Способ монтажа вертикальных конструкций, составляемых из секций, и секционный модуль для монтажа вертикальных конструкций

 

Использование: изобретение относится к области монтажа вертикальных конструкций, преимущественно передвижных ветроэлектрических установок, а также к элементам вертикально монтируемых конструкций, и может использоваться для ускоренного монтажа конструкций различного назначения. Сущность изобретения: способ монтажа вертикальных конструкций, составляемых из секций, включает транспортировку к месту монтажа секций и основания конструкции, последовательный подъем грузоподъемными средствами и подстыковку каждой секции. Непосредственно на месте монтажа отсоединяют от транспортной платформы полое основание конструкции, формируют внутренний опорный контур на грунт и, опирая основание об опорный контур образуют под основанием проем больший габаритов транспортной платформы, после чего удаляют транспортную платформу, формируют внешний опорный контур на грунт, замыкают внешний опорный контур с верхней секцией поднимаемой конструкции гибкими связями и сохраняют в процессе подъема конструкции их натяжение. Формирование внутреннего и внешнего опорных контуров ведут из условий восприятия внутренним опорным контуром преимущественно нагрузок от веса конструкции, а внешним - боковых, преимущественно ветровых нагрузок. При монтаже создают и поддерживают постоянную осевую сжимающую нагрузку постоянной величины, причем осевую сжимающую нагрузку создают натяжением гибких связей и замыкают осевую сжимающую нагрузку на внешний опорный контур с образованием максимального противодействующего момента. Конструкцию снабжают средствами для размещения и фиксации на секциях оснастки объектов в виде труб, кабелей, трубопроводов, осветительных приборов. При операциях типа прокладки воздушной кабельной линии подвижную платформу с рядом установленных на ней оснований конструкций после монтажа первой конструкции выводят на место монтажа следующей вертикальной конструкции и обеспечивают механическую оптическую, электро-, радио-, теле- и иную связь с предыдущей конструкцией. Транспортировку и монтаж конструкции осуществляют, прикладывая усилие на подъем к верхней части конструкции, при этом отрывают основание конструкции от грунта и перемещают ее в сборе на новое место монтажа, где основание конструкции вновь опирают непосредственно на грунт. Секционный модуль для монтажа вертикальных конструкций, содержит верхнее и нижнее основание и связывающий их остов, узлы межмодульного крепления на основаниях. Модуль снабжен направляющими, закрепленными на остове модуля, выполнен в виде объемной силовой конструкции, узлы межмодульного крепления на основаниях расположены попарно на каждом и диагонально противоположно с разворотом диагоналей на основаниях на угол друг относительно друга. Остов может быть выполнен в виде ферменной конструкции, в виде отрезка трубы 9, в виде коробчатой конструкции 9 и снабжен узлами для закрепления на нем гибких связей. Узлы межмодульного крепления на каждом из оснований выполнены в виде по меньшей мере двух захватов и соответственных отверстий под захваты или в виде по меньшей мере двух штырей и ответных отверстий. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области монтажа вертикальных конструкций, преимущественно передвижных ветроэлектрических установок, а также к элементам вертикально монтируемых конструкций и может использоваться для ускоренного монтажа конструкций различного назначения, в том числе для систем быстрого реагирования, например при чрезвычайных ситуациях, в условиях ликвидации последствий аварий и катастроф.

Известна передвижная ветросиловая установка небольшой мощности, в которой опора выполнена в виде отдельных воздухозаполняемых эластичных тороидальных секций, полости которых сообщаются между собой через гибкий шланг (см. а.с. СССР N 164854 от 13.01.62, кл. F 03 D 11/00).

Это известное техническое решение требует при выполнении монтажных работ специального оборудования: компрессора, пневмоарматуры, трубопроводов, что снижает мобильность установки и область ее применения, усложняет технологию работ. Кроме того, такое выполнение опоры предопределяет ее большое поперечное сечение, что создает большие ветровые нагрузки. К тому же опора из пневмоупругих элементов не обладает достаточной поперечной жесткостью, особенно при наличии значительных боковых сил, в результате чего при порывах ветра возможно развитие автоколебательных процессов, что ограничивает применение этого известного технического решения для возведения вертикальных конструкций различного назначения: антенн, кабельных мачт, ветроэнергетических установок и т.д.

