RU2361157C2 - Power cascade of vortex chambers - Google Patents

Power cascade of vortex chambers Download PDF

Info

Publication number
RU2361157C2
RU2361157C2 RU2007127067/06A RU2007127067A RU2361157C2 RU 2361157 C2 RU2361157 C2 RU 2361157C2 RU 2007127067/06 A RU2007127067/06 A RU 2007127067/06A RU 2007127067 A RU2007127067 A RU 2007127067A RU 2361157 C2 RU2361157 C2 RU 2361157C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
airflow
vortex chamber
vortex
tangential
Prior art date
Application number
RU2007127067/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007127067A (en
Inventor
Альберт Николаевич Никитин (RU)
Альберт Николаевич Никитин
Алим Иванович Чабанов (UA)
Алим Иванович Чабанов
Владислав Алимович Чабанов (RU)
Владислав Алимович Чабанов
Александр Алексеевич Соловьев (RU)
Александр Алексеевич Соловьев
Original Assignee
Автономная некоммерческая научная организация "Международный институт ноосферных технологий" (АННО МИНТ)
Закрытое Акционерное Общество Международная Гелиоэнергетическая Компания "Интергелиоэкогалактика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Автономная некоммерческая научная организация "Международный институт ноосферных технологий" (АННО МИНТ), Закрытое Акционерное Общество Международная Гелиоэнергетическая Компания "Интергелиоэкогалактика" filed Critical Автономная некоммерческая научная организация "Международный институт ноосферных технологий" (АННО МИНТ)
Priority to RU2007127067/06A priority Critical patent/RU2361157C2/en
Publication of RU2007127067A publication Critical patent/RU2007127067A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2361157C2 publication Critical patent/RU2361157C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: invention relates to solar power engineering, namely, to that field of it which generates electric and thermal power, solar energy making an initial power source. The proposed power cascade incorporates two vortex chambers mounted one above the other. Every vortex chamber comprises power-conversion modules of helio-aerobaric thermal electric power station wherein wind turbine is driven by the central power airflow with rotary tornado-shaped trajectory. It comprises also air-swirling accelerating cylinder with its side surface diametre equal to that of pre-turbine accelerating shaft wherein previously mentioned central power airflow is created with the rotary-translating trajectory. It includes the accelerating cylinder top and bottom bases made in heat-insulation material and representing lower and upper covers tightly jointed to the said cylinder. It comprises, further on, air-swirling air ducts connected, along the tangential line to aforesaid side cylindrical surface and/or to one of the covers. The ducts allow airflow to flow there through with rotation about the central axis; the airflow can be a heat carrier. The station comprises the vertical cylindrical air offtake with its diametre smaller than that of the side cylindrical surface of vortex chamber fixed at the upper cover in symmetry with the axis. Airflow is tangentially fed from the first into second vortex chamber by direct-flow air ducts, connected tangentially, via air-swirling inlets arranged in one of aforesaid covers and/o in its side cylindrical surface. The second vortex chamber features the rotary airflow tangential speed increased several times. High-speed heated airflow with rotary-translating trajectory flows upward from the second vortex chamber, via the air offtake cylinder, and features high kinetic energy sufficient to drive wind turbine at rated torque. Aforesaid accelerating shaft can accommodate a larger number of vortex chambers connected consecutively with respect to the said central airflow to make its tangential speed, at turbine intake, reaches 150 to 200 m/s. Cold airflow flowing downward along the central axis is heated by hot heat carrier at the vortex chamber bottom.
EFFECT: proposed power cascade can be used as low-cost heat recovery plant to be used at metallurgical works with major heat losses.
2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области гелиоэнергетики, а именно к тому ее разделу, где производятся как товарные продукты совместно электрическая и тепловая энергии с использованием для этого в качестве источников исходной энергии одновременно ряд компонент солнечной энергии, которые технологически переводятся в потоки нагреваемого последними текучего теплоносителя, преобразуемые во вращательно-поступательное вихревое движение центрального энергетического воздухопотока, приводящего во вращение ветротурбину с электрогенератором.The present invention relates to the field of solar energy, and in particular to its section where jointly produced electric and thermal energy are produced as commodity products, using for this purpose as a source of initial energy a number of solar energy components that are technologically converted into the fluxes of the last heated heat carrier, which are converted into the rotational-translational vortex motion of the central energy air flow, which rotates a wind turbine with an electric generator a radiator.

