ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2001 года по МПК F03G3/00 F03B13/00 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к энергетическим установкам по выработке электрической энергии, к преобразователям энергии текучих сред в механическую и затем в электрическую.

Известны энергетические установки преобразования энергии текучих сред в механическую и затем в электрическую энергию. По заявке ФРГ N 2951574, кл. F 03 G 3/00, 1981 установка содержит частично заполненную жидкостью герметичную емкость, размещенные в ней друг над другом горизонтальные оси со шкивами и охватывающей их бесконечной лентой с ковшами - рабочими органами и подключенными к емкости трубопроводами для подвода и отвода газообразного рабочего тела. По авторскому свидетельству СССР N 1321905, кл. F 03 G 3/00, 07.07.67. Бюл. N 25, оно же - патент РФ, N 1321905, кл. F 03 G 3/00, 12 марта 1993 г., в качестве газообразного рабочего тела использованы газы горючей смеси, емкость снабжена, размещенной между осями, продольной вертикальной перегородкой и трубопроводами для подвода и отвода жидкости с регулирующими клапанами, а рабочие органы - системой электрозажигания. По авторскому свидетельству СССР N 1592573, кл. F 03 G 3/00, 16.09.90. Бюл. N 34, оно же - патент РФ N 1592573, кл. F 03 G 3/00, 12 марта 1993 г., установка содержит вторую емкость с размещенной в ней турбиной, камерами сгорания с электродами и баком-отстойником. Причем камеры сгорания с электродами на выходе сообщены с второй емкостью, а бак-отстойник - с трубопроводом подвода газообразного рабочего тела. По патенту РФ N 2066787, кл. F 03 G 3/00, 20.09.1996 г. установка содержит компрессоры, несколько дополнительных энергетических блоков сообщающихся трубопроводами подвода и отвода газообразного рабочего тела с электромагнитными клапанами, при этом энергетические блоки сообщены между собой через компрессор посредством трубопроводов, емкость каждого энергетического блока снабжена газосборником, размещеным над отверстиями, выполненными в емкости, и посредством патрубков подъема газообразного рабочего тела сообщеным с баком-отстойком, а так же патрубками подъема и слива жидкости, последний из которых сообщен с баком-отстойником, а другой установлен в емкости и расположен по направлению вращения турбины, и автоматикой безопасности и регулирования.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является энергетическая установка по патенту РФ N 2066787, кл. F 03 G 3/00, 1993 г.

Признаками энергетической установки по патенту РФ N 2066787, кл. F 03 G 3/00, 20.09.1996 г., совпадающими с существенными признаками предлагаемого изобретения, являются наличие емкости, заполненной рабочим телом, с расположенной в ней турбиной, с трубопроводами подвода и отвода газообразного рабочего тела с несколькими энергетическими блоками.

Причинами, препятствующими достижению необходимого технического результата, являются, следующие: лопатки турбины размещены на горизонтально расположенной оси, на них газообразное рабочее тело, по ходу вращения турбины, воздействует всего на половину оборота оси турбины.

В основу предлагаемого изобретения положена задача: изготовить такую конструкцию энергетической установки, которая позволила бы достичь более высокого КПД с использованием глубинного давления некоторого количества текучих веществ, используемых в качестве рабочих тел, сделать работу безопасной, идеально экологически чистой, без затрат традиционных природных энергоресурсов, упростить технологию и конструкцию, причем достичь компактности и значительно уменьшить использование металлов.

Поставленная задача достигается следующим образом: энергетическая установка снабжена несколькими энергетическими блоками, в которых турбины размещены по вертикальной оси симметрии, на нижних и верхних перегородках с отверстиями имеются газовые камеры, снабженные трубопроводами отвода-подвода газообразного рабочего тела, трубопроводами отвода "лишнего" газообразного рабочего тела, снабженные регулирующими клапанами и баком-смесителем, также трубопроводами подвода и отвода природного газа, внутренними нижними, средними, верхними и наружными нижними, средними, верхними стяжными кольцами, обеспечивающими устойчивость и компактность энергетического блока.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и техническим результатом, который может быть достигнут, проявляется причинно-следственная связь: несколько энергетических блоков содержат электрогенераторы с редукторами, уровнемеры, газовые камеры, трубопроводы отвода-подвода газообразного рабочего тела, емкости, частично заполненные рабочей жидкостью и с размещенными в них турбинами.

Корпус энергетического блока обеспечил возможность разместить турбину, рабочую жидкость, газовую камеру и другое оборудование.

Нижние, средние, верхние внутренние и наружные нижние, средние, верхние стяжные кольца обеспечили устойчивость и компактность энергетической установки.

Жидкообразное и газообразное рабочие тела обеспечили вращение турбины, следовательно, вращение якоря электрогенератора, а именно выработку электрической энергии в электрическом блоке энергетической установки
Уровномер обеспечил контроль за необходимым уровнем жидкообразного рабочего тела в энергетическом блоке, следовательно, обеспечил оптимальный режим работы энергетического блока.

Трубопровод подачи рабочей жидкости с вентилем обеспечил наладку работы энергетической установки.

Нижние и верхние перегородки с отверстиями обеспечили размещение турбины в энергетическом блоке на подшипниках, а через отверстия - прохождение газообразного рабочего тела, следовательно, обеспечили работоспособность энергетического блока.

Кронштейны обеспечили размещение распределительного устройства, следовательно работоспособность энергетического блока.

Распределительное устройство с обратными клапанами обеспечило подачу газообразного рабочего тела под турбину энергетического блока, следовательно, обеспечило работоспособность энергетического блока.

Газовая камера обеспечила работоспособность энергетического блока.

Соединительная муфта обеспечила сцепление оси турбины с осью редуктора, чем обеспечила работоспособность энергетического блока энергетической установки.

Редуктор обеспечил необходимую скорость вращения якоря электрогенератора, следовательно, работоспособность электрогенератора.

Электрогенератор обеспечил выработку электрической энергии, следовательно, обеспечил работу энергетической установки.

Клеммы электрогенератора обеспечили отвод выработанной электрической энергии, выработанной энергетическим блоком.

Сообщающиеся трубопроводы отвода-подвода газообразного рабочего тела обеспечили экономичную работу энергетической установки, ее единство.

Отводящие трубопроводы "лишнего" газообразного рабочего тела с распределительными клапанами /возможно электромагнитными/ обеспечили оптимальный режим работы энергетической установки.

Бак-смеситель обеспечил экономическую работу энергетической установки.

Вентиль отвода газообразного рабочего тела из бака-смесителя обеспечил экономичную работу энергетической установки.

Трубопровод с вентилем по всасу воздуха и вентилем обеспечил наладку работуыэнергетической установки.

Ресивер обеспечил работоспособность энергетической установки.

Газовый счетчик обеспечил наладку работы энергетической установки.

Манометры обеспечили наладку работы энергетической установки, а также и контроль работы.

Дренаж обеспечил слив рабочей жидкости /жидкоообразного рабочего тела/.

Контрольный вентиль обеспечил контроль по работоспособности обратного клапана распределительного устройства.

Все вентили обеспечили работоспособность энергетической установки.

Трубопроводы отвода-подвода газообразного рабочего тела в нескольких энергетических блоках обеспечили экономичную, безопасную, экологически чистую, без затрат традиционных природных энергоресурсов работу энергетической установки.

Трубопровод природного газа с ветилем и манометрами обеспечил работу энергетической установки без дополнительных затрат энергии по сжатию газообразного рабочего тела.

Гребенка отводящих трубопроводов природного газа с вентилями и манометрами обеспечили отвод отработанного природного газа, следовательно, обеспечила работу энергетической установки.

Открытый водоем /море, океан/, со дна которого выделяется метан, водород, обеспечили установку газообразным рабочим телом, т.е. обеспечили работоспособность энергетической установки.

Гибкий куполообразный газосборник обеспечил сбор /добычу/ газообразного рабочего тела, а именно работу энергетической установки в море или океане.

Грузы-якоря обеспечили постоянное место нахождения энергетической установки в море или океане, следовательно, обеспечили ее работу.

Станины энергетических блоков обеспечили их устойчивость.

Трубопровод с вентилем подвода собранного природного газа, водорода в море или океане обеспечили работоспособность энергетической установки.

Соединительные петли, тросы обеспечили прочность и постоянное место нахождения гибкого куполообразного газосборника, а именно обеспечили работоспособность энергетической установки.

Упрощение конструкции заключено в том, что не использованы масленки, электроконтактные манометры, электромагнитные клапаны, автоматика безопасности и регулирования.

Упрощение технологии заключается в том, что перепад давления газообразного рабочего тела в нескольких энергетических блоках осуществлен автоматически, т.е. саморегулирующим способом.

В основе работы энергетической установки лежат физические свойства текучих веществ: малорастворимость одного рабочего тела в другом, разность удельных весов рабочих тел, сжимаемость одного рабочего тела и практически несжимаемость другого, текучесть рабочих тел.

Полезность энергетической установки заключается в том, что для ее работы использовано глубинное давление текучих веществ, в качестве рабочих тел использованы текучие вещества: атмосферный воздух и атмосферная вода или природный газ, водород и атмосферная вода или морская вода, в конструкции использовано минимальное количество металлов, что позволяет удешевить выработку электрической энергии.

