АВТОНОМНАЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКАЯ ФЕРМА ДЛЯ ПУСТЫННЫХ ЗОН С РАЗРЕЖЕННОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ Российский патент 1996 года по МПК A01K1/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано на пустынных территориях в качестве опорных пунктов с автономным водо- и энергообеспечением овцеводческих ферм. Изобретение касается также ветродвигателей с вертикальной осью вращения и неориентируемых на ветер, имеющих дополнительные направляющие поток устройства.

Принятый в настоящее время отгонный способ выпаса животных в пустыне обусловлен тем, что пустынные пастбища имеют невысокую удельную урожайность пригодных для корма скоту пустынных растений. Обширные пастбища пустынь обычно удалены от обжитых и обеспеченных водой и энергией областей компактного проживания людей. Условия природной зоны характеризуются также малочисленностью источников пресной воды, а также крайней неравномерностью их распределения по территории пустынь. Вовлечение в сельскохозяйственный оборот пустынных пастбищ на современном уровне возможен путем использования, например, автономных животноводческих ферм, равномерно размещенных по территории пустыни на расстоянии, равном суточному переходу стада животных.

На фиг. 1 показан общий вид (продольный разрез) предлагаемой фермы; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 1; на фиг. 4 продольный разрез аэратора воды; на фиг. 5 принципиальная электрическая схема автономной фермы.

Предлагаемая ферма содержит помещение 1 для животных, размещения людей, страховых запасов кормов и технологически необходимые участки. На крыше 2 помещения 1, имеющей наклон от краев, где установлены стены 3, к центральной части образована площадка 4 для сбора атмосферных осадков. В ее центральной зоне в нижней части ската размещены фильтры 5, связанные со сливными трубопроводами 6. Под полом 7 в центральной части помещения 1 располагается инфильтрационный котлован-водосборник 8, связанный посредством труб 6 и фильтров 5 с площадкой 4 для сбора атмосферных осадков. Инфильтрационный котлован 8 имеет покрытое противофильтрационным материалом 9 дно. В его центральной части смонтирован подземный резервуар 10 с фильтрующими стенками 11. Вокруг резервуара вся полость котлована заполнена пористой крупной гравийно-каменной смесью 12. В центральной части помещения 1 на трубчатой колонке 13 установлена водонапорная башня 14, которая трубопроводами 15 гидравлически связана с водоподъемной 16 и водораспределительной 17 системами. В водоподъемную систему 16 входит насос 18 и аэратор 19 воды. Водораспределительная система 17 состоит из гидротурбины 20, вентиля 21 прямого перепуска воды в водопойное устройство 22. Верхняя часть последнего трубопроводом 15 соединена с резервуаром 10. Гидротурбина 20 имеет на своем валу генератор 23 электрического тока, связанный с аккумулятором 24 электроэнергии. Энергетическая установка 25 включает в себя ветровое колесо 26 с вертикальной осью вращения, внутренний 27 и наружный 28 ободы, опорные резиновые колеса 29 вращения ветроколеса 26, одно из которых связано с генератором 30 электрической энергии. На крыше 2 помещения 1 для содержания животных вокруг ветрового колеса 26 в плоскости его вращения смонтирован между крышей 2 и ее вторым ярусом 31 кольцевой концентратор 32 энергии ветра. Он состоит из расположенных по кругу тангенциальных суживающихся от периферии к центральной части ветроподводящих каналов 33. С боков они образованы сближающимися к центру тангенциально расположенными дугообразными ветронаправляющими ребрами 34. Генератор 30 ветроколеса 26 подключен в общую электросеть с генератором 23 постоянного тока гидротурбины 20, аккумулятором 24 электрической энергии и насосом 18. Аэратор 19 выполнен в виде струйного насоса вода-воздух, в котором вакуум-камера 35 (см. фиг. 4), размещенная между соплом 36 и смесительной камерой 37, выполнена с перфорацией 38. В свою очередь, электрическая схема (см. фиг. 5) электросети фермы содержит коммутирующие устройства 39-42, преобразователь 43 трехфазного переменного напряжения в постоянное, преобразователь 44 постоянного напряжения в трехфазное, а также аккумулятор 24 электроэнергии.

Ферма функционирует следующим образом.

Особенность эксплуатации автономной фермы в пустыне заключается в том, что она периодически во время водопоя посещается пасущимися на пустынных пастбищах стадами, кроме того отары животных и сопровождающие их люди находятся здесь в периоды летнего зноя и непогоды. В этой связи ферма в любое время суток круглогодично должна иметь запасы питьевой воды и электрической энергии для бытовых и технологических нужд.