Известны гелиоэнергетические комплексы, получившие название гелиоаэробарических теплоэлектростанций (ГАБ ТЭС), в которых одновременно используются прямая солнечная радиация и отраженные солнечные лучи, энергия естественного ветра, влажность энергетического воздухопотока и фазовые преобразования воды, перепад давления в окружающей атмосфере и ряд других проявлений солнечной энергии, применение которых, в частности, в виде тепловой энергии приводит к созданию технологического воздухопотока с вращательно-поступательной вихревой траекторией движения для привода ветротурбины (см. патенты Российской Федерации: №2199703 «Энергетический комплекс», F24J 2/42, опубл. 27.02.2003 г.; №2200915 «Способ создания мощных гелиоэнергоустановок», F24J 2/42, опубл. 20.03.2003 г.). В этих патентных материалах впервые применена и новая для гелиоэнергетики терминология: «гелиоаэробарическая теплоэлектростанция», «гелиопреобразующее пространство», «ветронаправляющее пространство» и ряд других, специфичных для техники ГАБ ТЭС.There are known solar energy complexes, called solar thermal power plants (GAB TPP), which simultaneously use direct solar radiation and reflected sunlight, natural wind energy, humidity of air energy flow and phase transformations of water, pressure drop in the atmosphere and a number of other manifestations of solar energy, application which, in particular, in the form of thermal energy leads to the creation of a technological airflow with a rotational-translational vortex a motion path for driving a wind turbine (see patents of the Russian Federation: No. 2199703 “Energy complex”, F24J 2/42, publ. 02/27/2003; No. 2200915 “A way to create powerful solar energy installations”, F24J 2/42, publ. 20.03. 2003). For the first time, in these patent materials, a terminology new for solar energy was applied: “solar-aerobaric thermal power plant”, “solar-converting space”, “wind-guiding space” and a number of others specific for the GAB TPP technique.

Технические решения согласно указанным патентам позволяют использовать целый ряд компонент солнечной энергии с преобразованием их в энергию вращательно-поступательного вихревого движения (смерчеобразного движения) центрального энергетического воздухопотока. Последний приводит во вращение ветротурбину с присоединенным к ней электрогенератором. Применены мощные аккумуляторы тепловой энергии, полученной от теплопреобразований солнечной энергии, которые позволяют обеспечивать устойчивое производство товарной энергии равномерно в течение всего года. Ветротурбины, разработанные для таких ГАБ ТЭС, имеют специальные формы лопастей, приспособленные для преобразования с высоким КПД энергии вращательно-поступательного движения центрального энергетического воздухопотока в механическую энергию вращения электрогенератора. Каждая из указанных ГАБ ТЭС в обобщенной компоновке содержит технологический центр, где размещаются машинный зал, ветровоздухозаборный канал с ветровоздухонаправляющими поверхностями и проемами, посредством которых входящие ветер и воздух закручиваются и, вращаясь, продвигаются к центральной оси ГАБ ТЭС, канал преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока, содержащий энергопреобразующие модули со встроенными теплопередающими элементами, подключенными к источникам нагретого текучего теплоносителя, и воздухонаправляющими аэродинамическими элементами, ветротурбину и воздухоотводящий канал, состоящий из невысокого участка стационарной тяговой трубы и управляемой аэротермодинамической надстройки к ней значительно большей высоты. От технологического центра, примерно в радиальных направлениях, расходятся 5-8 штук высоких ветронаправляющих энергетических пространств (узких, вытянутых в длину), в которых внутри встроены гелиотеплопреобразующие сооружения, куда поступает прямая солнечная радиация и отраженные солнечные лучи, направляемые специальными поворотными или статическими лучеотражающими панелями. Кроме того, между ветронаправляющими энергетическими пространствами размещены поле горизонтальных гелиотеплопреобразователей и один или несколько теплоаккумуляторов, от которых потоки нагретого текучего теплоносителя поступают в технологический центр.Technical solutions according to these patents allow the use of a number of solar energy components with their conversion into rotational-translational vortex (tornado-like) energy of the central energy air flow. The latter drives a wind turbine with an electric generator connected to it. Powerful accumulators of thermal energy obtained from heat conversions of solar energy are used, which allow for stable production of commercial energy evenly throughout the year. The wind turbines developed for such GAB TPPs have special blade shapes adapted to convert with high efficiency the energy of the rotational-translational motion of the central energy flow into the mechanical energy of rotation of the generator. Each of these GAB TPPs in a generalized layout contains a technological center where a machine room, a wind-intake duct with wind-air-guiding surfaces and openings are located, by means of which incoming wind and air are twisted and rotated to advance to the central axis of the GAB TPP, a channel for converting and increasing the power of the central energy an air stream containing energy converting modules with integrated heat transfer elements connected to sources of heated fluid heat carrier la, and aerodynamic air guide elements, and wind turbine Air Release channel consisting of a low portion of the stationary pipe and controlled traction aerothermodynamic superstructure thereto considerably greater height. From the technological center, approximately in radial directions, 5-8 pieces of high wind-guiding energy spaces (narrow, elongated in length) diverge, in which there are built-in solar thermal converters, which receive direct solar radiation and reflected sunlight, guided by special rotary or static ray-reflecting panels . In addition, between the wind-guiding energy spaces there is a field of horizontal solar heat converters and one or more heat accumulators, from which flows of heated fluid heat carrier enter the technological center.

