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 RU2114318

ЕЛЕКТРОГАЗОДІНАМІЧЕСКІЙ вітроагрегатів-3

Ім'я винахідника: Макашев Андрій Порфирович
Ім'я патентовласника: Макашев Андрій Порфирович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1996.04.03

Призначений для прямого перетворення енергії природного вітру в електричну енергію, складається з каналу з діелектричним корпусом з розширюється перетином, що містить одну або кілька послідовно розташованих секцій з комплектами електродів і загальної комутацією, кожна секція включає: іонізуючі електроди на вході, що створюють при пульсуючому коронному розряді позитивні або негативні іони: стабізірірующій плоский або об'ємний конденсатор, що знаходиться всередині об'ємного заряду, що уповільнює відстань іонів, оточений екранує сіткою; колектор на виході. На внутрішній поверхні корпусу є поперечні стабілізуючі об'ємні заряди електроди - обкладка конденсатора, на зовнішній поверхні суцільне електропровідного покриття - друга обкладка, заземлена. На поверхні агрегату розташовані сопла з вікнами в корпусі з проміжками між ними, що направляють в канал додатковий потік зовнішнього повітря, в отворах вікон він іонізується коронуючими сітками, що знаходяться під напругою поперечних електродів. Повітря із зниженою швидкістю, що не містить іонів, через щілини в корпусі, розташовані за колектором, виходить назовні. Частина потоку повітря подається ще через щілини в обкладинках об'ємного конденсатора, внутрішня частина щілин покрита ізолаком. При початковому запуску харчування корони проводиться джерелом постійної напруги малої потужності, в робочому режимі - пульсуючим напругою з самозбудженням від колектора через перетворювачі напруги і імпульсу, з включеним в ланцюг корони стабілізуючим конденсатором. Витягує електрод включається синфазно з коронирующим через реле. Електроди, крім іонізуючих і колектора - електропровідні покриття на пластмасі.

ОПИС ВИНАХОДИ

В опублікованих роботах [1, 2, 3] описані апарати з прямим перетворенням енергії природного вітру в електричну енергію на основі ідеї, яка полягає у тому, що дисперсні заряджені частинки, позитивні чи негативні або іони повітря природним вітром переносяться проти електричного поля, осідаючи на колекторі , вони рекомбінують, підвищують його напруга.

Однак ККД подібних установок дуже низький, і при всій простоті ідеї практичне втілення її в життя виявляється досить складним.

Автором на основі теоретичних і експериментальних досліджень розроблені установки [4], в яких при пульсуючому коронному розряді іони повітря утворюють об'ємний заряд достатньої щільності при мінімальних втратах в процесах іонізації і перенесення іонів потоком повітря до колектора.

Найближчими аналогами винаходи є [4], в яких описані агрегати, які, однак, можуть складатися не тільки з однієї, а й з кількох послідовно розташованих секцій, що забезпечує підвищену потужність і ККД агрегатів.

Слід зазначити, що при роботі в цих установках буде відбуватися неминуче зниження швидкості потоку повітря. Очевидно, потужність можна ще підвищити, якщо здійснити додатковий впуск всередину агрегату свіжого залученого повітря при одночасному скиданні назовні повітря зниженій швидкості.

В даному реченні вирішується завдання підвищення потужності агрегату шляхом додаткового впуску всередину потоку залученого свіжого повітря, створення конструкції для ефективної роботи при великих і дуже великих швидкостях вітру, наприклад, на великій висоті, створення конденсатора на корпусі, що поліпшує умови експлуатації і підвищує техніку безпеки.

Суть винаходу полягає в наступному:

- Створюється система впуску всередину агрегату додаткового потоку іонізованого повітря, що має високий гідродинамічний напір, через вікно в корпусі під час одночасного видалення з агрегату деякої частини повітря зі зниженою швидкістю, що не містить іонів (після колектора);

- Створюється варіант конструкції агрегату для роботи в умовах вітру з високою швидкістю, поточного на енергетично ефективних висотах;

- Для зручності експлуатації агрегат монтується з автономних стикуються секцій, кожна з повним набором електродів;

- З поперечних електродів на внутрішній поверхні корпусу і електропровідного покриття зовнішньої поверхні створюється конденсатор, який сприяє поліпшенню умов експлуатації та підвищення техніки безпеки;

- Для епізодичних робіт створюється вітроагрегат малої потужності і невеликих розмірів, оснащений несучими площинами і найпростішими кермом висоти, піднімається на висоту як повітряний змій при вітрі достатньої сили.