Известен способ монтажа вертикальной конструкции в виде опоры линии электропередачи, см. а.с. СССР N 1035175 от 03.08.81 г. кл. E 04 H 12/00, при котором монтаж конструкции, выполняемой из единственной стойки и опоры, и основания, и фундамента осуществляют на заранее подготавливаемый фундамент через компенсатор с упругим элементом, связывают верхний конец стойки с оттяжками, снабженными натяжными устройствами, закрепляют в грунте анкеры и соединяют нижние концы оттяжек.

По сравнению с традиционными способами рассматриваемый способ позволяет повысить эксплуатационную надежность конструкций при их использовании в линиях электропередач и снизить затраты на их ремонт и послеаварийное восстановление, связанное с выходом из строя вследствие деформаций основания конструкции.

Рассматриваемый способ монтажа характеризуется следующими недостатками.

Монтаж невозможен без произведения следующих строительно-монтажных работ: по возведению (замоноличиванию) фундамента; по переводу стойки из транспортного положения горизонтального в рабочее положение вертикальное; по заглублению анкеров в грунт и т.д. и их заделке и фиксации.

Кроме того, необходимы транспортное и грузоподъемное оборудование, а в случае утяжеления мачты и увеличения ее высоты, способ требует дополнительных средств, включающих кран.

Монтаж невозможен или недостаточно надежен при опирании стойки непосредственно на грунт, лед, гравий, о баржу и т.д. т.е. без подготовки фундамента.

Монтаж предусматривает единственную стойку, поэтому имеет практически ограниченное применение, в основном по высоте и весу.

Наличие указанных операций, условий и средств свидетельствует о том, что высота мачты задана постоянной, ее увеличение приведет к большим ограничениям при наземной транспортировке, удорожанию монтажа и невозможности или ограниченности использования.

Наличие большого количества строительно-монтажных операций, в том числе по возведению фундамента и по заглублению заделки анкеров, приводит к удорожанию монтажа.

Известен способ монтажа вертикальных конструкций (см. а.с. N 1219767 от 04.07.84, кл. E 04 H 12/00), при котором монтаж конструкции, выполняемой из составных секций и основания, осуществляют на замоноличенной площадке, к которой транспортируют отдельные секции и основание. При помощи грузоподъемных средств, стропов и гибких тяг осуществляют последовательный подъем каждой из секций на высоту, достаточную для подвода под ее нижний торец последующей секции, ее присоединение и подъем соединенных между собой секций на высоту одной секции.

После проектного соединения верхней и подращиваемой нижней секций производят перенос расчалок нижнего уровня для закрепления за нижнюю часть верхней секции и перестроповку для очередного подъема.

В начальной стадии монтажа или еще до него грунт под рабочую площадку и под основание профилируют, выравнивают, уплотняют и замоноличивают основание.

На подготовленные таким образом рабочую площадку и основание после выхода в процессе монтажа на номинально заданную высоту, собранную таким образом часть вертикальной конструкции при помощи крана поднимают и перемещают и по высоте выше замоноличенного основания, доводя до номинального положения, в котором собранную часть фиксируют относительно замоноличенного основания или еще до него.

По выполняемой функции и достигаемому результату такой способ монтажа является наиболее близким к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Такой известный способ по отношению к известным на сегодняшний день резко уменьшает время монтажа вертикальной конструкции.

Вместе с тем он обладает следующими недостатками.

Монтаж начинается со строительно-монтажных работ по возведению фундамента, замоноличенных площадок как под саму металлоконструкцию лебедки, так и для возможности заезда и маневрирования на этих площадках автомобилей, транспортных платформ, кранов, частей монтируемых металлоконструкций.

Монтаж может вестись только при наличии целого ряда транспортных, грузоподъемных и крановых средств, выполняющих только свою транспортную или грузоподъемную функции.