Такая компоновка описана авторами также в патентах ЕАПВ, см., например, Евразийский патент №007635 «Гелиоветроэнергетический комплекс» от 29.12.2006 г.This arrangement is also described by the authors in the EAPO patents, see, for example, Eurasian patent No. 007635 "Solar-energy complex" dated December 29, 2006.

Техника и технология создания вращательно-поступательного вихревого движения центрального энергетического воздухопотока разработаны для ГАБ ТЭС в патенте РФ №2265161 «Способ преобразования солнечной энергии» (F24J 2/42, 2/00, опубл. 27.11.2005 г.), а применения прямых и отраженных солнечных лучей с высокоэффективной двухуровневой системой гелиоконцентрации - в патенте РФ №2267061 «Способ термопреобразования солнечной энергии» (F24J 2/42, 2/15, 2/18, опубл. 27.12.2005 г.). Применение в мощных теплоаккумуляторах сыпучих материалов и транспортируемого текучего теплоносителя (в данном случае воздуха, хотя могут быть применены и специальные газы, жидкости и даже вода) разработано в патенте РФ №2199023 «Ветроэнергетический комплекс» (F03D 9/00, F24J 2/42, опубл. 20.02.2003 г.). Создание вихревых потоков в гелиотеплоэлектростанциях и в ветроэлектроагрегатах описано также в патентах Российской Федерации, например, см. патент РФ «Тепловихревая электростанция» (№2070660, 6F03D 3/04, опубл. 20.12.1996 г.), «Ветроэнергетическая установка напорно-вытяжного действия с системой местного форсирования скорости ветра» (№2101556, 6F03D 3/04, опубл. 10.01.1998 г.). Кроме того, известны конструкции вихревых камер, которые используются для создания вращательно-поступательного движения воздухопотока с высокой тангенциальной скоростью (см., например, книгу Смульского И.И. «Аэродинамика и процессы в вихревых камерах». В.О. «Наука», г.Новосибирск, 1992.), что в ряде исполнений ГАБ ТЭС применено для наращивания скорости центрального энергетического воздухопотока.The technique and technology for creating rotational-translational vortex motion of the central energy airflow were developed for the GAB TPP in RF patent No. 2265161 "Method for converting solar energy" (F24J 2/42, 2/00, published on November 27, 2005), and the use of direct and reflected sunlight with a highly efficient two-level helioconcentration system - in RF patent No. 2267061 "Method for the thermal conversion of solar energy" (F24J 2/42, 2/15, 2/18, published on December 27, 2005). The use of bulk materials and transported fluid coolant (in this case, air, although special gases, liquids, and even water) are used in powerful heat accumulators is developed in RF patent No. 2199023 “Wind energy complex” (F03D 9/00, F24J 2/42, published on February 20, 2003). The creation of vortex flows in solar thermal power stations and wind turbines is also described in patents of the Russian Federation, for example, see RF patent “Thermal vortex power plant” (No. 2070660, 6F03D 3/04, publ. 12/20/1996), “Pressure and exhaust wind power installation with a system of local acceleration of wind speed ”(No. 2101556, 6F03D 3/04, publ. 10.01.1998). In addition, the known design of the vortex chambers that are used to create rotational-translational motion of the air flow with a high tangential velocity (see, for example, I. I. Smulsky’s book “Aerodynamics and processes in vortex chambers.” V.O. “Science”, Novosibirsk, 1992.), which in a number of versions of the GAB TPP is used to increase the speed of the central energy air flow.

