ДВУХКОРПУСНАЯ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ТУРБИНА Российский патент 2009 года по МПК F03B17/02 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для обеспечения потребителей энергии за счет многократного использования сил при проявлении естественных неравновесностей между водой и воздухом (плотность, теплоемкость, теплопроводность).

Известная осевая пропеллерная гидравлическая турбина, содержащая прочную часть цилиндрического корпуса с размещенным в ней на вертикальном валу рабочим колесом. Используют энергию воды высокоуровневого резервуара через воздействие на лопасти рабочего колеса.

Известен гидроагрегат (Шапов Н.М. Турбинное оборудование гидростанций, М.: Гидроэнергоиздат, 1961, с.281-283, рис.16-24), в котором вода через направляющий аппарат на рабочее колесо подается снизу и удаляется через отсасывающий аппарат, расположенный над рабочим колесом. В данном агрегате повышение эффективности достигается за счет наиболее полного использования напора.

Известная "Энергизвлекающая пневмогидравлическая турбина" (патент РФ №2120058), содержащая осевое пропеллерное рабочее колесо, установленное в корпусе на вертикальном валу, размещенном в емкости с водой или водоеме в соединенном с источником сжатого воздуха. Установка является прототипом.

Данное устройство не требует высокоуровневого резервуара, а для получения энергии использует силу при проявлении естественных неравновесностей воды и воздуха.

Задачей изобретения является создание пневмогидравлической турбины, многократно использующей силу при проявлении естественных неравновесностей воды и воздуха (плотность, теплоемкость, теплопроводность) с одновременным улучшением газового состава воды при установке в водоеме за счет насыщения ее кислородом атмосферного воздуха.

Предложенная "Двухкорпусная пневмогидравлическая туpбина" характеризуется увеличенным числом рабочих колес на вертикальном валу в закрытом снизу и открытом сверху цилиндрическом корпусе, соединенном с источником сжатого воздуха, а на верхнем и нижнем уровне переточными трубопроводами соединен с другим цилиндрическим корпусом с одним рабочим колесом на вертикальном валу.

На чертеже приведена схема турбины.

Турбина содержит закрытый снизу и открытый сверху цилиндрический корпус 1, соединенный трубопроводом 2 с компрессором 3 (по расходу энергии предпочтительно объемного типа) и закрепленным над напорный патрубком гасителем энергии давления 4. На верхнем уровне корпус 1 трубопроводом прямоугольного сечения 5, обеспечивающим наибольшую пропускную способность, соединен с закрытым в нижней части и открытым в верхней части корпусом 6, а трубопроводом прямоугольного сечения 7 в нижней части ниже выхода напорного патрубка воздуховода с корпусом 1. На стонке корпуса 1 закреплены направляющие аппараты 8 ниже рабочих колес 9 и между ними на вертикальном валу 10, соединенном с генератором 11. В корпусе 6 рабочее колесе 9 закреплено на вертикальном валу 10, соединенном с генератором 11. В корпусе 6 размещен нагревательный элемент 12.

Двухкорпусная пневмогидротурбина работает следующим образом. Воздух из компрессора 3 по трубопроводу 2 поступает в нижнюю часть заполненного водой, закрытого в нижней части и открытого в верхней части цилиндрического корпуса 1 выше переточного трубопровода 7 и, ударяясь в гаситель давления 4, приобретает давление, равное давлению на нижнем уровне, и начинает всплывать, увеличиваясь по мере всплытия в отбора теплоты от воды в объеме, выталкивая воду по переточному трубопроводу 5 в заполненный водой закрытый в нижней части и открытый в верхней части цилиндрический корпус 6 в объеме, равном производительности компрессора. Сила выталкивания воды в корпусе 1 равна силе, развиваемой всем находящимся в стадии всплытия объемом воздуха, и не зависит от глубины погружения, а зависит только от естественной неравновесности в плотностях, теплопроводности и теплоемкости воды и воздуха. Коэффициент неравновесности по плотностям равен 820, а это значит, что мы могли бы получить количество энергии, превышающее затраченную на подвод воздуха в 820 раз, т.е. кпд турбины будет ниже 1. Эта сила создает в нижней части соответствующее разрежение и подсос воды из корпуса 6 в корпус 1, образуя непрерывный поток в рабочей зоне корпусов. Водовоздушная смесь проходит через направляюще аппараты 8 в корпусе 1 и под оптимальным углом подается на рабочие колеса 9 на вертикальных валах 10, соединенных с генератором 11. Через рабочие колеса в корпусе 1 проходит двойной объем водовоздушной смеси по сравнению с объемом воздуха в корпусе в 6 (отработанный воздух вышел в атмосферу), что приводит к удвоенному усилию и скорости вращения вала 10. Так как давление в пузыре воздуха равно давлению окружающей его несжимаемой воды на любом уровне, а сила выталкивания не зависит от глубины погружения, столб воды не прерывается, сохраняя напор, то сила на рабочие колеса передается полностью на любом уровне. Таким образом, скорость вращения и усилие на валу прямо пропорциональны числу рабочих колес. Перемещение воды в корпусе 1 происходит в условиях невесомости и энергия расходуется только на преодоление момента инерции воды. Нагреватель 12 обеспечивает работу в условиях отрицательных температур, что позволяет турбине работать с любым преобразователем энергии, используя вырабатываемую ими энергию для подогрева воды в турбине. Работа турбины в корпусе 6 не отличается от работы гидравлической турбины соответствующей мощности.

Поскольку жидкое состояние воды поддерживается Солнцем за счет аккумуляции его энергии, а неравновесности проявляются в жидкой воде и сопровождаются отбором теплоты от воды, то турбину можно отнести и к солнечной энергетике.

Расчет мощности турбины ведется по формуле

N=9,81 м/с²·2QH·ns·η+9,81QHη=9,81QHη(2ns+1),

где 9,81 м/с² - ускорение свободного падения,

Q - расход воды,равный производительности компрессора,

Н - напор,

n - число рабочих колес,

η - кпд,

s - коэффициент теплового расширения, равный

где t₁ - температура воды °C,

t₂ - температура воздуха °С.

Двухкорпусная пневмогидравлическая турбина относится к области энергетики. Турбина содержит цилиндрический корпус с размещенными в нем рабочими колесами на вертикальном валу. Корпус открыт в верхней и закрыт в нижней части, заполнен водой и соединен с источником сжатого воздуха. Ниже рабочих колес и между ними на стенке корпуса закреплены направляющие аппараты. Корпус на нижнем и верхнем уровне соединен переточными трубопроводами прямоугольного сечения с другим аналогичным корпусом. Устройство не требует высокоуровневого резервуара. 1 ил.

Двухкорпусная пневмогидравлическая турбина, содержащая заполненный водой, соединенный с источником сжатого воздуха открытый в верхней и нижней части цилиндрический корпус с размещенным в нем рабочим колесом на вертикальном валу, отличающаяся тем, что цилиндрический корпус закрыт в нижней части с размещенным в нем рабочими колесами на вертикальном валу, ниже которых и между ними на стенке корпуса закреплены направляющие аппараты, а корпус на нижнем и верхнем уровне соединен переточными трубопроводами прямоугольного сечения с другим закрытым снизу и открытым сверху цилиндрическим корпусом с рабочим колесом на вертикальном валу.