Монтаж невозможен или неэффективен в полевых или неподготовленных условиях, например непосредственно на грунт, асфальт, гравий, скальное основание, лед, баржу и т.д.

Поэтому такой способ за счет наличия указанных операций и средств требует определенно больших материальных средств и затрат времени на проведение этих операций, т.е. такой способ также характеризуется высокой стоимостью и затратами на монтаж значительного времени.

В этом же известном техническом решении для осуществления способа монтажа по а.с. N 1219767 от 04.07.84, кл. E 04 H 12/00) рассмотрено устройство - секционный модуль, который представляет собой пространственную силовую конструкцию ферменного типа, верхнее и нижнее основание, узлы межмодульного крепления и строповочные узлы.

Недостатками такого устройства является то, что относительно простая конструкция модуля, используемого для монтажа вертикальной конструкции, усложняет технологию монтажа. Модуль не содержит каких-либо элементов, позволяющих зафиксировать его горизонтальные смещения при монтаже, и соответственно всей уже смонтированной части. Монтаж осуществляется при тщательном соблюдении натяжения и движения тросов, на которых вывешен модуль, что ограничивает условия монтажа по времени суток, ветровым условиям, требует привлечения высококвалифицированного персонала и большое количество техники, а также большого объема подготовительных работ по устройству монтажных площадок.

Монтируемая конструкция до ее измерения на фундаменте является статически и динамически неустойчивой, что значительно усложняет монтаж и увеличивает время монтажа, повышает риск.

Целью изобретения является: обеспечение монтажа без строительно-монтажных операций по возведению фундамента, уменьшение стоимости монтажа, сокращение количества необходимого персонала.

упрощение технологии монтажа, сокращение сроков и расширение погодно-климатических условий монтажа.

обеспечение монтажа конструкций в условиях ликвидаций аварий и катастроф.

Поставленная цель достигается за счет того, что согласно заявляемому изобретению транспортируют к месту монтажа секции и основные конструкции, на месте монтажа осуществляют последовательный подъем грузоподъемными средствами и подстыковку каждой секции, при этом на месте монтажа отсоединяют от строительной платформы полое основание конструкции, формируют внутренний опорный контур на грунт, опирая основание об опорный контур, образуют под основанием проем больший габаритов транспортной платформы, затем удаляют транспортную платформу и формируют внешний опорный контур на грунт, замыкают внешний опорный контур с верхней секцией поднимаемой конструкции гибкими связями и сохраняют в процессе подъема конструкции и по окончанию подъема их натяжение.

Дополнительными отличиями заявляемого способа является то, что формирование внутреннего и внешнего опорных контуров ведут из условия восприятия внутренним опорным контуром преимущественно нагрузки от веса конструкции, а внешним боковых, преимущественно ветровых нагрузок.

Мачту вертикальной конструкции при подъеме подвергают сжимающей нагрузке, которую создают преимущественно за счет натяжения гибких тяг, постоянно или монотонно изменяющейся по мере подъема, причем основную сжимающую нагрузку замыкают на внешний опорный контур с образованием максимального противодействующего момента.

Возводимую конструкцию дополнительно оснащают средствами для размещения и фиксации на секции мачты функциональных объектов, например труб, кабелей, труб проводов, осветительных приборов. В случае когда на транспортную платформу устанавливают ряд оснований монтируемых конструкций после монтажа первой конструкции, платформу выводят на место монтажа следующей вертикальной конструкции и обеспечивают механическую, оптическую, электро-, радио-, теле- или иную связь с предыдущей конструкцией.

Транспортировку и монтаж уже смонтированной конструкции можно осуществлять, прикладывая усилия на подъем к верхней части конструкции, отрывая ее основание от грунта и перемещая на новое место монтажа, где основание конструкции вновь опирают на грунт.

Устройство, с помощью которого реализуется заявляемый способ монтажа вертикальных конструкций, составляемых из секций секционный модуль, содержит остов с двумя верхним и нижним основаниями, узлы межмодульного крепления на основаниях, и снабжен направляющими, закрепленными на остове для взаимодействия с грузоподъемным средством, остов выполнен в виде объемной силовой конструкции, а узлы модульного крепления на основаниях расположены попарно на каждом и диагонально противоположно с разворотом диагоналей на соответственных основаниях на угол друг относительно друга.