Для серийной типовой ГАБ ТЭС в этом плане требуется дальнейшая разработка энергопреобразующих модулей и теплообменных, а также теплопередающих аппаратов в них совместно с каналом вращательно-поступательного движения центрального энергетического воздухопотока и ветровоздухозаборного канала с термоаэродинамическими направляющими поверхностями.In this regard, the serial standard GAB TPP requires the further development of energy-converting modules and heat exchangers, as well as heat transfer devices in them, together with a channel for rotational-translational motion of the central energy air flow and wind-and-air intake channel with thermo-aerodynamic guide surfaces.

Кроме того, необходимо применение в конструктивных взаимосвязях дополнительных источников энергии вращательного движения в ГАБ ТЭС, что обеспечит повышение их надежности. В частности, по меньшей мере, один из дополнительных источников энергии центрального энергетического воздухопотока, совмещающий функции теплопередающих термодинамических элементов и аэродинамических направляющих поверхностей, выполнен в определенных исполнениях ГАБ ТЭС в виде упомянутой вихревой камеры, варианты конструкции которой известны и в подробных описаниях не нуждаются.In addition, it is necessary to use additional sources of energy of rotational motion in the structural design of thermal power plants in structural relationships, which will increase their reliability. In particular, at least one of the additional energy sources of the central energy air flow, combining the functions of heat transfer thermodynamic elements and aerodynamic guide surfaces, is made in certain versions of the GAB TPP in the form of the above-mentioned vortex chamber, the design options of which are known and do not require detailed descriptions.

Особенностью настоящего предлагаемого изобретения является применение в качестве энергопреобразующих модулей (в технологическом центре ГАБ ТЭС, а именно в ее канале термоаэродинамического преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока, выполняющего функции разгонной шахты последнего, которая образована перед ветротурбиной) вихревых камер, которые, преимущественно, содержат разгонный цилиндр с гладкой внутренней цилиндрической поверхностью, к которому закреплены плоские крышки, в виде его днищ, потолков или оснований, изготовленные с использованием теплоизолирующего материла с антифрикционными покрытиями их внутренних поверхностей; средства тангенциального ввода в его внутреннюю полость внешнего воздухопотока, источником которого являются внешние воздушные магистрали с небольшим избыточным (относительно атмосферного) давлением; воздухоотводящий теплоизолированный цилиндр со значительно меньшим диаметром, чем у боковой периферийной цилиндрической поверхности. Такая конструкция является типичной для вихревых камер, детальные исследования которых приведены в упомянутой выше книге И.И.Смульского.A feature of the present invention is the use of energy-converting modules (in the technological center of the GAB TPP, namely in its channel for thermo-aerodynamic conversion and increasing the power of the central energy air flow, which functions as the accelerating shaft of the latter, which is formed in front of the wind turbine) of vortex chambers, which mainly contain an accelerating cylinder with a smooth inner cylindrical surface to which flat caps are fixed, in the form of its bottoms, sects or bases made using the heat insulating mater with antifriction coatings their inner surfaces; means of tangential input into its internal cavity of the external air flow, the source of which is external air lines with a small excess (relative to atmospheric) pressure; an air-venting heat-insulated cylinder with a significantly smaller diameter than that of a peripheral lateral cylindrical surface. This design is typical of vortex chambers, detailed studies of which are given in the aforementioned book by I.I.Smulsky.

В вихревой камере, на основе закона сохранения количества движения вращающегося воздухопотока, вводимого в нее у боковой периферии посредством тангенциальных воздухоподводов, значительно нарастает тангенциальная скорость вращения внутренней воздушной среды по мере уменьшения ее радиуса относительно центральной оси.In the vortex chamber, on the basis of the law of conservation of the momentum of the rotating air flow introduced into it at the lateral periphery by means of tangential air inlets, the tangential speed of rotation of the internal air medium increases significantly as its radius decreases relative to the central axis.

