсальный комплекс может избавить удаленные объекты и населенные пункты от дефицита электроэнергии, зависимости от стационарных и удаленных электростанций, линий электропередач, сбоев энергоподачи в зависимости от погодных условий и т.п.
Предложенный ветроэнергетический универсальный комплекс содержит детали и узлы, широко применяемые в ветроэнергетике, и проведенные проектно-конструкторские и технологические проработки обусловливают, по мнению заявителя, соответствие предложенных вариантов критерию «промышленная применимостью.