початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2070660

ТЕПЛОВІХРЕВАЯ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ

Ім'я винахідника: Мосолов Володимир Герасимович
Ім'я патентовласника: Мосолов Володимир Герасимович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1994.07.25

Використання: застосовується у вітроенергетиці. Сутність изоб- бання: тепло-вихрова електростанція містить трубу з генератором вихору, вітроколеса, встановлені на вертикальному валу, і електрогене- ратор. Електростанція забезпечена додатковим генератором вихору, деф- лектором, системою підігріву повітря з трубами. Вітроколеса установле- ни в трубі, а крила вітроколіс розміщені в зоні вихрового повітряного потоку.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до електротехнічної та електроенергетичної промисловості, зокрема до конструкції вітроелектричних установок.

У відомих вітроелектричних установках, що вмонтовуються в трубі, використовується висхідний повітряний потік (в.п.) і, як правило, ці установки базуються на традиційних циліндричних генераторах.

За прототип прийняті два технічних рішення, це сонячно-вітрова електростанція, побудована німецькими фахівцями в Іспанії (стаття "Вітряки. В трубі", автор Корній Арсеньєв, опублікована в журналі "Техника молодежи" N 9, 1982, с.34) [1] і вихрова електроустановка (книга "Вітроенергетика", автор Д. де Рензо, переклад з англійської, під ред. д.т.н. Я.І.Шефтера. М. Енергоіздат 1982, с. 32) [2]

Посилання на два прототипи обумовлена ​​тим, що пропоноване технічне рішення як в ідейному, так і в конструктивному плані протиставляється саме цим прототипам.

Недоліками обох прототипів є:

мала ефективність, тобто при істотних витратах сонячно-вітрова електростанція має незрівнянно малу вихідну потужність (100 кВт) [1]

велика різниця між нічний і денний швидкостями в.п. (Вночі 4 м / с, вдень 12 м / с) [1]

можливість роботи тільки в регіонах з переважаючою кількістю сонячних днів [1]

використання висхідного в.п. виключає застосування вітрових коліс забезпечених крилами, а отже не дає можливості отримання оптимального кута взаємодії між В.М. і крилами вітрових коліс [1] і [2]

використання в основному швидкохідних циліндричних генераторів веде до необхідності застосування перехідних пристроїв (редукторів), в яких втрачається близько 25% вихідної потужності електроустановки [1] і [2]

в освіті вихрового в.п. використовується менша частина вхідних вертикальних вирізів генератора вихору (десь 1/3), що знижує його потужність [2]

швидкість висхідного в.п. в кілька разів (в 5 8 разів) менше швидкості вихрового в.п. [1] і [2]

при використанні енергії Сонця не досягається значна різниця температур між низом і верхом труби (основний параметр створення тяги) [1]

залежність потужності і сталості вихрового в.п. від швидкості зовнішнього вітру [2]

Сутність передбачуваного винаходу полягає в тому, що при впливі на вітрові колеса використовується не висхідний в.п. а вихровий в.п. безпосередньо в трубі. Вихровий в.п. утворений основним генератором вихору, розташовується на деякій відстані від центральної осі (вала) і від внутрішньої поверхні труби (приблизне розташування зон в.п. в трубі показано на фіг. 6). При цьому швидкість вихрового в.п. (Зона I) збільшується в кілька разів у порівнянні зі швидкістю в.п. при вході в трубу і досягає максимуму в ядрі вихрового в.п. (Зона IV). Швидкість в.п. в центральній частині труби (зона II) близька до нуля, а у її внутрішній поверхні (зона III) приблизно дорівнює швидкості в.п. при вході в трубу. Для різних діаметрів розташування вихрового в. п. в трубі буде різне. При збільшенні діаметра труби швидкість вихрового в. п. збільшується. У скільки разів збільшиться швидкість вихрового в.п. в порівнянні з висхідним в.п. у стільки разів збільшиться внутрішня зона (зона II), тобто зменшується загальна площа висхідного в.п. Отже, результуюча потужність вітроустановки як при висхідному, так і при вихровому в.п. будуть однакові, тобто не порушується закон збереження енергії. При використанні вихрового в.п. який піднімається по спіралі під певним кутом, крила вітрових коліс встановлюються безпосередньо в трубі в зоні вихрового в.п. (Зона I) під оптимальним кутом до нього. У внутрішній частині труби (зона II, де швидкість в.п. близька до нуля) розташовується вал з елементами кріплення і елементи кріплення вітрових коліс або противаги при однокрила вітроколеса. Крім того, через малого важеля використання висхідного в. п. у внутрішній зоні було б малоефективним. В.п. зовнішньої зони (зона III) і не використовується, отже відпадає необхідність шліфування внутрішньої поверхні труби при обліку втрат на тертя.