Тангенциальная скорость вращающегося воздуха в вихревой камере достигает своего максимума, преимущественно, вблизи внутренней поверхности воздухоотводящего цилиндра, через который нагретый кольцеобразный вращающийся воздухоток поднимается вверх. При этом величина тангенциальной скорости вращающейся воздушной среды в вихревой камере, пройдя максимум, быстро снижается в направлении приближения его к центральной оси. Непосредственно у последней образуется область пониженного давления, даже вакуумная область, малого радиуса с опускающимся в ней потоком холодного воздуха, который необходимо нагревать у днищ вихревых камер за счет подведения к ним тепловой энергии внешнего теплоносителя. В этом случае кинетическая энергия высокоскоростного вращающегося воздухопотока в вихревых камерах может быть эффективно использована.The tangential velocity of the rotating air in the vortex chamber reaches its maximum, mainly, near the inner surface of the exhaust cylinder through which the heated annular rotating air stream rises. In this case, the tangential velocity of the rotating air in the vortex chamber, having passed the maximum, rapidly decreases in the direction of approaching it to the central axis. Directly at the latter, a region of reduced pressure is formed, even a vacuum region, of small radius with a stream of cold air falling in it, which must be heated near the bottoms of the vortex chambers by supplying them with the thermal energy of an external coolant. In this case, the kinetic energy of the high-speed rotating airflow in the vortex chambers can be effectively used.

Цель предлагаемого изобретения заключается в том, чтобы использовать в соответствующем конструктивном исполнении идею вихревой камеры для получения мощного вращательно-поступательного (вверх) вихревого энергетического воздухопотока в разгонной шахте ГАБ ТЭС. Как известно, в ГАБ ТЭС для наращивания вихревой скорости вводимого в разгонную шахту извне вращающегося воздухопотока используются направляющие (завихряющие) пластины, ориентированные в разгонной шахте в радиальных направлениях и выполненные в виде аэродинамических профилей с воздуховыпускными отверстиями, в которые поступает нагретый (солнечной энергией) воздушный теплоноситель. Такие профили, в том числе за счет вертикальной скорости центрального энергетического воздухопотока, эффективно создают его вихревое движение. Однако указанные профили требуют высококачественной обработки в виде полированных поверхностей для снижения силы трения проходящего и завихряющегося через них воздухопотока. Потери на трение в этих профилях являются значительными и потому температура и скорость выпускаемого из них воздушного теплоносителя являются весьма существенными с точки зрения затрат тепловой и механической (то есть в итоге электрической) энергий.The purpose of the invention is to use in the appropriate design the idea of a vortex chamber to obtain a powerful rotational-translational (upward) vortex energy flow in the accelerating shaft of the GAB TPP. As is known, in the GAB TPP, to increase the vortex speed of the rotating air flow introduced into the accelerating shaft from the outside, guiding (swirling) plates are used, oriented in the accelerating shaft in radial directions and made in the form of aerodynamic profiles with air outlets into which heated (solar energy) air enters coolant. Such profiles, including due to the vertical velocity of the central energy air flow, effectively create its vortex motion. However, these profiles require high-quality processing in the form of polished surfaces to reduce the friction force of the air flow passing and swirling through them. The friction losses in these profiles are significant and therefore the temperature and speed of the air coolant discharged from them are very significant from the point of view of the cost of thermal and mechanical (i.e., ultimately electrical) energies.

В вихревой же камере для наращивания тангенциальной скорости ее внутренней среды таких профилей не требуется, а процесс ускорения вращения осуществляется благодаря известному закону сохранения количества движения воздушной массы вокруг геометрического центра по мере уменьшения радиуса вращательного движения.In the vortex chamber, to increase the tangential velocity of its internal medium, such profiles are not required, and the process of accelerating rotation is carried out thanks to the well-known law of conservation of the momentum of the air mass around the geometric center as the radius of the rotational movement decreases.