Дополнительными отличиями устройства являются выполнение остова модуля в виде ферменной конструкции, отрезка трубы круглого или овального сечения, коробчатой конструкции, а также то, что он может быть снабжен узлами для закрепления на нем гибких связей, а также функциональной оснастки. Узлы межмодульного крепления на каждом из оснований могут быть выполнены в виде по меньшей мере двух захватов и соответственных отверстий под захваты, а также в виде по меньшей мере двух штырей и ответных отверстий.

Приложенные чертежи изображают: фиг. 1 секционный модуль, фиг. 2 - секционный модуль, вид А, см. рис. 1, фиг. 3 секционный модуль, вид B, см. рис. 1, фиг. 4, 5 варианты узлов межмодульного крепления, фиг. 6 варианты выполнения направляющих для горизонтальной фиксации и подъема секционного модуля, фиг. 7 смонтированная из модулей мачта ветроэнергетической установки, фиг. 8 установка кабельной линии на секционной мачте с применением заявляемого способа и устройства, фиг. 9 смонтированное на транспортной платформе основание вертикальной конструкции в состоянии, подготовленном для транспортировки, фиг. 10 схема действия нагрузки от веса вертикальной конструкции (на примере ветроэнергетической установки), от ветропотока и восприятия нагрузки внешним и внутренним опорным контурами.

На чертежах и в материалах заявки обозначено: 1 остов модуля, 2 верхнее основание, 3 нижнее основание, 4, 5 узлы межмодульного крепления (4 вариант конусный штифт, 5 отверстие под штифт), 6 направляющие, 7 - зубчатое колесо грузоподъемного средства, установленное на основании конструкции, 8, 9 диагонали, на которых попарно расположены узлы 4, 5 межмодульного крепления, 10 мачта вертикальной конструкции (ВЭУ), 11 - основание (силовая обойма) конструкции, 12 транспортная платформа, 13 - грунт, 14 опоры (регулируемые) внутреннего контура, 15 периферийные фермы внешнего опорного контура, 16 периферийные опоры (регулируемые) внешнего опорного контура, 17 верхняя секция поднимаемой конструкции (мачты), 18 - гибкие связи, 19 грузоподъемное устройство, 20 приобойменные фермы, 21 - рычаги на силовой обойме.

Секционный модуль (фиг. 1 5) содержит остов 1 с двумя основаниями - верхним 2 и нижним 3, узлы 4, 5 межмодульного крепления, выполненные на основаниях 2 и 3, направляющие 6, выполненные, например, в виде рельсов, уголков, профилей таврового сечения, зубчатых реек с отверстиями под цевочное колесо (см. фиг. 6), и закрепленные на остове для взаимодействия с грузоподъемным средством 7, остов 1 выполнен в виде объемной силовой конструкции, а узлы межмодульного крепления 4, 5 на основаниях 2 и 3 расположены попарно на каждом и диагонально противоположно с разворотом диагоналей 8, 9 на соответственных основаниях 2 и 3 на угол друг относительно друга (на фиг. 1 показан вариант с углом величиной 90 градусов).

Остов 1 может быть выполнен в виде форменной конструкции, например сварной из профилей углового сечения (показан на фиг. 1) или прямоугольных или круглых труб, а также выполнен в виде отрезка трубы круглого или овального сечения оболочки или коробчатой конструкции, например из листового металла или штампованных или гнутых листов или пластин. Модуль может быть снабжен узлами для закрепления на нем гибких связей для создания натяжения конструкций, а также узлами для крепления на нем функциональной опасности.

Узлы межмодульного крепления 4, 5 на основаниях модуля могут быть выполнены различным образом.

Например, как показано на фиг. 1, в виде пары конусных штырей и отверстий: конусный штырь 4, фиг. 3, 4 одного модуля входит в отверстие следующего модуля при подстыковке. Таким образом, обеспечивается фиксация модулей друг относительно друга в поперечном направлении.