Порівняння пропонованого технічного рішення з прототипами дозволяє встановити відповідність критерію "НОВИЗНА".

Розробка потужної вітроустановки вирішується двома шляхами (звідси і посилання на два прототипи):

а) створення необхідної постійної швидкості (тяги) висхідного в.п. в трубі, де підхід до вирішення цього завдання відрізняється від першого прототипу [1]

б) перетворення отриманого висхідного в.п. в вихровий в.п. і використання його безпосередньо в трубі для обертання ротора генератора, в той час як у другому прототипі [2] використовується висхідний в.п. створений вихровим в.п.

При реалізації першого етапу створення необхідної швидкості (тяги) висхідного в. п. в трубі, з огляду на географічне положення Росії і багатьох інших регіонів, пропонується не навіс з прозорої плівки, під яким за рахунок сонячної енергії підігрівається повітря [1] а "намет", повітря під яким нагрівається за допомогою батарей (колосників) або здійснюється безпосередня (пряма) подача теплого повітря через бункер в трубу. Для цих цілей повинно використовуватися надлишкове (дармове) тепло від металургійних, коксохімічних і ін. Заводів, шахт (на глибині близько 3000 м температура повітря може досягати 60 ^o), ТЕЦ, нагріта вода від АЕС і т.д. Можна використовувати і природне тепло, наприклад, тепло від геотермических джерел. "Шатер", діаметр якого буде залежати від необхідної маси подається в трубу повітря, зводиться від верхньої кромки прорізів основного генератора вихору зі зниженням до 2-х метрів по периметру, тобто має конусоподібну форму. Двометровий зазор призначений для забору зовнішнього повітря. "Шатер" (бункер), труба, поверхня землі під "шатром", підводять труби повинні теплоізольовані, т. Е. Тяга в основному залежить від висоти труби і різниці температур між її низом і верхом.

У зимову пору року, особливо при використанні варіанту з прямою подачею теплого повітря в трубу (для нагрівання повітря під шатром в зимовий час, більше витрачається теплової енергії) різниця температур повітря між її низом і верхом різко збільшиться, тобто збільшиться тяга. Крім того, для збільшення тяги, у верхній частині труби застосований дефлектор і допоміжний генератор вихору. Вітер, огинаючи дефлектор, створює під ним деякий розрядження, ніж частково збільшує тягу. Допоміжний генератор вихору підтримує вихровий рух в.п. а й, за рахунок створюваного під ним розрядження, збільшує тягу.

На другому етапі створений висхідний в.п. за допомогою основного генератора вихору перетворюється в вихровий. При цьому використовуються всі вхідні прорізи основного генератора вихору, що забезпечує найбільше надходження повітря в трубу (при роботі генератора вихору від зовнішнього в.п. відкриваються вхідні прорізи тільки з боку напрямку вітру [2]).

Вітрове колесо приводиться в обертання вихровим в.п. безпосередньо в трубі. Вигідніше використовувати вітроколеса з Криловим пристроєм, а не лопатевим. Крила фіксуються під оптимальним кутом в самому вихровому в.п. і з'єднуються з валом перемичками, які будуть перебувати в центральній частині труби, де відсутній рух в.п. Кількість крил в вітроколеса, а й самих вітроколіс буде залежати від того, на скільки при взаємодії вихрового в. п. з ветрокрильямі буде порушуватися його структура. У вітроколеса кількість крил може бути одне з противагою (противагу знову-таки буде перебувати в зоні, де відсутній рух в.п.), два і т. Д. Відстані між вітроколесами, оптимальна висота (чим вище труба, тим більше тяга) і діаметр труби (чим більше діаметр, тим більше швидкість вихрового в.п.) повинні визначатися експериментально на макеті. Для зменшення опору вихревому в. п. вал через підшипники фіксується профільними пластинами, розташованими паралельно руху вихрового в.п.