Изобретение иллюстрировано фиг. 1, фиг. 2.

На фиг. 1 изображена энергетическая установка в сечении по вертикальной оси симметрии. На фиг. 2 - в сечении по горизонтальной оси симметрии, с дополнительным оборудованием, позволяющим осуществить работу под водой в море или океане, со дна которого выделяется природный газ или водород. На фиг. 1 изображена энергетическая установка, содержащая несколько идентичных энергетических блоков, каждый из которых содержит герметичный корпус 1, станины 2, нижнюю перегородку с отверстиями и гнездом для подшипника 3, верхнюю перегородку с отверстиями и гнездом для подшипника 4, ось турбины 5, турбину 6, соединительную муфту 7, редуктор 8, электрогенератор 9, клеммы электрогенератора 10, основной обратный клапан 11, обратные клапаны распределительного устройства 12, кронштейны 13, жидкообразное рабочее тело /атмосферная вода/ 14, уровень 15 по уровнемеру 16, вентиль подачи жидкообразного рабочего тела 17, дренаж 18, газовую камеру 19, трубопровод отвода-подвода газообразного рабочего тела 20, регулирующий клапан газообразного рабочего тела 21, манометр газовой камеры 22, манометр газообразного рабочего тела, поступившего на следующий энергетический блок 23, манометр "лишнего" газообразного рабочего тела 24, манометр остаточного давления газообразного рабочего тела 25, бак-смеситель газообразного рабочего тела 26, манометр газообразного рабочего тела бака-смесителя 27, вентиль подачи газообразного рабочего тела /воздуха/ 28, вентиль подачи газообразного рабочего тела из бака-смесителя 29, воздуходувку 30, ресивер 31, манометр ресивера 32, вентиль нагнетания газообразного рабочего тела /воздуха/ 33, газовый счетчик 34, вентиль байпаса 35, манометр подачи газообразного рабочего тела 36, вентиль контроля исправности обратных клапанов 37, каждые четыре энергетических блока содержат внутренние нижние, средние, верхние стяжные кольца /изображено на фиг. 2/ 38, наружные нижние, средние, верхние стяжные кольца/ изображено на фиг. 2/ 39, манометр поступившего природного газа 40, вентиль подачи природного газа 41, манометр подачи газообразного рабочего тела /природного газа/ 42, вентиль, отсекающий природный газ 43, вентиль подачи природного газа на распределительную гребенку 44, вентили распределительной гребенки 45, 47, 49, 51, манометры распределительной гребенки 46, 48, 50, 52, вентиль отвода "лишнего" природного газа из бака-смесителя 53, вентиль подачи газообразного рабочего тела добытого со дна моря или океана 58, несколько по четыре энергетических блока I, II, III, ..., n. На фиг. 2 изображена энергетическая установка, размещенная в море или океане, где нет глубинного течения и со дна выделяется природный газ или водород и дополнительно содержащая гибкий куполообразный газосборник 54 с грузами-якорями 55, соединительными петлями 66, удерживающими тросами 57, трудопроводом с ветилем подачи газообразного рабочего тела /также изображено на фиг. 1/ 58, гибкие куполообразные поплавки 59.

Техническая эффективность заключается в высоком КПД, идеально экологически чистой, безопасной работе, простоте конструкции и технологии, нематериалоемкости, компактности, минимальном количестве использования металлов, использовании в качестве жидкообразного рабочего тела атмосферной воды, а в качестве газообразного рабочего тела - воздуха, природного газа, поступившего потребителю или добытого в море или океане, природного газа, водорода, универсальной работе.