Узлы межмодульного крепления могут быть выполнены в виде простого болтового соединения, для чего на основаниях модуля выполняют отверстия под болты (см. фиг. 3).

Могут быть применены разного рода быстрозажимные приспособления в виде, например, пружинных захватов, как показано на фиг. 5 на одном модуле и соответственного профилированного штыря на другом модуле.

Следует подчеркнуть, что заявляемые модули наиболее эффективно используются в составе конструкций, напряженных в процессе монтажа и после сборки сжимающими усилиями. Поэтому узлы межмодульного крепления должны ограничить преимущественно поперечное смещение модулей друг относительно друга и эффективно воспринимать сжимающие усилия.

Грузоподъемное средство 19, применяемое для выдвижения наращиваемой мачты вертикальной конструкции может выполняться различным образом, например в виде зубчатого колеса, связанного с рейкой, или цевочного колеса с рейкой, фрикционной пары "ролик направляющая". Конструкция грузоподъемного устройства в настоящей заявке не рассматривается, более подробно см. заявку "Передвижная ветроэнергетическая установка и способ монтажа передвижной ветроэнергетической установки", направленную во ВНИИГПЭ тем же заявителем исх. N 4/1-95 от 30.01.95г.

Рассмотрим заявленный способ монтажа вертикальных конструкций, составляемых из секций на примере монтажа передвижной ветроэнергетической установки, которая в смонтированном состоянии показана на фиг. 7, и в которой мачта 10 выполнена из секционных модулей (или секций).

Вертикальную конструкцию монтируют следующим образом.

Транспортируют к месту монтажа секции 1 и основание 11 конструкции, непосредственно на месте монтажа основание конструкции, выполненное полым с центральным отверстием, отсоединяют от транспортной платформы 12, опирая основание 11 на грунт 13, формируют внутренний опорный контур на грунт и образуют под основанием 11 арочный проем, больших габаритов транспортной платформы 12, после чего удаляют транспортную платформу 12 и формируют внешний опорный контур.

Подвижную транспортную платформу 12 удаляют из-под арочного проема, образованного силовой обоймой 11, приобойменными фермами 20 и рычагами 21 с опертыми о грунт 13 регулируемыми опорами 14. Производят расфиксацию верхнего секционного модуля 17 мачты 10 относительно силовой обоймы 11. После чего верхний модуль мачты 17 имеет возможность поступательно перемещаться относительно направляющих 6 на грузоподъемном устройстве 19, закрепленном на силовой обойме 11. Однотипные секционные модули мачты выполняют по высоте определенно меньше, чем высота H проема, образованного силовой обоймой 11 приобойменной фермой 20 и рычагами 21.

Внешний опорный контур формируют путем подсоединения к основанию 11 в местах установки опор 14 внутреннего контура периферийных ферм 15 и периферийных опор 16.

После этого замыкают внешний опорный контур с верхней секцией 17 поднимаемой конструкции гибкими связями 18 и сохраняют в процессе подъема конструкции натяжение гибких связей 18.

При монтаже формирование внутреннего опорного контура ведут из условия восприятия им преимущественно нагрузок от веса конструкции (и закрепляемого на верхней секции мачты веса оборудования и (или) оснастки), а формирование внешнего опорного контура ведут из условия преимущественно боковых, например, для ВЭУ ветровых нагрузок.

Монтаж вертикальной конструкции ведут при условии, что создают и поддерживают постоянную осевую сжимающую нагрузку постоянной или монотонно изменяющейся по величине в процессе подъема, т.е. выдвижение мачты вертикальной конструкции ведут под сжимающей нагрузкой. Осевую сжимающую нагрузку можно создавать различным образом. Например, за счет веса оборудования, закрепленного на верхней секции 17 мачты, а также за счет натяжения мачты сжимающей силой. В заявленном способе осевую сжимающую силу создают за счет натяжения гибких связей 18.

