ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2007 года по МПК F03G7/00 

Изобретение относится к области энергетики, а более конкретно к устройствам для получения электрической и тепловой энергии, топливом для которых является взрывчатое вещество.

Известна турбина внутреннего горения (см. авторское свидетельство СССР 23035, кл. 46 f, 1, опубл. 30.09.1931), работающая горением твердых взрывчатых веществ, содержащая камеру, предназначенную для горения взрывчатого вещества и снабженную рядом сопел с поперечными сечениями, увеличивающимися по мере удаления от вводимого для вещества отверстия. В камеру через отверстие вводится определенное количество твердого взрывчатого вещества, после чего отверстие закрывается замковым приспособлением и ударом в капсюль производится взрыв последовательно в каждой камере. Образующиеся газы распространяются по камере, вырываются через сопла и, действуя на лопатки, вращают вал турбины.

В данном устройстве трудно обеспечить дозировку и периодический подвод твердого взрывчатого вещества, а также замену капсюлей.

Известна энергетическая установка (см. авторское свидетельство СССР №1765487 А1, МПК F03G 3/08, опубл. 30.09.1992), содержащая корпус, внутри которого расположен статор и маховик с электрогенератором. Статор выполнен в виде перегородки и оборудован камерой сгорания, каналом подачи зарядов взрывчатого вещества, затвором, запирающим камеру сгорания в момент подрыва заряда взрывчатого вещества. Затвор оборудован электрическим устройством, посредством которого осуществляется подрыв заряда взрывчатого вещества и его удержание в центре камеры сгорания. Заряд взрывчатого вещества может быть выполнен из широкого спектра взрывчатых веществ: например, тротил, а также жидких или газообразных взрывчатых веществ. Статор оборудован статорными обмотками и разделяет корпус на две изолированные вакуумированные камеры, внутри которых размещен маховик, выполненный в виде двух дисков с центральными коническими отверстиями и обтекателями, каждый из которых одним концом закреплен на камере сгорания с образованием направляющих каналов, а другим концом - в конических отверстиях с образованием кольцевого зазора, в котором на дисках установлены лопатки. Диски оборудованы якорными обмотками или постоянными магнитами, образующими со статорными обмотками магнитную цепь электрогенератора. При подрыве заряда в полости камеры сгорания образуются продукты сгорания, которые, расширяясь, устремляются через направляющие каналы на лопатки. В результате этого диски маховика приходят во вращение, что изменяет состояние магнитной цепи статорных и якорных обмоток, при этом возникает электрический ток. Генерация электрического тока поддерживается за счет кинетической энергии маховика.

Данная энергетическая установка имеет сложную конструкцию, при этом не использует тепловую энергию, образующуюся при взрыве.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению относится взрывная электростанция (см. заявку Российской Федерации №93015912 А, МПК F03G 7/00, опубл. 20.02.1998), содержащая корпус, внутри которого установлены турбины, каждая из которых кинематически связана с электрогенератором и маховиком. В торце внутренней полости корпуса выполнена взрывная камера, в которую через трубу подается заряд взрывчатки, выполненный в виде шариков, изготовленных, например, из динамита или аммонала. При взрыве посредством электрического устройства ударная газовая волна раскручивает турбины, электрогенераторы и маховики. Израсходовав энергию, взрывная вода выходит в атмосферу через выхлопную трубу с глушителем. Взрывы осуществляются периодически, обеспечивая равномерность вращения электрогенераторов.

Однако и данная взрывная электростанция имеет сложную конструкцию, не позволяет обеспечить одинаковую скорость вращения всех турбин и электрогенераторов, при этом также не используется тепловая энергия взрывной газовой волны, воздействующая на лопатки турбин и элементы конструкции, вызывая их разрушение.

Задачей изобретения является создание энергетической установки, позволяющей вырабатывать помимо электрической энергии дополнительно и тепловую энергию, обеспечивая при этом надежность работы, так как значительно снижается тепловое воздействие взрывной газовой волны, особенно на лопатки турбины.

Указанный технический результат достигается за счет того, что энергетическая установка для получения электроэнергии и тепла содержит две установленные вертикально цилиндрические емкости, гидроагрегат, дозатор взрывчатого вещества с трубопроводами подачи к нему компонентов взрывчатого вещества и трубопроводы с обратными электромагнитными клапанами для соединения дозатора с верхней частью первой емкости, для соединения последней с нижней частью второй емкости, а также для соединения нижней части первой емкости с гидроагрегатом, подключенным трубопроводом к верхней части второй емкости, сообщенной с атмосферой, емкости частично заполнены водой, причем по вертикальной оси первой емкости установлена выполненная из стали колонна с выступающим над водой чашеобразным углублением, а незаполненная водой верхняя часть первой емкости представляет собой взрывную камеру и снабжена запальником, выполненным, например, в виде электрической свечи зажигания, работающей аналогично автомобильной, при этом во второй емкости размещен теплообменник. В трубопровод для подачи взрывчатого вещества во взрывную камеру после электромагнитного клапана вварен дополнительный трубопровод с аналогичным электромагнитным клапаном, подключенный к баллону с пропан-бутановым газом, обеспечивающим детонацию взрывчатого вещества. Кроме того, установка снабжается электронным контроллером, имеющим компьютерную программу для управления последовательностью срабатывания электромагнитных клапанов, дозатора и свечи зажигания.

Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 изображена блок-схема установки, а на фиг.2 - конструкция первой емкости, имеющей взрывную камеру.

Энергетическая установка содержит две установленные вертикально и частично заполненные водой цилиндрические емкости 1 и 2, гидроагрегат 3, дозатор 4 взрывчатого вещества с трубопроводами 5 подачи к нему компонентов взрывчатого вещества и трубопроводы с обратными электромагнитными клапанами 6, трубопроводом 7 для соединения дозатора 4 с верхней частью, незаполненной водой, первой емкости 1, трубопроводом 8 для соединения ее нижней части с гидроагрегатом 3, трубопроводом 9 для соединения гидроагрегата 3 с верхней частью, незаполненной водой, второй емкости 2, трубопроводом 10 для соединения нижней части второй емкости 2 с незаполненной водой верхней частью емкости 1, а также трубопроводом 11 для подключения верхней части емкости 2 к атмосфере. По вертикальной оси емкости 1 установлена выполненная из стали колонна 12 с выступающим над водой чашеобразным углублением 13, а незаполненная водой ее верхняя часть представляет собой взрывную камеру 14 и снабжена расположенной над чашеобразным углублением 13 колонны 12 электрической свечой зажигания 15, при этом во второй емкости 2 помещен теплообменник 16. В трубопровод 7 для подачи взрывчатого вещества во взрывную камеру после электромагнитного клапана 6 вварен дополнительный трубопровод 31 с аналогичным электромагнитным клапаном 6, подключенный к баллону (на фиг. не показан) с пропан-бутановым газом, обеспечивающим детонацию взрывчатого вещества.

Кроме того, установка снабжается контроллером (на фиг. не показан) для управления дозатором 4, свечой зажигания 15 и электромагнитными клапанами 6, а также может иметь маховик для обеспечения равномерности вращения гидроагрегата (на фиг. не показан).

В данной установке в качестве топлива используется жидкое водонаполненное взрывчатое вещество - акватол (жидкий тол), преимущество которого по сравнению с бензином заключается в гораздо более высокой энергоемкости и более низкой стоимости. В целях безопасности используется бинарный способ получения акватола, например, путем смешения двух абсолютно безопасных веществ: 85% аммиачной селитры и 15% солярки. При бинарном способе получения взрывчатого вещества смешивание компонентов происходит непосредственно при дозировке.

Емкость 1, имеющая в верхней части взрывную камеру 14, является одним из наиболее ответственных элементов установки, так как во время взрыва давление в ней может достигать 300 атм, при этом возникает мощный динамический удар, поэтому необходимо обеспечить ее прочность, что будет и определять долговечность работы всей установки.

Емкость 1 выполнена следующим образом. Ее крышка 17 и днище 18 изготовлены из листовой стали толщиной 40 мм и диаметром 1600 мм. В середине к ним приварена металлическая труба диаметром 800 мм с толщиной стенки 8 мм, образующая боковую стенку 19. В таком виде первая емкость 1 напоминает катушку для электрического кабеля. В центральной части крышки 17 выполнено отверстие 20 под смотровой люк с установленным посредством болтов 21 непроницаемым люковым закрытием 22 (уплотнения на фиг. не показаны). В люковое закрытие 22 с наружной и внутренней стороны вварен трубопровод 7 для подачи взрывчатого вещества, причем в данный трубопровод после клапана 6 вварен дополнительный трубопровод 31 с аналогичным электромагнитным клапаном 6, подключенный к баллону с пропан-бутановым газом (на фиг. не показан). Крышка 17 и днище 18 снаружи от боковой стенки 19 стянуты между собой расположенными в два ряда стальными прутками 25 диаметром 20 мм с гайками по концам, при этом снаружи к торцам крышки 17 и днищу 18 приварен наружный кожух 26, изготовленный из листовой стали толщиной 2 мм. Все пространство между крышкой 17, днищем 18, боковой стенкой 19 и наружным кожухом 26 через верхние технологические отверстия в крышке 17 (на фиг. не показаны) заполнено бетоном 27. По оси емкости 1 к днищу 18 приварена упомянутая ранее стальная колонна 12 диаметром 300 мм, которая может быть выполнена в зависимости от мощности установки целиком кованной или трубчатой. В боковую стенку 19 и кожух 26 вварены трубопроводы 10 и 8 для подачи в емкость 1 воды и нагнетания воды на гидроагрегат 3 соответственно. В люковое закрытие 22 ввернут электрический запальник, выполненный в виде электрической свечи зажигания 15.