1. На кресленні зображений схематично ЕГД-вітроагрегат, що складається з однієї або декількох секцій, розташованих послідовно в каналі з діелектричним розширюється по перетину корпусом 1, роз'ємним по середньої площині зі скріпними зажимами 2. Протяжність кожної секції визначається створенням достатньої напруги колектора 3 при вітрі середньої швидкості. На зовнішній поверхні корпусу над вікнами 4 є своєрідні сопла 5, що направляють потік зовнішнього повітря з більш високим гідродинамічним напором, ніж міністерство внутрішніх справ у канал, а на виході, після колектора - поперечні щілини 6 для часткового випуску назовні повітря зі зниженою швидкістю, що втратив свої заряди. Міцність корпусу забезпечується наявністю проміжків між соплами. В отворах вікон є рідкісні сітки з тонкого дроту 7, що знаходяться під напругою поперечних електродів, коронирующим всередину каналу в потоці додаткового повітря.

Вся зовнішня поверхня корпусу, включаючи і сопла, покрита електропровідний оболонкою (обкладка конденсатора) замкнутої на землю 8, поперечні електроди на внутрішній поверхні 9 - друга обкладка. Електроди верхньої і нижньої частини корпусу з'єднані роз'ємними контактами 10 і через додаткове навантаження 11 замикаються на землю. Подібний конденсатор зрівнює напруженість електричного поля в каналі і підвищує рівень техніки безпеки.

На вході кожної секції встановлені коронирующим 12 і витягають електроди 13. коронирующим електроди при початковому запуску з'єднані через перемикач 14 з живильником напруги малої потужності, а в робочому режимі харчування здійснюється самозбудженням від колектора 2 через перетворювачі напруги 15 і імпульсів 16, при цьому в ланцюг корони постійно включений конденсатор 17, стабілізуючий коронний розряд. Витягають електроди 13 через реле 18 синфазно з коронуючими включаються в ланцюг корони.

Колектори 3, що складаються з провідних пластин або сітки, розташовані на виході кожної секції агрегату, ретельно ізольовані, з'єднані посекційно паралельно або послідовно і через зазначені вище перетворювачі напруги 15 і імпульси 16 з коронуючими електродами 18 і навантаженням 19.

Усередині об'ємного заряду по осьовій лінії в кожній секції розташовані стабілізуючі плоскі конденсатори 20, що складаються з внутрішньої заземленою обкладання 21 і по ізоляції - зовнішньої обкладки з поперечних секціонованих електродів 22, кожен електрод 22 через додаткове навантаження 23 заземлений. Обкладки - електропровідні покриття, нанесені на діелектрик. Над поверхнею конденсатора розташована екрануюча сітка з тонких поперечних дротів 24, гальмують осадження іонів на електроди 22.

Замість стабілізуючих плоских конденсаторів можливе застосування об'ємних конденсаторів, що мають внутрішню порожнину, відкриту на вході і закриту на виході. При наявності в агрегаті кількох секцій внутрішня порожнину на виході закрита лише у конденсатора останньої секції. В обкладинках конденсатора є поперечні щілини, покриті ізолаком, через них потік зовнішнього повітря з внутрішньої порожнини надходить у канал, в якійсь мірі зберігає швидкість потоку повітря в ньому і уповільнює осадження іонів на електроди зовнішньої обкладки.

Надалі для визначеності приймається, що агрегат працює на позитивні іони. Іони із зони іонізації від коронирующих електродів 12 і через вікна 4 на поверхні корпусу від коронирующих дротів 7 потоком повітря виносяться в зону перенесення. Процес гальмування розсіювання об'ємного (поперечної стабілізації) полягає в наступному.