Работа энергетической установки осуществлена после проведения пусконаладочных работ по созданию рабочего условия. Создано рабочее условие следующим образом: через вентиль подачи жидкообразного рабочего тела 17 все энергетические блоки заправлены жидкообразным рабочим телом /атмосферной водой/ 14 по уровень 15 уровнемера 16, а также через вентили подачи газообразного рабочего тела из атмосферы /воздуха/ 28, подачи рабочего воздуха 33, воздуходувкой 30 произведено нагнетание данного газообразного рабочего тела /воздуха/ с избыточным давлением, например 3,1 кгс/см², до избыточного давления, данного в воздушной камере первого энергетического блока 2,1 кгс/см², а в баке-смесителе 26 - до избыточного давления 1,1 кгс/см² по манометру 27. При созданном рабочем условии ветиль подачи газообразного рабочего тела из атмосферы /воздуха/ 28 закрыли. Следует заметить, что при этом газообразное тело /воздух/ прошло через обратные клапаны 11, 12 через отверстия нижней перегородки 3, всплыло в жидкообразном рабочем теле /воде/ 14, причем воздействуя на турбину 6, при этом она вращается и соответственно, посредством соединительной муфты 7, через редуктор 8 вращает якорь электрогенератора 9. Далее, газообразное рабочее тело /воздух/ прошло через отверстия верхней перегородки 4, собралось в газовой камере первого энергетического блока 19 с рабочим давлением 2,1 кгс/см² по манометру газовой камеры 22 и по трубопроводу отвода-подвода газообразного рабочего тела 20, за счет автоматически созданного перепада давления в нескольких энергетических блоках на 0,6 - 0,01 кгс/см², посредством сообщенных трубопроводов отвода и подвода газообразного рабочего тела 20, отводящих трубопроводов "лишнего" газообразного рабочего тела через регулирующие клапаны 21 поступило в бак-смеситель 26, в котором избыточное давление газообразного рабочего тела 1,1 кгс/см². Через вентиль подачи газообразного рабочего тела /воздуха/ 29 воздуходувкой 30 произведено нагнетание газообразного рабочего тела /воздуха/ до избыточного давления 3,1 кгс/см². Таким образом, осуществлено движение газообразного рабочего тела /воздуха/ в нескольких энергетических блоках бесконечно замкнуто, причем энергетическая установка работает идеально экологически чисто и безопасно, с высоким КПД, если количество энергетических блоков равно 30 - 40 или более, а высота "столба" жидкообразного рабочего тела /воды/ равно 10 м или больше. Следует заметить, что мощность энергетической установки зависит и от диаметра турбины 6 /чем больше диаметр турбины 6, тем мощнее энергетическая установка с мощными электрогенераторами 9/. Если газообразное рабочее - тело природный газ, то работает энергетическая установка при закрытых вентилях 28, 29, 43 и открытых вентилях 41, 33, 44, 45, 47, 49, 51, 53. Следует заметить, что исходное давление природного газа может быть равно рабочему давлению, которое определяет манометры 40, 42. Если газообразное рабочее тело - природный газ или водород, добытый со дна моря или океана посредством сбора гибким куполообразным газосборником 54, энергетические блоки размещены в море или океане по вертикальной оси симметрии, то энергетическая установка работает без комплектующего оборудования 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53 и целенаправленно может быть снабжена дополнительно другим оборудвоанием.

Энергетическая установка иллюстрирована фиг. 1, фиг. 2.

Установка предназначена для получения электрической энергии. Новизна конструкции в том, что она снабжена турбинами, размещенными по вертикальной оси симметрии, нижними и верхними перегородками с отверстиями, уровнемерами, газовыми камерами, трубопроводами отвода "лишнего" газообразного рабочего тела с регулирующими клапанами, баком-смесителем, трубопроводами подвода и отвода природного газа, гибким куполообразным газосборником, грузами-якорями, крепежными петлями и тросами, гибкими куполообразными поплавками, внутренними и наружными нижними, средними, верхними стяжными кольцами. В работе использовано природное явление по саморегуляции рабочего давления рабочих тел в нескольких энергетических блоках. Установка имеет простую конструкцию, экологически чиста и обладает высоким КПД. 2 ил.

Энергетическая установка, содержащая несколько энергетических блоков, снабженная компрессорами, дополнительными несколькими энергетическими блоками, трубопроводами подвода и отвода газообразного рабочего тела с электромагнитными и обратными клапанами, при этом энергетические блоки сообщены между собой через компрессоры посредством трубопроводов, емкость каждого энергетического блока снабжена газосборником, размещенным над отверстиями, выполненными в емкости, и посредством патрубков подъема газообразного рабочего тела, сообщенным с баком-отстойником, а также патрубками подъема и слива жидкости, последний из которых сообщен с баком-отстойником, а другой установлен в емкости и расположен по направлению вращения турбины, автоматикой безопасности и регулирования, отличающаяся тем, что она снабжена несколькими энергетическими блоками, снабженными каждый корпусом, размещенным по вертикальной оси симметрии, нижними и верхними перегородками с отверстиями, уровнемером, газовой камерой, трубопроводами отвода "лишнего" газообразного рабочего тела с регулирующими клапанами, баком-смесителем, трубопроводами подвода и отвода природного газа, внутренними нижними, средними, верхними стяжными кольцами, наружными нижними, средними, верхними стяжными кольцами, воздуходувкой, дополнительно может быть снабжена гибким куполообразным газосборником с грузами-якорями, крепежными петлями и тросами, гибкими куполообразными поплавками, расположенными на море или океане, со дна которых выделяется природный газ или водород.