Атмосферные осадки в пустынях обычно выпадают в осенне-зимне-весеннее время. При попадании дождя или в момент таяния снега вода через фильтры 5, сливные трубопроводы 6 стекает в котлован-водосборник 8, где накапливается в порах и щелях между гравийно-каменным наполнителем 12 и в подземном резервуаре 10. Водоснабжение потребителей в автономной ферме осуществляется с помощью насоса 18 с электрическим приводом, обеспечиваемым электроэнергией непосредственно от ветроэнергетической установки 25, а при отсутствии аккумулятором 24. При работе ветроэнергетической установки 25 и насоса 18 на оптимальных режимах при наличии избытка электрической энергии она направляется на зарядку аккумулятора, его также можно использовать на текущие бытовые и технологические цели. Обычно во время работы ветроагрегата включается насос 18 и вода по водоподъемной системе 16 под напором подается через аэратор 19 в водонапоpную башню 14. В аэраторе 19 вода обогащается кислородом воздуха, при этом создаются условия, препятствующие жизнедеятельности гнилостных и болезнетворных бактерий. Вода из водонапорной башни 14 по водораспределительной системе 17 трубопроводом 15 сливается через гидротурбину 20 в водопойное устройство 22, а ее избыток далее по трубе 15 попадает в подземный резервуар 10. Таким образом, в водопойном устройстве 22 постоянно находится проточная, годная к употреблению вода. Непрерывно работающая гидротурбина 20 является источником электрической энергии для бытовых приборов в течение суток независимо от наличия ветра.

Как видно из описания конструкции ветроэнергетической установки, ее горизонтально расположенное ветроколесо 26 как бы спрятано от прямого воздействия ветра и взаимодействует с последним посредством кольцевого концентратора 32 ветра. Горизонтально направленный воздушный поток попадает внутрь концентратора 32 с одной из его сторон и, проходя по нескольким суживающимся к центральной области тангенциальным направляющим каналам 33, сжимается в них и далее расширяется при выходе из лопасти ветроколеса 26, реализуясь в дополнительный скоростной напор. Тем самым повышается мощность обдувающего ветроколесо потока, осуществляется более ранний выход ветроэнергетической установки на оптимальный режим работы при относительно малых скоростях ветра. Кроме того, учитывая статистические данные по ветровым режимам пустынных районов, на 20.35% увеличится сезонное время работы ветроагрегата за счет общего снижения рабочего диапазона скорости ветра. Энергия ветроколеса 26 посредством привода 29 трансформируется в генераторе 30 в электрическую энергию, которая, как уже говорилось, потребляется насосом 18, аккумулятором 24, а также бытовыми приборами и оборудованием.

При повышении скорости ветра до ураганного значения кольцевой концентратор 32 ветра не в состоянии пропустить высокоскоростной поток через свои тангенциальные суживающиеся каналы 33, создавая при этом динамическое сопротивление ураганному ветру и предохраняя тем самым ветроколесо от избытка энергии ветра и от избыточной частоты вращения, которая может превысить максимально возможную величину для данной конструкции. В результате повышается надежность и долговечность работы ветроэнергетической установки в целом.

В тех редких случаях, когда несколько дней подряд может отсутствовать ветер и при этом опорожняется водонапорная башня 14, водопойное устройство 22 продолжает быть заполненным водой. Дополнительную подачу воды в устройство 22 из резервуара 10 осуществляют в этот период насосом 18 с помощью электроэнергии аккумулятора 24 через водоподъемную 16 и водораспределительную 17 системы. При необходимости быстрого заполнения водопойного устройства 22 производят прямую подачу воды из водонапорной башни 14 путем открытия вентиля 21 в обход гидротурбины 20. Электрический переменный трехфазный ток, вырабатываемый генератором 30 (см фиг. 5) ветроустановки 25 через коммутационное устройство 39 подается насосному агрегату 18, а посредством коммутационного устройства 40 преобразователю 43 переменного напряжения в постоянное. Таким образом, при избытке электроэнергии в сети трехфазного тока работает насос 18 и заряжается связанный с преобразователем 43 аккумулятор 24. Кроме того, при отсутствии ветра зарядка аккумулятора 24 поддерживается через коммутационное устройство 41 генератором 23 постоянного тока, имеющим привод от гидротурбины 20. Если ветер отсутствует, то работа насоса 18 обеспечивается энергией аккумуляторной батареи 24 через коммутационное устройство 42 и преобразователь 44 постоянного напряжения в трехфазное переменное.