При этом осевую сжимающую нагрузку замыкают на внешний опорный контур, используя для этого периферийные опоры 16, которые также снабжают узлами для закрепления гибких тяг 18. Для натяжения тяг 18 и изменения их длины в процессе подъема конструкции применяют устройства в виде специальных механизмов. В качестве простейшего механизма для натяжения, например, может быть применен талреп, который при завинчивании изменяет длину тяги. Для регулирования длины и натяжения гибких тяг при выдвижении мачты может быть применен более сложный механизм из известных, например механизм ручного спасательного противопожарного устройства, который обеспечивает вытяжку троса на длину до 30 50 метров с силой сопротивления до 125 и более "кгс" при температуре окружающей среды ±50 градусов Цельсия, проспект с описанием этого спасательного механизма прилагается ["Устройство спасательное пожарное индивидуальное. УСПИ 4-50, МВД СССР, ВНИИ пожарной обороны, М. 1991] При вытягивании троса с некоторой регулируемой скоростью (от 0 до 3 м/с) устройство создает силу натяжения до 125 кгс. Сила вытягивания троса по своему характеру является неупругой диссипативной и создается за счет организации вязкого сопротивления жидкости в устройстве (возможны и другие варианты выполнения этого устройства на значительно большие усилия до сотен "кгс" и до тонн. Это техническое решение является независимым, известным, поэтому подробное рассмотрение его не приводится).

В сочетании с талрепами такие и другие известные устройства натяжения, в том числе и с упругими элементами пружинами в заявляемом способе эффективно решают задачу создания осевой сжимающей силы как в процессе выдвижения конструкции, так и по окончании выдвижения.

Разнесение гибких тяг на периферийные опоры замыкание сил на внешний опорный контур позволяет создать жесткий силовой треугольник, эффективно воспринимающий боковые действующие нагрузки, приложенные на высоте к верхнему модулю мачты, создает максимальный противодействующий момент и позволяет разгрузить мачту конструкции от изгибных нагрузок.

Для расширения функциональных возможностей монтируемую конструкцию снабжают дополнительно средствами для размещения и фиксации на секциях функциональной оснастки объектов в виде труб, кабелей, трубопроводов, осветительных приборов. Эти средства могут размещаться как на верхнем, так и на промежуточных модулях башни.

При формировании линейных объектов, типа кабельных трасс, оптоволоконных линий, создаваемых в условиях, например, чрезвычайных ситуаций, при ликвидации аварий, бедствий и т.д. на неподготовленных площадках, при недостатке квалифицированного персонала и в условиях воздействия противоборствующих факторов, в заявляемом способе на транспортную платформу устанавливают ряд оснований монтируемых конструкций, а платформу после монтажа первой конструкции выводят на место монтажа следующей вертикальной конструкции, и возведя, таким образом, ряд вертикальных конструкций, обеспечивают механическую, оптическую, электро-, радио-, теле- и иную связь.

Смонтированная по заявляемому способу вертикальная конструкция, состоящая из секционных модулей, обладает высокой жесткостью за счет наличия узлов межмодульного крепления, осевой сжимающей нагрузки, а также создания замкнутых силовых треугольников от верхнего модуля (секции) мачты на периферийные опоры внешнего опорного контура, что обеспечивает не только эффективное восприятие действующих нагрузок от функциональной оснастки или работающего оборудования, закрепленного на верхнем модуле мачты, но и делает возможным перенос всей смонтированной конструкции на новое место установки без демонтажных операций.

Перенос может быть осуществлен с помощью крана за верхний модуль мачты, с помощью вертолета, т.е. транспортировку и монтаж конструкции осуществляют прикладывая усилие на подъем к верхней части конструкции, при этом отрывают основные конструкции от грунта и перемещают ее в сборе на новое место монтажа, где основание конструкции вновь опирают непосредственно на грунт.

При транспортировке (в основном варианте способа) основание конструкции находится в сложенном состоянии на транспортной платформе, как это показано на фиг. 9. Секционные модули, периферийные формы транспортируются отдельно, например в прицепе или другом автомобиле.

Формирование двух опорных контуров позволяет разграничить задачи, возлагаемые на опорные контуры с позицией восприятия нагрузок от веса и нагрузок при работе конструкции в эксплуатационных режимах.