В результаті електростатичної індукції об'ємного заряду на зовнішній поверхні поперечних електродів 22 стабілізуючого конденсатора 20 утворюються негативні заряди, позитивні заряди внутрішньої обкладки йдуть в землю; позитивні заряди на внутрішній поверхні поперечних електродів 22 при цьому зберігаються, тому що вони зв'язуються негативними зарядами внутрішньої обкладки 21. При роботі агрегату ті і інші збільшуються і напруга між обкладками піднімається до межі і через додаткове навантаження 23 настає розряд, цей процес циклічний.

Поперечний електричне поле наведених на зовнішньої обкладанні негативнихзарядів направлено проти поперечного поля позитивного об'ємного заряду, що оточує конденсатор і в значній мірі компенсує його. Сумарне поперечне поле системи об'ємного заряду і наведених негативних зарядів відповідно до теореми Гаусса:

(F DdS = S q)

де,

D - вектор електричної індукції;

S - замкнута поверхня;

q - заряди всередині S,

матиме вираз:

S E ₁ (h) »Eq _О.З. ^ (H) + Eq _н.з. ^ (H)

тут -

S E ^ (h) - сумарне електричне поле об'ємного заряду і наведених на конденсаторі негативних зарядів на рівні h;

... Eq _О.З. ^ (H) - поперечне електричне поле об'ємного заряду на рівні h;

Eq _н.з. ^ (H) - наведене електричне поле на зовнішніх електродах стабілізуючого конденсатора;

h - рівень шару об'ємного заряду, що відстоїть від поверхні конденсатора.

Наприклад, на рівні _h max, тобто у зовнішній поверхні об'ємного заряду в ідеальному випадку S E ^ _(h max) »0, тобто розсіювання іонів в обсяг буде мізерно малим, буде діяти лише дифузія іонів, але вона відносно невелика.

Разом з тим поперечні електроди 9 на внутрішній поверхні корпусу, маючи заряди від облоги з обсягу іонів і напруга автоматично устанавливающееся, в кожному перетині зони перенесення, підтримують середню величину зустрічного поля колектора, що підтверджується проведеними випробуваннями дослідного зразка агрегату.

Природно, що крім взаємодії полів відбувається і безпосередній обмін зарядженими частинками. Позитивні іони внутрішніх шарів об'ємного заряду (h »0), де є значний дисбаланс поперечних полів (| Eq _О.З.^ (0) | <| Eq _н.з.^ (0) |) спрямовуються до негативнозарядженим зовнішніх поверхнях електродів конденсатора 22, осідають, рекомбинируют і під впливом все тієї ж електростатичного індукції позитивні заряди негайно відводяться в землю, цикл повторюється, на конденсаторі, як сказано вище, накопичується заряд, який обумовлює циклічний розряд через додаткове навантаження 23. Процеси зарядження і розрядження стабілізуючого конденсатора в відповідно до законів комутації перехідних процесів відбуваються автоматично (коливальні процеси). При цьому швидкість індукції на багато порядків вище швидкості осідання іонів з об'єму, тому практично на всіх поперечних електродах конденсатора 22 завжди будуть переважати негативні заряди, поперечне поле яких, як уже сказано вище, гальмує розсіювання об'ємного заряду. Пульсуючий струм стабілізуючого конденсатора має енергію, близькою до енергії частки об'ємного заряду, що осів у вигляді іонів в кожному поперечному перерізі агрегату, ця енергія підвищується в міру наближення іонів до колектора, тобто енергія іонів, які осіли на стабілізуючий конденсатор, утилізується, але в меншій мірі, ніж на колекторі, на який надходить основна переважна частка іонів.

Процес осідання іонів на електроди 22 ефективно гальмується полем екрануючої сітки 24, розташованої над стабілізуючим конденсатором. При плаваючому потенціалі сітки ступінь гальмування буде встановлюватися автоматично, але при регулюванні його (як в електронній лампі) швидкість осідання іонів може бути доведена до вельми низького рівня.

Зниження швидкості потоку повітря в агрегаті, що відбувається в результаті витрати енергії на подолання опору зустрічного електричного поля руху іонів і тертя повітря про поверхні електродів, сповільнюється впусканням додаткового зовнішнього повітря під більш високим гідродинамічним напором через сопла 5 і вікна 4 на корпусі і при наявності стабілізуючого ( не плоска) об'ємного конденсатора, через щілини 6 в корпусі частини повітря зниженій швидкості втратив свої заряди.