Таким образом, в любое время в автономной ферме имеются запасы готовой к употреблению пресной воды и электроэнергии, обеспечивающие ее автономность.

Использование: в сельском хозяйстве для животноводческих ферм. Сущность изобретения автономная животноводческая ферма для пустынных зон с разреженной растительностью, включающая здание с помещением для животных и помещение для персонала, накопитель питьевой воды с водоподъемной и водораспределительной трубопроводными системами и насосом, энергетическую установку с лопастным колесом и с элетрогенератором и электроаккумулятором, работающим на возобновляющемся источнике энергии. Здание снабжено расположенной над его крышей площадкой для сбора атмосферных осадков, выполненной с радиальным уклоном и сливным отверстием с фильтром в ее средней части, которая расположена ниже ее краев и соединена трубопроводом с накопителем питьевой воды, выполненным в виде расположенных под полом помещения герметичного котлована и установленной в нем емкости с фильтрующими стенками. Котлован заполнен инфильтрационной смесью, охватывающей емкость. Ферма снабжена водонапорной башней, нижняя часть ствола которой размещена в емкости. Энергетическая установка снабжена расположенным горизонтально между крышей и площадкой для сбора атмосферных осадков кольцевым концентратором ветрового потока воздуха, установленным с возможностью взаимодействия с лопастным колесом, которое установлено на верхней части ствола водонапорной башни внутри кольцевого концентратора ветрового потока воздуха в одной плоскости и соосно с ним. 5 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. АВТОНОМНАЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКАЯ ФЕРМА ДЛЯ ПУСТЫННЫХ ЗОН С РАЗРЕЖЕННОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ, включающая здание с помещением для животных и помещением для персонала, накопитель питьевой воды с водоподъемной и водораспределительной трубопроводными системами и насосом, энергетическую установку с лопастным колесом, электрогенератором и электроаккумулятором, работающую на возобновляющемся источнике энергии, отличающаяся тем, что здание снабжено расположенной над его крышей круглой площадкой для сбора атмосферных осадков, выполненной с радиальным уклоном и сливным отверстием с фильтром в ее средней части, которая расположена ниже ее краев и соединена трубопроводом с накопителем питьевой воды, выполненным в виде расположенных под полом помещения герметичного котлована и установленной в нем емкости с фильтрующими стенками, причем котлован заполнен инфильтрационной смесью, охватывающей емкость, при этом ферма снабжена водонапорной башней, нижняя часть ствола которой размещена в емкости, причем энергетическая установка снабжена расположенным горизонтально между крышей и площадкой для сбора атмосферных осадков кольцевым концентратором ветрового потока воздуха, а лопастное колесо установлено на верхней части ствола водонапорной башни внутри кольцевого концентратора ветрового потока воздуха в одной плоскости и соосно с ним, при этом расположены соосно друг с другом накопитель питьевой воды и водонапорная башня, резервуар которой размещен над площадкой для сбора атмосферных осадков. 2. Ферма по п.1, отличающаяся тем, что водонапорная башня соединена с емкостью водоподъемной системой, которая снабжена аэратором воды, выполненным, например, в виде водовоздушного струйного насоса, а водораспределительная система содержит гидротурбину с электрогенератором и водопойное корыто. 3. Ферма по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что лопастное колесо снабжено наружным ободом, а электрогенератор фрикционным роликом, установленным с возможностью взаимодействия с наружным ободом колеса. 4. Ферма по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что кольцевой концентратор ветрового потока воздуха выполнен в виде расположенных тангенциально относительно наружного обода лопастного колеса сужающихся в сторону лопастного колеса воздухопроводных каналов с дугообразными боковыми ребрами-стенками, верхние кромки которых прилегают к нижней стороне площадки для сбора атмосферных осадков, а нижние кромки к крыше здания. 5. Ферма по пп. 3 и 4, отличающаяся тем, что взаимодействующий с ободом лопастного колеса электрогенератор включен в общую электросеть с электрогенератором гидротурбины, электродвигателем насоса и электроаккумулятором. 6. Ферма по п.1, отличающаяся тем, что пол здания выполнен в виде настила, установленного на верхней части котлована, инфильтрационная смесь в котором образована из гравия и камня.