вакуум-аэростатическое сооружение и покрытие биосферного пространства для создания искусственного, например теплого, климата в нем

Формула изобретения

Пневматическое сооружение, содержащее аэростатическую пространственную оболочку, установленную на фундамент и выполненную с возможностью регулирования искусственного теплого климата внутри сооружения при помощи устройств, обеспечивающих нагревание воздуха в оболочке, установленных в нижней части оболочки, выполненной из материала, обладающего прочностью, газонепроницаемостью и светопроницаемостью, отличающееся тем, что оболочка выполнена из отдельных элементов прямоугольного поперечного сечения в виде дугообразных труб, изготовленных из пленочного или капронопластмассового огнестойкого материала, соединенных между собой боковыми поверхностями посредством клея и заполненных теплым воздухом или газом гелием, причем снизу к оболочке прикреплены лампы дневного света, через одну лампу излучающие инфракрасные лучи и выполненные в виде светопроницаемых труб, изогнутых по очертанию оболочки, а к верхней поверхности оболочки прикреплены вакуумные трубки, препятствующие свободной конвекции тепла, изготовленные из материала оболочки и склеенные между собой, при этом оболочка снабжена удерживающими ее от ветровых нагрузок капроновыми тросами, выполненными с возможностью использования четырьмя или большим количеством вертолетами для подъема, транспортирования и монтажа сооружения и закрепленными к мачтам, на каждой из которых размещены в количестве не менее двух ветротруботурботепловых генераторов, крепление сооружения к фундаменту осуществляется с помощью прочных на растяжение крепежных болтов и гаек, а нагреватели воздуха размещены в каждом элементе оболочки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к новой технике в строительстве, в частности, к изготовлению монтажа и эксплуатации облегченного пространственного самонесущего вакуум-аэростатического сооружения, совмещенного с объемным оболочковым покрытием неограниченных размеров по длине, ширине и высоте, при этом находящийся (предварительно заполняется) в емкости оболочки газ легче воздуха, либо теплый воздух нагревается электронагревателями, причем электрический ток вырабатывается ветро-трубо-турбо генератором, размещенным на противоветровых мачтах, и оболочка при этом обеспечивает биосферное пространство от свободной конвекции тепла. Материал оболочки для сооружения принят эластичный, т. е. оно также выдерживает и гасит сейсмические нагрузки.

Наиболее близким аналогом является пневматическое сооружение, которое содержит аэростатическую пространственную двухслойную конструкцию оболочки, внутри которой имеется возможность регулировать искусственный климат, причем оболочка выполнена из материала, обладающего прочностью, газонепроницаемостью и светопроницаемостью, при этом объем оболочки заполняется нагреваемым воздухом.

Предлагаемое техническое решение предусматривает крепление сооружения: тросами и, кроме того, к фундаментам и к стеновому ограждению, например, в случае закрытия стадиона, плавательного бассейна, ангара, летного поля, ипподрома, цеха-предприятия, выставочного павильона, спортивного павильона, сельскохозяйственных угодий, например, фруктовых садов, лимонариев и др. в Средней полосе, на Урале и Сибири или при необходимости закрыть нефтяную скважину вместе с оборудованием, например, сферического вида оболочкой (предлагаемой конструкции) и др. всевозможных укрытий биосферного пространства любых размеров по высоте, ширине и длине.

Общее название имеют и другие предлагаемые устройства и прототипы, например, ветровой генератор, известный из телевизионной информации, применяемый широко, например, в Бельгии (район непрерывных ветров), где ветровой генератор имеет лопастный винт подобно самолету и механический двигатель для вращения генератора, тогда как предлагаемый ветровой генератор имеет отличие в том, что он включает турбину, выполняемую совместно с ротором генератора (фиг. 4, 5), а также содержит новое устройство в виде тяговой щелевидной с двумя флюгарками трубки-усилителя скорости и силы ветра, т. е. обеспечивающей непрерывность потоков ветра и подачи его на лопатки турбины-генератора (ротора). Кроме того, ветровой турбогенератор размещается на одной мачте не менее двух (фиг. 1), это экономично и выгодно отличается от прототипа лопастного либо другого ветрового генератора.