В агрегаті з декількома секціями (див. Схему), в першій секції щілини 6 можуть бути відсутніми.

Вітроагрегат складається з спарених блоків, розміри одного блоку в поперечному перерізі можуть бути до декількох м ^2, довжина - в залежності від числа секцій до 4-5 м.

В агрегаті може бути використаний вітер зі швидкістю від 3-4 до 40-50 м / с і вище, що неможливо для крильчатих вітросилових установок.

За попередніми розрахунками очікується, що агрегат, що складається з 2-3 секцій, при швидкості вітру близько 8-9 м / с, буде мати ККД до 65-70% і видавати питому потужність:

• до площі поперечного перерізу до 300-400 Вт / м ^2;
• питома вага не більше 50-60 кг / кВт;
• вихідна напруга при паралельному з'єднанні колекторів секцій 50-60 кВ;
• при послідовному з'єднанні 120-150 кВ.

Вельми важливою перевагою агрегату є відсутність рухомих частин, що обертаються; ветроколеса часто не витримують навантаження, потребують ремонту, обмежені в розмірах.

У зв'язку з тим, що поверхні корпусу і стабілізуючого конденсатора на противагу крильчатим вітроагрегатів лише обтекаются потоком повітря з мінімальним тертям при відносно невеликій лобовій аеродинамічній навантаженні, можливе виготовлення його з легких доступних дешевих матеріалів, в основному пластмас, при цьому питома матеріаломісткість і вагу будуть значно нижча за відповідні показники крильчатих генераторів. Надійність його і багато вище.

Конструктивно-механічна частина агрегату проста, він може бути виготовлений в будь-який центр обслуговування. В якості опори можна застосовувати полегшені конструкції, наприклад, трубчасті щогли з розтяжками.

2. Для зручності проведення операцій монтажу, експлуатації, ремонту, ЕГД вітроагрегат, виконаний по п. 1, замість одного загального корпусу має кілька автономних стикуються послідовно секцій, що включають кожна повний комплект електродів із загальною комутацією між електродами секцій.

3. ЕГД вітроагрегат, виконаний за пп. 1, 2, маючи обтічну конструкцію, відносно малу вагу, будучи прямоточним, без крутного моменту при повній автоматизації вбудований в комплекті з прив'язним аеростатом обтічної форми. На висоті швидкість вітру значно вище і більш постійна, ніж в приземних шарах атмосфери (питома потужність вітру , Де r - щільність повітря кг / м ^3, V - швидкість вітру, м / с), питома потужність агрегату відповідно зростає. Наприклад, при швидкості 20 і 30 м / с (і постійному) питома потужність вітрового потоку зростає в 8 і 27 разів в порівнянні з потужністю при швидкості 10 м / с, природно, що питома потужність агрегату відповідно збільшиться.

Взагалі при великих швидкостях вітру напруженість електричного поля в агрегаті матиме дуже велику величину і може досягати електричної міцності повітря, що викличе витік зарядів. Для запобігання подібного явища, а й для підвищення питомої потужності при роботі в районах з високою швидкістю повітря і на висоті агрегат повинен мати в порівнянні зі звичайними приземними установками секції, укорочені в 2-5 разів і більше, тобто лінійна щільність секцій n / L, де n - число секцій в установці, L - довжина зони перенесення, повинна зрости приблизно в такому співвідношенні, відповідно знижуватимуться питома вага установки (кг / кВт) і питома матеріаломісткість. Для створення вертикальної тяги (зниження ваги) агрегат оснащується несучими площинами і кермом висоти.

4. ЕДГ вітроагрегат малої потужності (N @ 1 кВт), виконаний по п. 1, оснащений найпростішими несучими площинами і кермом висоти. Поверхня корпусу і є несучою. Піднімається на висоту епізодично при наявності вітру, як повітряний змій.

Можливі області застосування ЕДГ ветроагрегата:

- При роботі на негативних іонах агрегат може частина іонів випускати в навколишній простір, а негативні іони, як відомо, є лікувальним фактором, тому можливе використання в санаторіях, лікарнях або в громадських установах для облагородження повітря;

- В сільському господарстві, на хуторах і т.п .;

- На деяких типах морських судів, наприклад, на базах рибальського флоту та ін .;

- У видаленні від міської місцевості, в експедиціях;

- Для побутових потреб;

- Ефективним буде застосування агрегатів великої протяжності з робочою площею в сотні і тисячі м ² і потужністю до багатьох мВт, особливо в поєднанні з традиційними енергетичними установками з включенням в мережу (Гед вітростанції);

- При поєднанні агрегату з прив'язними обтічної форми аеростатами можливе використання енергії вітру великої потужності на енергетично вигідних висотах.

В даний час за проектом автора винаходу і при фінансуванні Відділом електроенергетичних проблем РАН дослідний зразок ветроагрегата виготовляється в заводських умовах.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Патент США 3508085, кл. H 02 3/00, опубл. 1970. Наступні

2. Рубашов І.Б., Бортніков Ю.С. Електрогазодінаміка, Атомиздат, 1971.

3. Д.Рензо. Вітроенергетика. -М .: Вища школа, 1982.

4. Макашев А.П. Електрогазодінаміческій генератор постійного струму. Патент РФ N 1276218, 1993.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Електрогазодінаміческій вітроагрегат, що містить канал з розширюється перетином, електроди з електроживленням корони при початковому запуску від допоміжного джерела напруги малої потужності, що відрізняється тим, що канал містить діелектричний роз'ємний корпус, включає одну або декілька послідовно розташованих секцій, на внутрішній поверхні корпусу в кожній секції розміщено безліч поперечних електродів, на вході кожної секції є коронирующий і витягує електроди, причому перший утворює позитивні або негативні іони, з електроживленням корони в робочому режимі - пульсуючим напругою з самозбудженням від колектора через перетворювач напруги і реле, при стабілізації конденсаторі, постійно включеному в ланцюг корони, а на виході колектор, на зовнішній поверхні корпусу є сопла, направляючі всередину через вікна в корпусі додатковий потік повітря з високим гідродинамічним напором, а повітря зі зниженою швидкістю, що не містить іонів, через поперечні щілини в корпусі, розташовані після колектора, виходить назовні , при цьому в отворах вікон є рідкісні сітки з тонкого дроту, що знаходяться під напругою поперечних електродів, коронирующим в потоці додаткового повітря, на зовнішній поверхні корпусу є заземлена обкладка конденсатора, поперечні електроди, на внутрішній поверхні - друга обкладка, зовнішня обкладка підвищує техніку безпеки, всередині стабілізуючий плоский або об'ємний порожнистий конденсатор, що складається з внутрішньої замкнутої на землю обкладання і зовнішньої обкладки з безлічі поперечних електродів, разом з тим при встановленому об'ємному конденсаторі через щілини на обкладинках і ізоляції в агрегат надходить додатковий потік повітря, щілини покриті ізолаком, над стабілізуючим конденсатором екрануюча сітка, яка гальмує осідання іонів на його поверхню, колектор з'єднаний з навантаженням через перетворювач напруги або перетворювач імпульсів, який витягує електрод включається в ланцюг корони синфазно з коронирующим електродом через реле.

2. Вітроагрегат по п.1, що відрізняється тим, що для зручності монтажу та експлуатації складається з автономних послідовно стикуються секцій, кожна з повним комплектом електродів і загальної комутацією.

3. Вітроагрегат по пп. 1 і 2, що відрізняється тим, що для роботи на висотах, де швидкості вітру значно перевищують такі в приземної зоні, вбудований в прив'язний аеростат обтічної форми, має секції, укорочені щонайменше в 2 - 5 разів порівняно з приземними установками, збільшення лінійної щільності секцій агрегату n / L, де n - число секцій, L - довжина зони перенесення, поряд з підвищенням питомої потужності обмежує граничну величину електричного поля в установці від можливого витоку зарядів, разом з тим він оснащений несучими площинами, що створюють вертикальну тягу, що знижує вагу пристрою .

4. Вітроагрегат по пп. 1 і 2, що відрізняється тим, що має відносно невеликі розміри і потужність, оснащений несучими площинами з найпростішими кермом висоти, піднімається на висоту епізодично при вітрі достатньої сили, як повітряний змій.

Версія для друку
Дата публікації 02.04.2007гг

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