Энергетическая установка работает следующим образом. Взрывчатое вещество (например, акватол) по трубопроводам 5 поступает в дозатор 4, далее через трубопровод 7 электромагнитный клапан 6 попадает в чашеобразное углубление 13 колонны 12. Через трубопровод 10 емкость 1 заполняется водой до уровня на 100 мм ниже верхнего торца чашеобразного углубления 13, на этом уровне установлен поплавковый клапан или датчик, имеющий связь с клапаном 6, обеспечивающим перекрытие трубопровода 10 и сохранение взрывной камеры 14. Затем из баллона с пропан-бутановым газом через клапан 6 и трубопроводы 31 и 7 во взрывную камеру 14 подается смесь пропан-бутана 10% и воздуха 90%, которая поджигается посредством запальника, например электрической свечой зажигания 15, при этом происходит детонационный взрыв расположенного в чашеобразном углублении 13 взрывчатого вещества. При взрыве вода разогревается в результате действия мощной ударной волны и температуры горячих газов, выделяющихся при горении пропан-бутановой смеси и взрыве. Расход пропан-бутановой смеси для обеспечения детонации невелик и одного 50-литрового баллона может хватить на несколько месяцев. После взрыва вода под давлением через трубопровод 8 и открытый клапан 6 поступает в гидроагрегат 4, вырабатывающий электрический ток, подающийся потребителю. Раскрутив гидроагрегат 4, вода за счет остаточного давления по трубопроводу 9 поднимается в емкость 2, где повышенная температура воды отбирается теплообменником 16 и подается потребителю. Из второй емкости 2 вода через трубопровод 10 и электромагнитный магнитный клапан 6 заполняет емкость 1, и процесс повторяется снова. Электроэнергия снимается с помощью гидроагрегата 4, а тепловая энергия - с помощью теплообменника 16. Для сглаживания пульсаций можно использовать маховик, связанный с гидроагрегатом 4, а также устанавливать две и более идентичных установок. Работой устройства управляет контроллер, снабженный программой для управления последовательностью срабатывания дозатора 4, свечи зажигания 15 и электромагнитных клапанов 6.

Энергетическая установка предназначена для получения тепла и электроэнергии, топливом для которой является взрывчатое вещество. Установка содержит две установленные вертикально цилиндрические емкости, гидроагрегат, дозатор взрывчатого вещества с трубопроводами подачи к нему компонентов взрывчатого вещества, баллон с пропан-бутановым газом. Указанные элементы соединены трубопроводами с обратными электромагнитными клапанами, а именно для соединения дозатора с верхней частью первой емкости, для соединения последней с нижней частью второй емкости, для соединения нижней части первой емкости с гидроагрегатом, а также для подключения к баллону с пропан-бутановым газом. Гидроагрегат подключен к верхней части второй емкости, сообщенной с атмосферой. Емкости частично заполнены водой. При этом по вертикальной оси первой емкости установлена колонна с выступающим над водой чашеобразным углублением, а незаполненная водой ее верхняя часть представляет собой взрывную камеру и снабжена запальником, выполненным, например, в виде электрической свечи зажигания, а в заполненную водой часть второй емкости помещен теплообменник. В трубопровод для подачи взрывчатого вещества во взрывную камеру после электромагнитного клапана вварен дополнительный трубопровод с аналогичным электромагнитным клапаном. Установка также снабжена электронным контроллером, снабженным программой для управления последовательностью работы электромагнитных клапанов, дозатора и свечи зажигания. Гидроагрегат может быть соединен с маховиком. Конструкция установки позволяет обеспечить надежную работу, а потребителя - теплом и электричеством. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Энергетическая установка для получения тепла и электроэнергии, содержащая две установленные вертикально цилиндрические емкости, гидроагрегат, дозатор взрывчатого вещества с трубопроводами подачи к нему компонентов взрывчатого вещества и трубопроводы с обратными электромагнитными клапанами для соединения дозатора с верхней частью первой емкости, для соединения последней с нижней частью второй емкости, а также для соединения нижней части первой емкости с гидроагрегатом, подключенным трубопроводом к верхней части второй емкости, сообщенной с атмосферой, емкости частично заполнены водой, причем в трубопровод для подачи взрывчатого вещества во взрывную камеру после электромагнитного клапана вварен дополнительный трубопровод с аналогичным электромагнитным клапаном, подключенный к баллону с пропан-бутановым газом, при этом по вертикальной оси первой емкости установлена выполненная из стали колонна с выступающим над водой чашеобразным углублением, а незаполненная водой ее верхняя часть представляет собой взрывную камеру и снабжена запальником, выполненным, например, в виде электрической свечи зажигания, а во второй емкости размещен теплообменник.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что гидроагрегат соединен с маховиком.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена контроллером, имеющим программу для управления последовательностью срабатывания электромагнитных клапанов, дозатора и свечи зажигания.