Наведені вище аргументи дозволяють зробити висновок про відповідність заявленого технічного рішення критерієм "істотні відмінності".

Технічне рішення пояснюється кресленнями.

На фіг. 1 показаний загальний вид ТВЕ з "шатром", де у верхній частині розташовані дефлектор і допоміжний генератор вихору. Дах намету, вмонтовується на ребрах жорсткості, які спираються на стійки. Одночасно ребра жорсткості є додатковою опорою для труби.

На фіг. 2 показана система підігріву повітря під "шатром". Гаряча вода або пар подається до батарей (колосників) і відводяться від них по трубах.

На Фіг.3 показана одна секція батареї системи підігріву повітря.

На фіг.4 показаний загальний вигляд ТВЕ з прямою подачею теплого повітря з чотирьох сторін через бункер безпосередньо в трубу.

На фіг.5 показаний ТВЕ в розрізі з прямою подачею теплого повітря. Дисковий генератор розміщений в фундаменті, на який спирається труба. Вал генератора виведений на максимально можливу висоту. На валу, який фіксується через підшипники профільними пластинами, розміщено кілька вітрових коліс з Криловим пристроями. У нижній частині труби розташований основний генератор. У верхній частині труби розташовані дефлектор і допоміжний генератор вихору. Бункер одночасно служить додатковою опорою для труби.

На фіг. 6 показана труба в поперечному розрізі з зразковим розташуванням зон в.п. де очевидна перевага приміщення вітрового крила в зону вихрового в.п. під оптимальним кутом.

На фіг. 7 показана частина труби з допоміжним генератором вихору, де видно вертикальні прорізи з автоматично регульованими напрямними лопатками, які відкриваються з боку напрямку вітру (показано стрілками) і встановлюються під кутом, що визначає освіту вихрового в.п. всередині труби. В основному генераторі вихору все лопатки відкриті і зафіксовані під постійним кутом, необхідним для утворення вихрового в.п. Вертикальні прорізи генераторів вихору послаблять механічну міцність труби, але тому як основний генератор знаходиться біля основи труби, де вона кріпиться, а допоміжний генератор вихору розташований в самій верхній її частині, то немає необхідності посилення в місцях прорізів.

ТВЕ складається з: труби 3 з основним 13 і допоміжним 2 генераторами вихору, "шатра" 4, змонтованого на ребрах жорсткості 5, що має по зовнішньому периметру 2-метровий вхід для надходження зовнішнього повітря 6, система підігріву повітря, що включає вхідну 8 і вихідну 9 труби і секцій батарей (колосників) 7, бункера 16 з підводять трубами 17 (для ТВЕ з прямою подачею теплого повітря), дискового генератора 15 (можливі й інші типи генераторів) з валом 10, на якому закріплені вітрові колеса з Криловим пристроями 11 і елементи фіксації валу 12, дефлектора 1, фундаменту 14, противаги 18, вертикальних прорізів з відкритими 19 і закритими 21 напрямними лопатками, стрілками 20 показано напрямок вітру.

Вага металевої труби в 20 разів легше, ніж подібна споруда із залізобетону.

У ТВЕ замість традиційного циліндричного генератора доцільно використовувати потужний тихохідний дисковий (карусельний) генератор ( "Карусельна електрична машина", позитивне рішення по заявці N 4540025/07, вих. N 16476 від 27.11.91), розташований горизонтально нижче поверхні землі. Вертикальний вал генератора, на якому кріпиться кілька вітрових коліс, виведений на максимально можливу висоту і без перехідних пристроїв (редукторів) з'єднується з диском-ротором. Кутова швидкість обертання валу від 10 до 50 об / хв. Можливе використання інших типів генераторів.