Задачей предлагаемого изобретения является не только применение вихревых камер для гелиоэнергетических систем, а и наиболее эффективное максимально возможное наращивание кинетической энергии вращающегося воздухопотока, поднимающегося через воздухоотводящий цилиндр вихревой камеры. Для решения такой задачи предметом настоящего предлагаемого изобретения является создание каскадов из нескольких последовательно соединенных вихревых камер, конструкция которых была бы приспособлена для встройки в разгонную шахту ГАБ ТЭС (или в энергетические воздухопотоки гелиоэнергетических систем других типов).The objective of the invention is not only the use of vortex chambers for solar energy systems, but also the most effective maximum possible increase in the kinetic energy of a rotating air stream rising through the air outlet cylinder of the vortex chamber. To solve this problem, the subject of the present invention is the creation of cascades of several series-connected vortex chambers, the design of which would be suitable for installation in the accelerating shaft of the GAB TPP (or in the energy air flows of other types of solar energy systems).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание такого каскада на примере применения двух вихревых камер (нижней и верхней), при котором высокоскоростной воздухопоток из нижней вихревой камеры поступает для последующего ускорения во вторую с помощью специальных воздухоотводов, в которых кинетическая энергия вращающегося воздухопотока, поступающего в верхнюю вихревую камеру снизу, практически не уменьшается, благодаря тангенциальному присоединению линейных (не вращающихся) воздухопотоков расчетного сечения, без наращивания внутреннего объема воздухоотводов, которое повлекло бы снижение кинетической энергии воздухопотока перед входом во вторую вихревую камеру, с последующим завихрением в ней. При этом, чтобы опускающийся в приосевой вакуумной области холодный воздухопоток существенно не снижал кинетическую энергию и температуру поднимающегося вверх, кольцеобразного в поперечном сечении, нагретого вращающегося с высокой скоростью воздухопотока, в центральной части днищ вихревых камер создается воздушная теплопроводная полость для прохождения в ней внешнего горячего теплоносителя.The technical result of the invention is the creation of such a cascade using two vortex chambers (lower and upper) as an example, in which a high-speed air stream from the lower vortex chamber is supplied for subsequent acceleration to the second using special air vents, in which the kinetic energy of the rotating air stream entering the upper vortex the chamber from below, practically does not decrease, thanks to the tangential connection of linear (non-rotating) air flows of the calculated cross section, without Duct increase the internal volume, which would entail a reduction in the kinetic energy of airflow before entering into the second vortex chamber, followed by a twist in it. In this case, so that the cold air flow descending in the axial vacuum region does not significantly reduce the kinetic energy and temperature of the rising, ring-shaped in cross section, heated air stream rotating at a high speed, an air heat-conducting cavity is created in the central part of the bottoms of the vortex chambers for the passage of an external hot coolant .

В этом случае, как и при ударении о поверхность Земли ядра естественного смерча, опускающийся холодный воздухопоток, взаимодействуя с нагретой поверхностью, выполненной в форме усеченного конуса, нагревается и, упруго отражаясь от нее, согласованно смешивается с высокоскоростным вращающимся нагретым воздухопотоком, поднимающимся вдоль наклонных поверхностей, созданных указанной нагреваемой воздушной полостью. Последняя при этом имеет расчетную высоту и форму и может выполняться также и в принципиально иных конструктивных формах, например, с применением нагреваемых теплоносителем вертикальных труб, составляющих цилиндрообразный щелевой нагреватель, расположенный с заданным диаметром в центре вихревых камер, в их приосевой вакуумной области.In this case, as with a natural tornado core striking the Earth’s surface, the falling cold air stream, interacting with a heated surface made in the shape of a truncated cone, heats up and, being elastically reflected from it, mixes harmoniously with a high-speed rotating heated air stream rising along inclined surfaces created by the specified heated air cavity. The latter at the same time has a calculated height and shape and can also be performed in fundamentally different structural forms, for example, using vertical pipes heated by a coolant that make up a cylindrical slotted heater located with a given diameter in the center of the vortex chambers in their axial vacuum region.

Частными техническими результатами технического решения согласно настоящему предлагаемому изобретению являются повышение коэффициента использования солнечной энергии в тепловой форме, поступающей на территорию гелиотеплоэлектростанции, снижение затрат на изготовление разгонной шахты технологического центра из-за исключения из нее основного объема дорогостоящих воздухонаправляющих профилей и, как следствие этого, снижение себестоимости гелиотеплоэлектростанции (в том числе ГАБ ТЭС) и повышение ее конкурентоспособности.Particular technical results of the technical solution according to the present invention are to increase the utilization of solar energy in thermal form entering the territory of the solar thermal power station, reduce the cost of manufacturing the accelerating shaft of the technological center due to the exclusion of the main volume of expensive air guide profiles from it, and, as a result, decrease the cost of solar thermal power plants (including the GAB TPP) and increasing its competitiveness.

