ЭНЕРГОИЗВЛЕКАЮЩАЯ УСТАНОВКА ВОДОМЕТНОГО ТИПА Российский патент 1994 года по МПК F03B17/02 

Изобретение относится к пневмогидравлическим двигателям и может быть использовано при разработке и внедрении электрических станций, извлекающих энергию жидкости и газа (воды и воздуха).

Известен способ получения электрической энергии в тепловых электростанциях, атомных электростанциях, в которых тепловая энергия, получаемая при сжигании топлива, используется для получения пара, который в свою очередь используется для вращения паровых турбин связанных с генератором электрической энергии. Так для получения 1000000 кВт час энергии требуется 700 т высококачественного угля, на добычу которого pасходуется значительное количество энергии. Следующим недостатком этого способа является большое выделение углекислого газа и других продуктов горения, отрицательно влияющих на окружающую среду. Низкий КПД (0,3-0,4) вызывает тепловое загрязнение, а дефицит топлива - следующий недостаток.

Атомные станции при очень высокой эффективности (кажущейся) по сути те же тепловые электростанции с КПД не выше 0,3-0,4. Как показала практика эксплуатации и они не застрахованы от аварий и утечки радиации, что ведет к огромным материальным потерям и угрожает здоровью людей. Кроме того, запасы топлива также ограничены.

Известен также способ извлечения энергии воды высокоуровневого резервуара (водохранилища) посредством гидравлических турбин разного типа. Как правило, для жидкостей с высоким напором применяются лопастные турбины Каплана.

Недостатком этого способа является то, что эти типы турбин требуют больших затрат на капвложения, включая конструирование больших конкретных структур, таких как водоподъемные плотины, дорогостоящего турбинного оборудования и довольно массивного вспомогательного оборудования, такого, как водозаборные гидравлические затворы (шлюзы). Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство [1]. Однако известное устройство не позволяет вырабатывать энергию. Предложенное же устройство снабжено генератором для получения энергии и рыбозаградителем, что обеспечивает охрану окружающей среды.

Технический результат достигается за счет использования независимо от глубины погружения выталкивающего усилия первичного объема газа, подведенного под поплавок-колокол, представляющий собой цилиндрический корпус, закрытый в верхней части и имеющий в верхней части наружные сопла, направленные по касательной к образующей корпуса, а в нижней открытой части с внутренней стороны закрепленные под углом к стенке корпуса пластины (турбинные лопатки), в верхней части корпус соединен с генератором электрической энергии. Корпус помещен в наружный корпус и взаимодействует с ним через элементы качения. Наружный корпус сваями закреплен в грунте водоема, открыт с верхней и нижней части, в верхней части имеет направленный выход воды.

Независимое от глубины погружения в жидкость выталкивающее усилие первичного объема газа определяется разностью затрат энергии на создание жидкости и газа, увеличивающееся как за счет увеличения первичного объема газа за счет возврата энергии, затраченной на сжатие газа, высвобождающейся по мере всплытия и уменьшения столба жидкости над ним, так и за счет увеличения объема газа при увеличении разности действительных энергий жидкости и газа, созданных как искусственно, так и природными условиями, а также за счет увеличения разности энергий при понижении первичного давления газа от максимума до атмосферного. При этом процесс увеличения первичного объема газа сопровождается уменьшением плотности газа и отбором теплоты от жидкости. При этом создается мощный поток воды, направленный внутрь корпуса в нижней его части, воздействующий на пластины на стенке корпуса, создавая вращающий момент, при выходе из сопел в верхней части поток создает дополнительный вращающий момент, а при выходе из наружного корпуса - направленное течение аэрированной воды. Водный поток обусловлен вытеснением воды из нижней части внутреннего корпуса в верхнюю увеличенным при всплытии объемом воздуха. Для более интенсивного отбора теплоты от жидкости воздух подается через кольцевой распределитель, что увеличивает площадь соприкосновения воздуха с водой.

На фиг. 1 изображена схема энергоустановки, общий вид; на фиг. 2 - схема энергоустановки, вид сверху; на фиг. 3 - график среднего действующего объема газа (воздуха) при равных температурах и подведенного под столб жидкости.

Энергоизвлекающая установка водометного типа состоит из источника сжатого воздуха 1, соединенного с трубопроводом 2 через кран 3 и взаимодействующего с кольцевым трубным воздушным рыбозаградителем 4 и многокольцевым трубным распределителем воздуха 5, расположенным внутри и выше нижней открытой части опирающегося на элементы качения 6, закрытого в верхней части и расположенного ниже уровня воды цилиндрического стакана 7, имеющего в верхней закрытой части на вертикальной образующей на наружной стороне сопла 8, суммарная площадь поперечного сечения которых не меньше площади поперечного сечения корпуса. В нижней части стакана 7 на образующей с внутренней стороны имеются турбинные лопатки 9. Стакан 7 взаимодействует с генератором электрической энергии 10 и через элементы качения - с открытым в верхней и нижней части неподвижным наружным цилиндрическим корпусом 11, закрепленным сваями 12 в дне водоема и имеющим выход воды 13 на уровне сопел внутреннего корпуса. Верхняя часть корпуса 11 выше, а нижняя ниже верхней и нижней частей внутреннего корпуса.

Энергоизвлекающая установка водометного типа работает следующим образом: воздух из источника сжатого воздуха 1 по трубопроводу 2 при открытии крана 3 поступает в кольцевой трубный рыбозаградитель 4 и многокольцевой распределитель воздуха трубного типа 5, расположенный внутри и выше нижней открытой части, опирающегося на элементы качения 6, закрытого в верхней части и расположенного ниже уровня воды цилиндрического корпуса 7, имеющего в верхней закрытой части на вертикальной образующей с наружной стороны сопла 8, суммарная площадь поперечного сечения которых не меньше площади поперечного сечения корпуса, а в нижней части - турбинные лопатки 9 с внутренней стороны корпуса 7. Корпус 7 взаимодействует с генератором электрической энергии 10 и через элементы качения - с неподвижным наружным открытым в верхней и нижней части корпусом 11, закрепленным сваями 12 в грунте дна водоема и имеющим в верхней части на уровне сопла 8 выход воды 13. При поступлении воздуха в кольцевой рыбный заградитель воздух выходит из него через отверстия, образуя отпугивающую рыбу воздушную завесу, предотвращая попадание рыбы в установку. Воздух, поступивший в многокольцевой распределитель, находящийся внутри внутреннего корпуса, выходя из отверстия, обладая плавучестью, способностью увеличивать свой объем на величину первоначального объема через каждые 10 м всплытия и на 1/273 на каждый градус повышения температуры, начинает всплывать, увеличивая свой объем до момента выхода из воды, вытесняя при этом воду через сопла, при этом происходит отбор теплоты от воды из расчета, что при понижении давления воздуха на 1 ат температура воздуха понижается на 24^оС. При этом выхода воды и воздуха из-под цилиндра наблюдаться не будет, так как выход воздуха из многокольцевого распределителя осуществляется выше нижней части корпуса, а суммарная площадь поперечных сечений сопел не менее поперечного сечения цилиндрического корпуса, т.е. давление воды до нижней части цилиндра больше давления воды до распределителя, а равная площадь сечений сопел и цилиндра или большая, обеспечивает равноценный вход и выход воды из цилиндра. Выброшенная через сопла вода приводит во вращательное движение корпус и связанный с ним генератор. При этом вращение корпуса будет иметь постоянную скорость. Выброшенная в зазор между наружным и внутренним корпусами вода выбрасывается в водоем через имеющийся в наружном корпусе выход, создавая направленное поверхностное течение аэрированной воды. Одновременно создается придонное течение, направленное внутрь вращающегося корпуса, и действуя на турбинные лопатки водный поток создает дополнительный вращающий момент, заменяя вытесненную воду, т. е. происходит постоянная замена энергоносителя, что дает возможность получать равномерный поток энергии. Разделенный в многокольцевом распределителе на малые объемы воздух имеет большую площадь соприкосновения с водой, что способствует наиболее полному отбору теплоты от воды, а значит, согласно закону Гей-Люссака - и наибольшему увеличению объема воздуха, что повышает количество произведенной работы, а значит, увеличивается и количество извлеченной энергии.

Технико-экономическая эффективность выразится в снижении затрат на получение энергии, в абсолютной чистоте способа извлечения и в неисчерпаемости источника энергии.

Изобретение относится к пневмогидравлическим двигателям. Источник сжатого воздуха 1 соединен трубопроводом 2 через кран 3 с рыбозаградителем 4 и распределителем воздуха 5. Подшипники качения 6 установлены между корпусом 11 и стаканом 7. Последний снабжен соплами 8 и лопатками 9, стакан 7 взаимодействует с генератором 10. Корпус 11 закреплен при помощи свай 12 и снабжен направляющей для выхода воды. Такое выполнение установки позволит повысить КПД и улучшить ее экологические характеристики. 3 з.п. ф-лы. 3 ил.

1. ЭНЕРГОИЗВЛЕКАЮЩАЯ УСТАНОВКА ВОДОМЕТНОГО ТИПА, содержащая корпус, закрепленный в грунте ниже уровня воды, рабочий орган, размещенный с зазором внутри корпуса, и источник сжатого воздуха для взаимодействия с рабочим органом, отличающаяся тем, что она снабжена генератором, корпус закреплен в грунте при помощи свай, а рабочий орган выполнен в виде цилиндрического стакана, установленного с возможностью вращения вокруг вертиклаьной оси и соединенного с генератором. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус выполнен открытым в нижней части, расположен с зазором относительно дна водоема и снабжен направляющей для выхода воды, размещенной в его верхней части, и опорами качения с обоймами, закрепленными на стенках корпуса и стакана в зазоре между последними. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что стакан расположен ниже уровня воды и снабжен герметичной крышкой, расположенной в его верхней части, односторонними тангенциальными соплами, расположенными на его боковых стенках, лопаточными пластинами, закрепленными с внутренней стороны нижней части стенок с односторонним наклоном, и кольцевым трубным распределителем воздуха, установленным выше нижней кромки стакана и соединенными при помощи трубопровода с источником сжатого воздуха. 4. Установка по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что она снабжена кольцевым воздушным рыбным заградителем, соединенным при помощи трубопровода с источником сжатого воздуха.