Неоновая, либо люминесцентная лампа, а также лампа с инфракрасным излучением имеет отличие в том, что она выполняется не из стекла, а из светопроницаемого небьющегося материала в виде длинной трубки по очертанию применяемой оболочки (полуцилиндрической, сферической, либо параболической) (фиг. 3).

Электронагреватель воздуха без вентилятора с корпусом из текстолита с отверстиями и резьбой для крепления с внутренней поверхностью оболочки, к которой клеящим веществом закреплена текстолитовая пластина с отверстием и резьбой.

Теплоизолятор выполняется в виде эластичной вакуумной трубки круглого, либо прямоугольного сечения, из объема которого (внутреннего) выкачивается воздух, т. е. создается вакуум, что и является теплоизолятором двусторонним и односторонним, для, например, предлагаемой вакуум аэрооболочки.

Фундамент аэростатического сооружения выполняется, например, в виде свай, сверху которых устраивается ж.б. ростверк или, например, из древесины (бревна, бруска и др.), к которому крепежными болтами закрепляется аэростатическое сооружение (совмещенные стеновое ограждение 1" и, например, полуцилиндрическая оболочка 1) (фиг. 3).

Крепежные закладные детали, болты и гайки выполняются из прочного пластмассового материала, например, капролантано.

Противоветровая мачта для крепления капроновых тросов из металла с обязательной покраской (напылением), причем на верхней ее части и в середине устраиваются не менее 2 площадок для размещения турбоветрогенераторов, кроме того, она включает не менее 2 натягивающих трос приспособлений и крепежа его к мачте.

Сущность изобретения заключается в том, что используется новое техническое решение, позволяющее значительно проще и экономичнее решить проблему закрытия и регулирования искусственного климата в биосферном пространстве огромной площади при неограниченной высоте сооружения из эластичных легких конструкций, пространственно соединенных между собой, при этом в холодных районах с коротким периодом лета обеспечивать теплый искусственный климат для, например, получения устойчивого урожая фруктов, ягод, овощей и сбора двух урожаев, а в жарких странах обеспечивать оптимально необходимый искусственный климат, например, умеренного в этих пространственных самонесущих сооружениях в виде строительной оболочки (цилиндрической, сферической, параболической и иной формы). Элементы оболочки самообеспечивающиеся электроэнергией посредством размещения на мачтах противоветровых 2 или нескольких генераторов-преобразователей в виде ветро-турбо-тяговых агрегатов, при этом электронагреватель размещается на нижней части каждого элемента оболочки, выполненного в виде коробчатого прямоугольного сечения и, например, параболического очертания, в емкости которой помещается, например, теплый (постоянно подогреваемый) воздух, что заставляет оболочку удерживаться в статическом положении (фиг.2 и 3).

Защита оболочки от утечки тепла в атмосферу осуществляется посредством размещения и закрепления клеем вакуумных трубок 8 (фиг.2) на верхней поверхности пространственной оболочки, состоящей из прямоугольных труб, например, параболического, либо полуцилиндрического и др. вида элементов оболочки, которые склеиваются друг с другом (их боковыми поверхностями) клеем особой прочности. Таким образом, каждая прямоугольного сечения труба дугообразного вида (очертания) работает самостоятельно и подогревается каждая в отдельности, чем обеспечивается надежность работы пространственной вакуум-аэрооболочки.

В случае выхода из строя одной из этих труб, заполненных легче воздуха теплым воздухом либо гелием в целом оболочка сооружения не теряет устойчивости. Вакуумные трубки 8 (фиг.2) показаны в виде цилиндра, тем не менее они могут выполняться также прямоугольного сечения. На фиг.2 показано размещение вакуумных трубок сверху строительной оболочки вместо утеплителя, при этом конвекция теплого воздуха осуществляется только в закрытое биосферное пространство предлагаемого сооружения, однако в жарких странах возможно эти вакуумные трубки (на чертеже не показано) размещать (приклеивать) также и снизу пространственной строительной вакуум-аэрооболочки, тогда конвекции теплого воздуха в атмосферу и биосферное пространство не будет и температуру в нем можно понизить средствами вентиляции либо другими известными средствами.

Лампа дневного света либо люминесцентная и инфракрасного излучения выполняется длиной по размеру внутреннего очертания элемента вакуум-аэрооболочки, при этом материал (вместо стекла) должен обладать светопроницаемостью и достаточной эластичностью для удобства ее монтажа и получения достаточной освещенности в люксах биосферного пространства. Тросовая защита пространственного облегченного сооружения от ветровых нагрузок выполняется закреплением его в поперечном и продольном направлениях, одного конца тросов к оболочке и другого его конца к мачте, на которой, кроме того, размещается не менее 2 агрегатов ветро-турбо-тягового генератора - преобразователя энергии ветра в электрическую энергию, минуя механические движители, т. е. без них (фиг.4 и 5).

В этом отличие сущности предлагаемых устройств, составляющих комплексное устройство, которые имеют общее в названиях, в сущности и в не назначениях известных устройств и, в частности, упомянутых прототипов: аэростата и ветрового генератора.

Необходимо знать, что предлагаемое комплексное устройство можно использовать при внедрении и раздельно, например как аэростатическое покрытие действующего открытого стадиона, превратив его в постояннодействующий, а не сезонного типа сооружение, и получать, естественно, его окупаемость, например, в гг. Магнитогорск, Челябинск, Москва и в городах других государств, а также в селах, во всех климатических зонах.

Также возможно использовать ветро-турбо-тяговый генератор непосредственно преобразуемого ветровую энергию в электрическую путем размещения и установки этого агрегата на имеющихся площадках на крыше сарая, либо дома фермера, либо другого сельскохозяйственного двора и т. д.

Таким образом, сущность технического решения предложенной новой строительной конструкции состоит в том, что она решена без применения металла и железобетона и представляет собой пространственную, двуслойную вакуум-аэрооболочку, при этом в сечении она выполняется, например, в виде двухслойного, дугообразного сечения, при этом каждый элемент этой оболочки прямоугольного сечения заполняется теплым воздухом или газом легче воздуха, причем материалом этой оболочки (ее элементов) предложен эластичный, тонкостенный, прозрачный, огнестойкий и прочный в виде, например, плексиглаза или капронопластмассы, прямоугольного сечения трубы. Постоянная, оптимальная теплая температура воздуха сохраняется размещенными в каждом элементе (прямоуг. трубе) электронагревателями воздуха, которые получают электроэнергию от ветро-турбо-тягово-генератора, который работает даже при слабых ветрах, он же питает электроэнергией и другие необходимые приборы и агрегаты, в том числе и удлиненные, дугообразные лампы. В целях направления свободной конвекции теплового воздуха в закрытое вакуум-аэрооболочкой биосферное пространство сверху основной аэрооболочки (двуслойной) наклеиваются вакуумные трубки, колорые также выполняются из эластичного, например, пленочного материала, из емкости которых выкачивается воздух, т. е. в них создается вакуум.

Комплексное устройство предназначено для закрытия особо больших размеров сооружений в виде вакуум-аэрооболочки и создания в них искусственного оптимально-теплого климата для размещения, например, рыбопитомника, животноводческих хозяйств и многого другого в северных и других регионах.

На фиг.1 даны позиции: 8, 9, 14, 15, 16, 18, 20; на фиг.2 позиции: 1, 2, 4, 6, 8, 9, 10; на фиг.3 позиции: 1, 1", 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13; на фиг.4 позиции: 21, 27, 36, 37; на фиг.5 позиции: 21, 22, 23 24, 25, 26, 27, 35, 36, 37; на фиг.6 позиции: 21, 22, 24, 28, 28", 29, 30, 31, 34, 37, 38; на фиг.7 позиции: 28, 28", 29, 38; на фиг.8 позиции: 37, 39, 40.

Перечень позиций комплексного устройства и их назначение.

1. Аэростатическое сооружение, в том числе покрытие в виде оболочки, например, параболического очертания, наполненная теплым воздухом либо гелием (газом легче воздуха); 1" нижняя часть аэростатической оболочки 1, выполняющая роль стенового ограждения.

2. Элемент аэростатической оболочки 1, полость прямоугольного сечения заполняется теплым воздухом либо газом легче воздуха, в нижней ее части закреплен ниппель со штуцером и колпачком на резьбе (на фиг.2 и 3 не показано), а также приклеена пластина из текстолита, например, с круглым отверстием и резьбой для закрепления электронагревателя воздуха 7, при этом элементы склеиваются между собой, образуя пространственную оболочку сооружения, причем материал элементов оболочки должен обладать прозрачностью, эластичностью, высокой прочностью на растяжение, газонепроницаемостью и огнестойкостью.

3. Емкость элемента аэрооболочки криволинейного (дугообразного), например, параболического очертания.

4. Соединительная лента элементов аэрооболочки для склеивания между собой в аэрооболочку сооружения, либо для покрытия известного действующего сооружения, например, открытого стадиона, который можно закрыть предложенной конструкции вакуум-аэрооболочкой, тогда стадион превратится из сезонного (только летнего) в круглогодичный непрерывно действующий, в частности, для игры в футбол.

5. Трубка для прикрепления кольца, через которое пропускается гибкая эластичная длиной очертания оболочки трубка-лампа дневного света, либо люминесцентная, изготовленная специально из светопроницаемого пластика.

6. Лампа дневного света, либо люминесцентная и лампа, устанавливаемая через одну осветительную, т. е. инфракрасного излучения для растений, изготовленная вместо стекла из проницаемого пластика дугообразного вида (см. позицию 6, фиг.3).

7. Электронагреватель воздуха, либо газа легче воздуха изготавливается, например, из алюминия и завинчивается в элемент оболочки (каждый), предварительно освобождается от временной заглушки (заглушка на фиг.3 не показана).

8. Вакуумная трубка выполняется длиной по внешнему очертанию оболочки и наклеивается сверху аэрооболочки 1, выполняет роль теплоизоляции в атмосферу и возможность конвекции, например, теплого воздуха в биосферное закрытое устройством пространство.

9. Капроновый трос, т. е. растяжка для восприятия ветровых нагрузок - один конец троса закрепляется к вакуум-аэрооболочке (см. фиг.1), а другой к внешней мачте, возможно крепление тросов и посредством их закрепления к якорям, т. е. например, сваям, забитым в грунт.

10. Крепежный элемент тросов размещается и закрепляется к вакуум-аэрооболочке (см. фиг.1).

11. Например, капроновый монтажный пояс приклеивается к пяте аэрооболочки (см. фиг.3).

12. То же, что и деталь 11, но с анкером, который закрепляется в бетоне растверка, либо фундамента.

13. Болты крепежные и гайки из особо прочного пластмассового, либо капронового материала.

14. На фиг.3 это обозначено позицией 1", т. е. стеновое (вернее, взамен его) ограждение продолжение аэрооболочки до ростверка.

15. На фиг.3 это обозначено позицией 1 собственно покрытие сооружения, т. е. аэрооболочка.

16. Внешняя антиветровая мачта, одновременно это и площадки, на которых размещается ветро-трубо-тяговый генератор, но для стадиона возможно использовать действующие прожекторные мачты и трансформатор действующего электроснабжения.

17. Мачта для закрепления противоветровых тросов и размещения на их рабочих площадках ветро-турбо-тяговых (не менее 2) электрогенераторов.

18. Крепежные детали тросов к вакуум-аэростатической оболочке покрытия здания сооружения.

19. Дверь герметичная размещается в нижней части аэростатического сооружения (не показана).

20. Ветровой турбо-тяговый электрогенератор в сборе со всеми деталями (фиг. 4, 5, 6, 7 и 8 и на фиг.1, поз. 20).

21. Рабочие лопатки турбины, размещенные по внешней окружности ротора и ветро-турбо-тягового генератора, позиция 21, фиг. 4 и 5.

22. Ротор цилиндрического вида, выполненный как одно целое с лопатками турбины, т. е. с турбиной из магнитного материала.

23. Обмотки ротора.

24. Статор цилиндрического вида из магнитного материала одновременно является осью для подшипников (позицией не обозначено), на которых вращается ротор 22, фиг. 5.

25. Обмотки статора.

26. Щетки графитовые (токосъемник) размещается в углублениях с внешней поверхности статора 25, а на внутренней поверхности статора выполнены отверстия для закрепления и вывода электропровода (токонесущего) 37 далее через полость этого статора, внутри элементов станины 36 и далее через отверстие в стенке 31 к трансформатору и далее потребителю или к аккумулятору накопителю 39 посредством переключателей 40.

27. Крышка торцевая статора и с отверстием в середине для ротора и винтом 35.

28. Раструб с тяговой щелевидной трубой для приема ветровых потоков и увеличения его скорости и силы, а также для более длительной его работы, т. е. через лопатки турбины вращать беспрерывно ротор ветро-турбо-тягового генератора и беспрерывно вырабатывать электрическую энергию.

28". Продолжение щелевидной тяговой трубы сверху, которой закрепляется флюгарка (руль поворота ветро-турбо-тягового генератора).

29. Флюгарка руль поворота (2 шт.) всего ветро-турбо-тягового устройства.

30. Кожух защитный выполняется из алюминиевого, либо оцинкованного материала.

31. Станина, в которой вращается все устройство посредством влияния ветровых потоков на флюгарки.

32. Подшипник вращения ветро-турбо-тягового генератора.

33. Крепеж (болт) станины 31 к плите (полу) площадки мачты 16.

34. Площадка мачты 16.

35. Винт закрытия и крепления торцевых деталей, т. е. ротора и статора.

36. Вращающаяся стойка в подшипниках 32 в виде трубы.

37. Электрический провод (шнур) токопроводящий.

38. Косынка жесткости крепления флюгарки к верхней поверхности тяговой трубы 28".

39. Аккумулятор накопитель электрической энергии и при необходимости ее подачи к потребителю.

40. Переключатель подачи электроэнергии к потребителю через трансформатор (трансформатор не показан), либо напрямую от ветро-турбо-тягового генератора 20, либо от аккумулятора-накопителя, либо от ветро-турбо-тягового генератора в аккумуляторную батарею-накопитель. Потребители электроэнергии, например, стадиона либо сооружения другого назначения: к электроподогревателю воздуха, осветительным и инфракрасным лампами, насосу, электрокалориферам, а для создания принудительной конвекции теплового воздуха калориферы размещаются только по одной из сторон внутри помещения стадиона и т. д.

Известны действующие заводы и предприятия, на которых изготавляют эбонитовые трубы, предназначенные для канализации и других сантехнических коммуникаций, эти заводы выполняют и более сложные виды изделий, чем трубы, например, всевозможные фитинги для соединения этих труб, которые имеют фасонные части, изгибы и др. замысловатые формы.

Таким образом, предлагаемые трубы прямоугольного сечения (поз. 2 с поверхностью 1 после их склеивания 1 фиг. 2 сеч. в-в) изготовить на упомянутых заводах, либо предприятиях не представляет затруднения, если не считать возможную переоснастку по размерам и прямоугольного сечения труб, а также необходимость изготовления этих новых труб из эбонита, либо другого например, пленочного материала, предполагается выполнять тонкостенными и достаточно длинными и на шаблоне их сгибать, получая проектную дугообразную трубу как элемент пространственной аэрооболочки, для этого каждый элемент склеивается их боковыми поверхностями, что также выполнить под силу и в интересах этого же предприятия.

Затем начинается сборка элементов со всеми необходимыми закладными деталями, отверстиями и снабжение их ниппельным устройством, а также прикленивание к каждому элементу коробчатого сечения (сверху) вакуумной трубки 8 и др. деталей 18 и 10 поз. также на этом, упомянутом ранее предприятии.

После этого, используя крепежные детали на оболочке, к ней закрепляются капроновые тросы 9 (продольные и поперечные).

Оболочка (трубка) удлиненной лампы дневного света, либо люминесцентная и инфракрасного излучения также выполняются на предприятии, которое успешно выполняет до сих пор сантехнические трубы эбонитовыми, которые совершенно не корродируются, как металлические, т. е. значительно долговечнее других.

Теперь можно приступать к зачаливанию свободных концов тросов 9 к четырем, например, либо большему количеству вертолетов (которые на фиг. не показаны).

При этом все четыре или более вертолета должны работать синхронно, т. е. одновременно подниматься с грузом (с вакуум-аэрооболочкой, пространственной) и поднимать за тросы 9 фиг.1 облегченную конструкцию, транспортировать к месту установки, одновременно опустить ее на фундамент, либо на стенку и закрепить болты гайками к основанию, а тросы (свободные их концы) каждый вертолет опускает к месту их закрепления к каждой мачте 16 для защиты легкого сооружения и покрытия его от ветровых нагрузок.

Для закрытия стадиона, например, в г. Магнитогорске, либо в г. Москве и др. городах и селах, который функционирует сезонно не более 2-3 месяцев в году, тогда как после закрытия его вакуум-аэростатической оболочкой стадион превращается в быстро окупаемое затраты предприятие с непрерывной работой его все 12 месяцев в году, при этом можно получить оптимально теплый, например, летний режим эксплуатации стадиона беспрерывно.

Таким же подобным образом при тех же предлагаемых решениях сооружения возможно получить закрытое биосферное пространство с искусственным летним климатом все 12 месяцев и получить с них гарантированные урожаи фруктов, два урожая овощей, а главное сохранить все эти деревья и посадки от весенних заморозков и морозов, т. е. превратить зоны риска сельскохозяйственных и фруктово-ягодных посадок и работ (Урал и Сибирь) в зону плодородия и гарантийных урожаев фруктов, овощей бахчевых культур и возможно винограда, лимонов, песиков и др. необходимых фруктов для человека, а также цитрусовых, овощей и др.

Для сведения: г. Магнитогорск расположен в зоне Южного Урала, но заморозки бывают и не редко в середине июня, так, весна и осень 1992-1993 гг. оказались роковыми для фруктовых деревьев они замерзли, осталось их спилить с садоводами, посадить саженцы (выкорчевать предварительно корни деревьев спиленных) и ждать 7-10 лет первого урожая, если за это время не повторится подобный мороз, хотя и заморозки наносят вред урожаю томатов, огурцов и др. овощей.

Что же относительно входящего в комплекс устройства ветро-турбо-тягового генератора, предназначенного вырабатывать дешевую электроэнергию за счет даровой ветровой энергии, то все элементы и детали устройства аналогичны известным, а те, которые имеют новые усовершенствования, тоже изготовить не сложно, например, на предприятии, изготавливаемом электродвигатели, такие усовершенствования как изготовление турбины и ее лопаток совмещено, т. е. в одной детали с ротором генератора (фиг.5, позиции: 21, 22, 23, 27, 35) статор 24, 25, 26, 27 фиг.5 в виде цилиндра и тяговая щелевидная труба с флюгаркой (фиг. 6, позиции 28, 28", 29 и 38) из нержавеющего материала, например, алюминия и др.

Мачта противоветровая изготавливается из металлических, например, труб оцинкованных, либо покрытых пластмассовым составом (известным), при этом в 2-х либо большем количестве уровня устраиваются площадки для размещения и закрепления на них ветро-трубо-тяговых генераторов. Мачты изготавливаются аналогично известным по имеющимся рабочим проектам с добавлением площадок и лестницы.

Использование этого изобретения за счет фондов государств позволит Российскому Государству получить прибыль значительную от его внедрения и в других государствах.