Указанный технический результат достигается тем, что энергетический каскад вихревых камер, предназначенный для встройки в технологический центр ГАБ ТЭС и содержащий, по меньшей мере, две вихревые камеры, в том числе нижнюю и установленную над ней верхнюю с общей центральной осью симметрии, каждая из которых включает в себя плоский цилиндр с гладкой цилиндрической боковой поверхностью, нижним и верхним герметично закрепленными основаниями, выполненными в виде кругов с применением теплоизолирующего материала в качестве их верхней и нижней крышек (с потолков и днищ) и минимальным коэффициентом трения относительно движущегося воздухопотока, при этом к его цилиндрической боковой поверхности и/или к днищу подсоединены, по меньше мере, два тангенциальных боковых ввода воздухопотоков в качестве теплоносителей от напорных вентиляторов, установленных снаружи, а на верхних крышках каждой из вихревых камер закреплены симметрично относительно центральной оси по одному вертикальному цилиндрическому воздухоотводу значительно меньшего диаметра относительно их цилиндрических боковых поверхностей, при этом тангенциальные боковые вводы от указанных напорных вентиляторов создают в направлении от цилиндрических боковых поверхностей к центральной оси радиальный и одновременно с вращательной траекторией движущийся вокруг центральной оси поток внутренней воздушной среды с нарастающей тангенциальной скоростью до определенного максимума по мере приближения к центральной оси, имеет отличия в том, что вертикальный цилиндрический воздухоотвод первой вихревой камеры накрыт воздухонепроницаемой теплоизолирующей крышкой, под которой тангенциально подключены к внутренней полости последнего тангенциальные трубные воздухоотводы, присоединенные своими вторыми концами к внутренней полости второй вихревой камеры через тангенциальные проемы посредством ее нижнего основания - крышки у боковой цилиндрической поверхности так, что подводимый воздухопоток из первой вихревой камеры создает вращение внутренней воздушной среды во второй вихревой камере, а вращающийся воздухопоток, вводимый в последнюю от напорных вентиляторов (и/или под напором внешнего ветропотока) через завихряющие вводы ее боковой цилиндрической поверхности, складывается с вращающимся в ту же сторону воздухопотоком, вводимым снизу через ее нижнюю крышку, в результате чего поднимающийся вверх суммарный воздухопоток с помощью ее цилиндрического воздухоотвода приобретает приращение тангенциальной и осевой скоростей и кинетической энергии, при этом в центральной части, по меньшей мере, одной из нижних крышек обеих вихревых камер, на пути вращающегося воздухопотока, размещены наклонные нагреваемые теплопроводные поверхности, выполненные в виде боковых сторон созданной воздухонаполненной полости, через которые протекает горячий текучий теплоноситель, подводимый от стороннего источника тепловой энергии, в частности, от нагретых солнцем гелиотеплопреобразователей, установленных на территории гелиотеплоэлектростанции, например ГАБ ТЭС, и/или от теплогенерирующих технологических средств экзотермических производств, в частности цехов горячей обработки металла в металлургии.The specified technical result is achieved by the fact that the energy cascade of vortex chambers is designed to be installed in the technological center of the GAB TPP and contains at least two vortex chambers, including the lower one and the upper one mounted above it with a common central axis of symmetry, each of which includes a flat cylinder with a smooth cylindrical lateral surface, lower and upper hermetically fixed bases made in the form of circles using heat-insulating material as their upper and lower lids (from ceilings and bottoms) and a minimum coefficient of friction with respect to the moving air stream, while at least two tangential lateral inlets of the air flows are connected to its cylindrical side surface and / or bottom as heat carriers from pressure fans installed externally, and on the top covers of each of the vortex chambers are fixed symmetrically with respect to the central axis along one vertical cylindrical air outlet of a much smaller diameter relative to their cylindrical besides, tangential lateral inlets from the indicated pressure fans create in the direction from cylindrical lateral surfaces to the central axis a radial and simultaneously with a rotary trajectory moving around the central axis the flow of internal air with increasing tangential speed to a certain maximum as it approaches the central axis, has the difference that the vertical cylindrical air outlet of the first vortex chamber is covered with an airtight heat-insulating with a small scaffold under which tangential pipe air outlets tangentially connected to the inner cavity of the latter are connected with their second ends to the inner cavity of the second vortex chamber through the tangential openings by means of its lower base - a cover at the lateral cylindrical surface so that the supplied air stream from the first vortex chamber creates rotation of the internal air medium in the second vortex chamber, and a rotating air stream introduced into the latter from pressure fans (and / or under the pressure of an external wind flow) through the swirling inputs of its lateral cylindrical surface, is added up with the air flow rotating in the same direction, introduced from the bottom through its lower cover, as a result of which the total air flow rising upward with the help of its cylindrical air outlet acquires an increment of tangential and axial velocities and kinetic energy, while in the central part of at least one of the lower covers of both vortex chambers, inclined heated heat-conducting conductors are placed on the path of the rotating air flow surfaces made in the form of the sides of the created air-filled cavity through which a hot fluid coolant flows from an external source of thermal energy, in particular, from solar-heated solar heat converters installed on the territory of a solar thermal power plant, for example, GAB TPP, and / or from heat-generating technological means of exothermic industries, in particular workshops for hot metal processing in metallurgy.