В результате периферийные фермы 15 разгружены от статического нагружения весом конструкции и нагружены только динамической составляющей от ветроколеса (для ВЭУ) или от оборудования, установленного на верхнем модуле мачты и его внешних связей, кабелей и т.д. а также и силой натяжения гибких тяг 18. Периферийные фермы 15 воспринимают только часть сжимающих мачту конструкции нагрузок, так как периферийные опоры 16 при выполнении их в виде емкостей под жидкость или сыпучую среду имеют значительный вес, например, для ВЭУ мощностью 10 кВт, вес каждой из периферийных опор составляет 1,0 1,8 тс, что полностью разгружает периферийные опоры 15 от изгибных нагрузок. Это делает возможным выполнить периферийные фермы легкими и транспортабельными, что снижает трудоемкость и стоимость монтажных операций, уменьшает потребность в персонале при подготовительных операциях и при монтаже.

Рассмотрим схему нагрузок, приложенных к вертикальной конструкции на примере передвижной ВЭУ.

При воздействии ветропотока сила Q сопротивления (см. фиг. 10) стремится опрокинуть ВЭУ. Развитый внешний опорный контур не позволяет опрокинуть ВЭУ.

Как видно из схемы на фиг. 10 опрокидыванию противостоят вес ВЭУ и веса периферийных опор (в особенности при заполнении их емкостей сыпучей или жидкой средой).

Условие равновесия неопрокидывания ВЭУ приближенно запишем в виде где H высота расположения оси ветроколеса; Q сила аэродинамического сопротивления ветроколеса ветропотоку при работе ВЭУ; K коэффициент безопасности, учитывающий порывистость ветра и др. случайные факторы;
(K ≃ 1,3...1,5)
N_{G Вн} реакция от веса i-й опоры внешнего контура;
R_{Вн i} проекция радиуса установки i-й опоры внешнего опорного контура на направление ветропотока;
n число опор внешнего опорного контура;
G_вэу вес ВЭУ;
R_вн расстояние от вертикальной оси ВЭУ до ближней внешней опоры в проекции на направление ветропотока.

Как видно из уравнения (1) вес внешней периферийной опоры, приложенный на большем плече нежели вес ВЭУ, создает большой противодействующий момент. Поэтому стремление снизить вес ВЭУ за счет организации двух опорных контуров
внутреннего, воспринимающего преимущественно нагрузки от веса смонтированной конструкции с функциональным оборудованием, а внешнего из условия восприятия преимущественно функциональных нагрузок, в частности боковых, например нагрузок от ветроколеса ВЭУ, является оправданным и целесообразным. Это позволяет также достичь снижения материалоемкости, стоимости и обеспечить удобство транспортировки конструкции и не входит в противоречие с задачей обеспечения устойчивости смонтированной конструкции при различных возмущениях, в том числе ветровых.

Например, для H 15,0 м, n 4, R_внутр 3,0 м Q 1,0 тс, R_вн 6,0 м G_вэу 1,0 тс действующий момент M Q·H 15 тм уравновешивается следующим образом:
за счет веса ВЭУ при направлении ветропотока под углом 45 градусов между опорами создается момент
M_{G вэу} 3,0 м·cos 45^o·1,0 тс 2,1 тм
что при использовании классических решений требует заякориваниях гибких связей в грунт на значительной опорной базе для восприятия внешнего действующего момента М 15 тм;
за счет веса внешних (периферийных) опор
MG_ВН 12,0 м·cos45^o·2,0 тс 17,0 тм
таким образом, эффективность применения внешнего опорного контура с опорами в виде емкостей под жидкий или сыпучий наполнитель налицо.

Как показали конструкторские разработки, наиболее эффективным является применение заявляемого способа и устройства для быстромонтируемых передвижных (перебазируемых) ветроэнергетических установок, антенных устройств, кабельных мачт и т.д. для нужд Министерства обороны, Министерства чрезвычайных ситуаций, а также гражданских отраслей: сельского хозяйства, фермеров, экспедиций и т.д.