За рахунок довжини труби, різниці температур між її низом і верхом, отриманої при використанні надлишкового тепла від підприємств, роботи допоміжного генератора вихору і дефлектора досягається тяга (перший етап). Нагрітий під "шатром" або при прямій подачі тепле повітря спрямовується через прорізи основного генератора вихору в трубу, де завдяки напрямних лопаток набуває вихровий рух. Вихровий в.п. займаючи певне положення в трубі (для різних діаметрів труб воно буде різне), взаємодіючи під оптимальним кутом з крилами вітрових коліс, обертає вал генератора. Кількість крил вітрових коліс, їх форма, розміри повинні вибиратися таким чином, щоб вихровий в.п. після часткового руйнування, при підході до чергового вітрового колеса, відновлювався.

Швидкість вихрового в. п. усередині труби буде постійною, тому що то незначний вплив допоміжного генератора вихору і дефлектора, обумовлене мінливістю швидкості вітру, буде згладжуватися за рахунок масивного диска-ротора, що виконує одночасно роль маховика.

Пропонована ТВЕ абсолютно нешкідлива в екологічному відношенні, займає малу площу під її будівництво, більш того, якщо існуючі потужні вітроустановки, що використовують крила великої площі, вносять перешкоди в місцевий теле-радіоприймача, то електромагнітні коливання, що створюються за рахунок тертя в.п. про крила вітроколіс, будуть екранувати металевою трубою.

Сукупність вищенаведених технічних рішень дозволить створити вітроустановку такої потужності, якої буде достатньо для обертання диска-ротора великого діаметра і важить кілька десятків тонн.

Таким чином, пропонується технічне рішення в порівнянні з прототипами [1] і [2] буде мати наступні переваги:

1. За рахунок використання надлишкового (непридатного) від підприємств або природного тепла при теплоізоляції "шатра" або "бункера", поверхні землі під "шатром", труби досягається набагато більша різниця температур повітря між низом і верхом труби (особливо в зимовий час), тобто набагато збільшується тяга.

2. Вихровий рух в порівнянні з висхідним в кілька разів збільшує швидкість в.п.

3. Приміщення крила вітроколеса в зону вихрового в.п. безпосередньо в трубі під оптимальним кутом створює умова самого вигідного використання в.п.

4. Застосування допоміжного генератора вихору, що працює за рахунок зовнішнього вітру підтримує вихровий рух в.п. в трубі і збільшує тягу.

5. Використання дефлектора збільшує тягу.

6. Якщо в генераторі вихору, що працює за рахунок зовнішнього вітру, використовується десь 1/3 всіх прорізів, які відкриваються тільки з боку напрямку вітру, то в основному генераторі вихору повітря надходить в трубу через все прорізи одночасно, що значно збільшує потужність вихрового в.п.

7. З застосуванням декількох вітрових коліс, рівномірно розподілених на валу, більш ефективно використовується в.п. і збільшується зусилля на вал.

8. Застосування в вітроколеса замість лопатей (при вхідному в.п. використовуються тільки лопатеві вітрові колеса) крил великий робочої поверхні різко підвищується потужність вітроустановки.

9. Так як вихровий в.п. не стикається з внутрішньою поверхнею труби, то для зменшення втрат на тертя відпадає необхідність ретельної її обробки (шліфування).

10. При використанні тихохідного дискового генератора, де диск-ротор приводиться в рух через вал безпосередньо, а не через редуктор, в якому втрачається близько 25% потужності.

11. Завдяки потужному диску-ротора, що виконує одночасно роль маховика, швидкість його обертання буде постійна і не буде залежати від короткочасних змін швидкості вітру.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Тепловіхревая електростанція, яка містить трубу з генератором вихору, вітроколеса, встановлені на вертикальному валу, і електрогенератор, що відрізняється тим, що електростанція забезпечена додатковим генератором вихору, дефлектором і системою підігріву повітря з трубами, причому вітроколеса встановлені безпосередньо в трубі, а крила вітроколіс розміщені в зоні вихрового повітряного потоку.

Версія для друку
Дата публікації 17.03.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів