ЭНЕРГОИЗВЛЕКАЮЩАЯ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ТУРБИНА Российский патент 1998 года по МПК F03B17/02 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для обеспечения потребителей энергией за счет преобразования энергии Солнца и энергии, запасенной в воде и воздухе.

Известна осевая пропеллерная гидравлическая турбина, содержащая проточную часть корпуса, с размещенным в ней с возможностью вращения рабочим колесом, соединенным валом с генератором. Использует энергию высокоуровневого резервуара через воздействие ее на лопасти рабочего колеса. Однако в этой турбине преобразуется только механическая энергия воды, и не используется отбор теплоты от воды.

Известна также диагонально-осевая гидравлическая турбина, лопасти рабочего колеса которой расположены под острым углом к вертикальной оси и используют механическую энергию воды высокоуровневого резервуара. Хотя к.п.д этой турбины выше, но не используется теплота, запасенная в воде.

Известен гидроагрегат /см.Щапов Н.М., Турбинное оборудование гидростанций, М., -Л., Госэнергоиздат, 1961, с.281-283, рис.16-24/,принятый за прототип, в котором рабочее колесо приводится во вращательное движение от восходящего потока воды, а направляющий аппарата находится ниже рабочего колеса, отсасывающий выше. Конструкция гидроагрегата позволяет наиболее полно использовать энергию воды за счет некоторого увеличения столба воды над рабочим колесом, что повышает к.п.д. гидроагрегата. Но и в этом случае не используется теплота запасенная в воде.

В предложенной турбине существенно то, что она не требует высокоуровневого резервуара, а восходящий поток, действующий на рабочее колесо, создается в результате замещения и перетока вытесненной воды охлажденным в теплоизолированной расширительной системе расширяющимся объемом воздуха /изменение объема на величину первоначального при изменении давления на 1 ат/по мере всплытия и нагреве в солнечном коллекторе, при этом отбирается и преобразуется в механическую энергию теплота в количестве большем, чем затрачено на сжатие воздуха /изотермный к.п.д. компрессора не превышает 0,6/. Расход воды определяется из условия, что Q = V_к, где V_к - объем воздуха после всплытия, который равен
V_к = V_н(1+ t₁ - t₂/273)• Р,
где
V_н - производительность источника сжатого воздуха на выходе из расширительной системы, м³/с;
t₁ - температура воды, ^oC;
t₂ - температура воздуха ^oC, с учетом понижения температуры при падении давления в расширительной системе/ около 24^oC на 1 ат/, что позволяет строить электростанции на водоемах с малой глубиной без высокоуровневого резервуара /водохранилища/;
Р - коэффициент давления /Hм:10 м = 1/.

На фиг. 1 приведена схема энергоустановки, предназначенной для обогрева и снабжения энергией бытовых помещений; на фиг. 2 - схема судовой энергоустановки.

Энергоизвлекающая пневмогидравлическая турбина содержит цилиндрический корпус 1 /фиг.1/, соединенный с солнечным коллектором 2 или другим источником горячей воды, например с системой охлаждения компрессора, закрытым снизу в бытовой энергоустановке и являющимся резервуаром для энергоносителя /воды/ и открытым снизу при установке ниже уровня воды в открытом водоеме, на судне /геотермальный источник, канал сброса горячих вод АЭС, ТЭЦ и т.д./, с закрепленным в нем выше дна его нижней части цилиндрическим сквозным корпусом турбины 3 с зазором, обеспечивающим переток воды между корпусами, с направляющей частью 4 и отсасывающей 5, с закрепленным на ее стенках кольцевым распределителем воздуха 6, соединенным с теплоизолированным от внешней среды воздушным расширителем 7 и источником сжатого воздуха 8. Ниже распределителя в корпусе турбины размещено с возможностью вращения рабочее колесо 9, соединенное вертикальным валом 10 с генератором 11, который соединен с электродвигателем 12 гребного винта 13 /фиг.2/. В систему подачи воздуха входит аккумулятор сжатого воздуха первоначального пуска 14, соединенный с воздуховодом.

При работе турбины воздух через расширитель 7 из источника сжатого воздуха 8 поступает охлажденным в кольцевой распределитель 6 и, увеличивая площадь соприкосновения с водой за счет дробления на большее количество воздушных пузырей, наиболее полно отбирает теплоту от воды, запасенную при таянии льда /скрытая теплота плавления равная 80 кал/г/, дополнительно полученную в солнечном коллекторе, отобранную системой охлаждения при сжатии воздуха или другим источником горячей воды, а увеличиваясь в объеме, увеличивает и силу плавучести, в большем объеме вытесняет воду из отсасывающей части 5, чем, если бы под столб воды подавалась вода и при к.п.д., равном 1, могло бы быть получено количество энергии, равное затраченному /принцип гидроаккумулирующей электростанции/ при перетоке в зазор между корпусом 1 и отсасывающей частью 5, на замену которой через направляющую часть 4 поступает количество воды, равное вытесненному, воздействуя на лопасти рабочего колеса 9, приводя его во вращательное движение, передаваемое валом 10 на генератор 11. При этом сила, воздействующая на лопасти рабочего колеса снизу, равна силе притяжения единицы массы воды и равна силе выталкивания единицы объема подведенного воздуха.

Расчет мощности ведется по формуле расчета мощности гидравлической турбины, когда в весовом эквиваленте при плотности воды 1000 кг/м³ и силе плавучести 1 м³ = 1000 кгс 9,81 • Q - сила, приложенная в течение секунды
N = 9,8/•Q•H•η,
где
9,81 м/с² - ускорение свободно падающего тела;
Q - расход воды, м³/с;
H - напор, м;
η - к.п.д.

Мощность получаем в кВт.

Технико-экономическая эффективность выразится в использовании фактически готовой энергии экологически абсолютно чистым и дешевым способом.

Турбина используется для получения энергии. Рабочее колесо осевой пропеллерной гидравлической турбины установлено в корпусе с направляющим и отсасывающим аппаратом, цилиндрический корпус соединен с солнечным коллектором и источником сжатого воздуха. Турбина не требует высокоуровневого резервуара и работает в режиме энергетического насоса. Сила плавучести воздуха преобразуется в энергию водного потока, который подается на рабочее колесо снизу за счет перетока воды при вытеснении ее из рабочей части объемом сжатого воздуха, подведенным выше и ниже рабочих элементов. Объем сжатого воздуха при всплытии отбирает запасенную в воде теплоту и преобразует ее механическую работу. Позволяет использовать энергию Солнца и энергию тепла, запасенную в воде и воздухе. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Энергоизвлекающая пневмогидравлическая турбина, содержащая осевое пропеллерное рабочее колесо, установленное в корпусе с направляющим и отсасывающим аппаратом, отличающаяся тем, что она снабжена цилиндрическим корпусом, выполненным с нижней закрытой частью, при использовании турбины на суше или с нижней открытой частью, при использовании турбины в водоеме, при этом корпус турбины расположен в цилиндрическом корпусе с зазором между их стенками и нижними частями. 2. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндрический корпус соединен с солнечным коллектором или другим источником горячей воды, а отсасывающий аппарат снабжен кольцевым распределителем сжатого воздуха, соединенным через теплоизолированную систему с источником сжатого воздуха.