RU2120058C1

RU2120058C1 - Energy extracting pneumohydraulic turbine

Info

Publication number: RU2120058C1
Application number: RU94040252A
Authority: RU
Inventors: Василий Фотеевич Маркелов
Original assignee: Василий Фотеевич Маркелов
Priority date: 1994-10-24
Filing date: 1994-10-24
Publication date: 1998-10-10
Also published as: RU94040252A

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: working wheel of axial-flow propeller hydraulic turbine is installed in housing with guide vane and suction apparatus. Cylindrical housing is connected with solar collector and compressor air source. Turbine does not require high-level reservoir and operates as energy pump. Air floatability force is converted into energy of water flow which is delivered to working wheel from below due to overflow of water at its displacement from working part by compressed air delivered higher and lower than working members. Amount of compressed air at floating up takes heat stored in water and converts it into mechanical work. EFFECT: possibility of using solar energy and energy of heat stored in water and air. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для обеспечения потребителей энергией за счет преобразования энергии Солнца и энергии, запасенной в воде и воздухе. The invention relates to energy and can be used to provide consumers with energy through the conversion of solar energy and energy stored in water and air.

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. Known axial propeller hydraulic turbine containing a flowing part of the housing, placed in it with the possibility of rotation of the impeller, connected by a shaft with a generator. It uses the energy of a high-level tank through its impact on the impeller blades. However, in this turbine only the mechanical energy of the water is converted, and the selection of heat from the water is not used.

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. A diagonal-axis hydraulic turbine is also known, the impeller blades of which are located at an acute angle to the vertical axis and use the mechanical energy of the water of a high-level tank. Although the efficiency of this turbine is higher, the heat stored in the water is not used.

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. A well-known hydraulic unit / cm. Shchapov NM, Turbine equipment of hydroelectric power stations, M., -L., Gosenergoizdat, 1961, p. 281-283, Fig. 16-24 /, adopted as a prototype, in which the impeller is rotational movement from an upward flow of water, and the directing apparatus is below the impeller, suction above. The design of the hydraulic unit allows the most complete use of the energy of the water due to some increase in the water column above the impeller, which increases the efficiency hydraulic unit. But in this case, the heat stored in the water is not used.

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/.In the proposed turbine, it is essential that it does not require a high-level reservoir, and the upward flow acting on the impeller is created as a result of the replacement and overflow of displaced water by the expanding air volume cooled by the heat-insulated expansion system / volume change by the initial value when the pressure changes by 1 atm / as it ascends and heats up in the solar collector, in this case, heat is taken and converted into mechanical energy in an amount greater than that spent on compressing air / isot rmny efficiency compressor does not exceed 0.6 /. Water consumption is determined from the condition that Q = V _k , where V _k is the volume of air after ascent, which is equal to
V _a = V _n (1+ t ₁ - t _2/273) • P
Where
V _n - the productivity of the source of compressed air at the outlet of the expansion system, m ³ / s;
t ₁ - water temperature, ^o C;
t ₂ - air temperature ^o C, taking into account the decrease in temperature when the pressure drops in the expansion system / about 24 ^o C by 1 at /, which allows you to build power plants in shallow reservoirs without a high-level tank / reservoir /;
P - pressure coefficient / Nm: 10 m = 1 /.

На фиг. 1 приведена схема энергоустановки, предназначенной для обогрева и снабжения энергией бытовых помещений; на фиг. 2 - схема судовой энергоустановки. In FIG. 1 shows a diagram of a power plant designed for heating and supplying energy to domestic premises; in FIG. 2 is a diagram of a ship power plant.

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. An energy-extracting pneumohydraulic turbine contains a cylindrical housing 1 / Fig. 1/ connected to a solar collector 2 or other source of hot water, for example, with a compressor cooling system that is closed at the bottom in a household power plant and is a reservoir for energy / water / and open at the bottom when installed below the level water in an open reservoir, on a ship / geothermal source, hot water discharge channel of nuclear power plants, thermal power plants, etc. /, with a cylindrical through-body turbine 3 fixed with a gap above it at the bottom of the bottom, with a clearance of providing water flow between the cases, with the guide part 4 and the suction 5, with an annular air distributor 6 fixed to its walls, connected to an air expander 7 insulated from the external environment and a compressed air source 8. The impeller is rotatably mounted below the distributor in the turbine housing 9, connected by a vertical shaft 10 with a generator 11, which is connected to the electric motor 12 of the propeller 13/2 /. The air supply system includes a compressed air accumulator of the initial start-up 14 connected to the air duct.

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. During the operation of the turbine, the air through the expander 7 from the source of compressed air 8 enters cooled into the annular distributor 6 and, increasing the area of contact with water due to crushing into a larger number of air bubbles, most fully takes the heat from the water stored during melting ice / latent heat of fusion is equal to 80 cal / g /, additionally obtained in the solar collector, selected by the cooling system when compressing air or another source of hot water, and increasing in volume, it increases the buoyancy force, m displaces water from the suction part 5, than if water was supplied under a column of water and at an efficiency equal to 1, an amount of energy equal to expended could be obtained (principle of a pumped storage power plant) when flowing into the gap between the housing 1 and the suction part 5, the replacement of which through the guide part 4 receives the amount of water equal to the displaced, acting on the blades of the impeller 9, causing it to rotate, transmitted by the shaft 10 to the generator 11. In this case, the force acting on the blades of the working ECA bottom, equal to the force of attraction of a unit mass of water, and is equal to the ejection force per unit volume of air let down.

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.The power calculation is carried out according to the formula for calculating the power of a hydraulic turbine when in weight equivalent at a water density of 1000 kg / m ³ and buoyancy force 1 m ³ = 1000 kgf 9.81 • Q is the force applied for a second
N = 9.8 / • Q • H • η,
Where
9.81 m / s ² - acceleration of a freely falling body;
Q is the flow rate of water, m ³ / s;
H - head, m;
η - efficiency

Мощность получаем в кВт. Power is obtained in kW.

Технико-экономическая эффективность выразится в использовании фактически готовой энергии экологически абсолютно чистым и дешевым способом. Feasibility is expressed in the use of virtually finished energy in an environmentally friendly and cheap way.

Claims

1. An energy-extracting pneumohydraulic turbine containing an axial propeller impeller installed in a housing with a guide and a suction apparatus, characterized in that it is provided with a cylindrical housing made with a lower closed part, when using a turbine on land or with a lower open part, when using a turbine in a reservoir, while the turbine housing is located in a cylindrical housing with a gap between their walls and lower parts.

2. The turbine according to claim 1, characterized in that the cylindrical casing is connected to a solar collector or other source of hot water, and the suction apparatus is equipped with an annular distributor of compressed air connected through a thermally insulated system to a source of compressed air.