Время развертывания монтажа вертикальной конструкции по заявляемому способу передвижной ВЭУ мощностью 10 кВт 1 час при работе двух операторов-монтажников. Вес одного секционного модуля не превышает 20 кг, что позволяет полностью исключить необходимость применения кранового оборудования для монтажа.

Заявляемые способ и устройство являются прогрессивными, а их практическое использование создает положительный эффект, который заключается в следующем:
сокращение сроков монтажа конструкций,
уменьшение стоимости, веса, материалоемкости вертикально монтируемых конструкций за счет полного исключения транспортного средства из состава конструкции,
уменьшения стоимости конструкций,
повышение универсальности за счет возможности установки конструкций на достаточно рыхлых грунтах без их предварительной подготовки и использования модулей,
обеспечение возможности вынесения на требуемую высоту различной функциональной оснасткой объектов различного назначения, например осветительных приборов, кабелей, гидрантов, антенн, ветроколес ВЭУ, в особенности для вариантов перебазируемых ВЭУ, ориентированных на работу в низкоскоростных ветропотоках.

Формула изобретения

1. Способ монтажа вертикальных конструкций, составляемых из секций, включающий транспортировку к месту монтажа секций и основания конструкции, последовательный подъем грузоподъемными средствами и подстыковку каждой секции, отличающийся тем, что непосредственно на месте монтажа отсоединяют от транспортной платформы полое основание конструкции, формируют внутренний опорный контур на грунт и, опирая основание об опорный контур, образуют под основанием проем, больший габаритов транспортной платформы, после чего удаляют транспортную платформу, формируют внешний опорный контур на грунт, замыкают внешний опорный контур с верхней секцией поднимаемой конструкции гибкими связями и сохраняют в процессе подъема конструкции их натяжение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование внутреннего и внешнего опорных контуров ведут из условия восприятия внутренним опорным контуром преимущественно нагрузок от веса конструкции, а внешним боковых, преимущественно ветровых, нагрузок.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что создают и поддерживают постоянную осевую сжимающую нагрузку постоянной величины.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осевую сжимающую нагрузку создают натяжением гибких связей.

5. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что осевую сжимающую нагрузку замыкают на внешний опорный контур с образованием максимального противодействующего момента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что конструкцию снабжают средствами для размещения и фиксации на секциях функциональной оснастки объектов в виде труб, кабелей, трубопроводов, осветительных приборов.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что транспортную платформу с рядом установленных на ней оснований конструкций после монтажа первой конструкции выводят на место монтажа следующей вертикальной конструкции и обеспечивают механическую, оптическую, электро-, радио-, теле- и иную связь с предыдущей конструкцией.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что транспортировку и монтаж конструкции осуществляют, прикладывая усилие на подъем к верхней части конструкции, при этом отрывают основание конструкции от грунта и перемещают ее в сборе на новое место монтажа, где основание конструкции вновь опирают непосредственно на грунт.

9. Секционный модуль для монтажа вертикальной конструкции, содержащий верхнее и нижнее основания, и связывающий их остов, узлы межмодульного крепления на основаниях, отличающийся тем, что он снабжен направляющими, закрепленными на остове для взаимодействия с грузоподъемным средством, остов модуля выполнен в виде объемной силовой конструкции, узлы межмодульного крепления на основаниях расположены попарно на каждом и диагонально противоположно с разворотом диагоналей на соответственных основаниях на угол относительно друг друга.

10. Модуль по п.9, отличающийся тем, что остов выполнен в виде ферменной конструкции.

11. Модуль по п.9, отличающийся тем, что остов выполнен в виде отрезка трубы.

12. Модуль по п.9, отличающийся тем, что остов выполнен в виде коробчатой конструкции.

13. Модуль по п.9, отличающийся тем, что он снабжен узлами для закрепления на нем гибких связей.

14. Модуль по п.9, отличающийся тем, что узлы межмодульного крепления на каждом из оснований выполнены в виде по меньшей мере двух захватов и соответственных отверстий под захваты.

15. Модуль по п.9, отличающийся тем, что узлы межмодульного крепления на каждом из оснований выполнены в виде по меньшей мере двух штырей и ответных отверстий.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10