Более детальное пояснение указанного технического решения изложено ниже с помощью следующих чертежей:A more detailed explanation of the specified technical solution is described below using the following drawings:

- на Фиг.1 представлена принципиальная схема вихревой камеры в одном из ее конструктивно-технологических вариантов: а) вид в плане; б) вид сбоку.- figure 1 presents a schematic diagram of a vortex chamber in one of its structural and technological options: a) plan view; b) side view.

- на Фиг.2 представлена структура энергетического каскада двух вихревых камер как один из вариантов его реализации.- figure 2 presents the structure of the energy cascade of two vortex chambers as one of the options for its implementation.

Вихревая камера (Фиг.1), охватывающая центральную вертикальную ось 1, содержит боковую цилиндрическую поверхность 2(плоский цилиндр 2). Основания данного цилиндра 3 (нижнее) и 4 (верхнее) выполнены в виде плоских кругов из теплоизолирующего материала в качестве его нижней и верхней герметически стянутых крышек днища 3 и потолка 4. К боковой цилиндрической поверхности 2 присоединены в данном варианте четыре боковых тангенциальных ввода 5 воздухопотоков 6, которые поступают, в частности, от напорных вентиляторов (не показаны). Воздухопотоки 6 от последних поступают во внутреннюю герметизированную и теплоизолированную среду вихревой камеры через воздухозавихрительные проемы в цилиндрической поверхности 2, состыкованные с тангенциальными вводами 5 таким образом, что возникающий от этого воздухопоток 7 со скоростью V приобретает вращение у боковой поверхности внутренней среды вихревой камеры (вдоль боковой цилиндрической поверхности 2) с небольшим уклоном в сторону центральной оси 1. В результате этого воздухопоток 7, вращаясь вокруг последней, постепенно приближается к центру, имея как тангенциальную скорость V, так и относительно небольшую радиальную скорость. В соответствии с законом сохранения количества движения, проявляющемся в соотношении V·R=V1·R1, где R - радиус боковой цилиндрической поверхности, a R1 - радиус максимального значения V1 тангенциальной скорости. Вращающийся воздушный поток во внутренней полости вихревой камеры увеличивает свою скорость, при этом V1>>V. Тангенциальная скорость в последней нарастает обратно пропорционально величине радиуса до некоторого максимального значения V1, после достижения которой она быстро снижается в направлении к центру, достигая нуля. Выход вращающегося воздухопотока V1 из вихревой камеры осуществляется через вертикальный воздухоотводящий цилиндр 8, закрепленный на ее верхней крышке 4 симметрично относительно оси 1, внутренний диаметр которого значительно меньше, чем внутренний диаметр бокового цилиндра 2. Высота воздухоотводящего цилиндра 8, преимущественно, превышает высоту внутренней полости вихревой камеры в 1,8 раза, а внутренний диаметр составляет (0,15÷0,3)·2R. Область максимального значения V1 тангенциальной скорости в большинстве случаев находится вблизи от внутренней поверхности воздухоотводящего цилиндра 8, в сторону к центральной оси 1. Таким образом, важным свойством вихревой камеры является увеличение тангенциальной скорости вращения воздухопотока 7 в направлении от боковой цилиндрической поверхности 2 к оси 1, в данном примере в 6 и более раз, в то время как от зоны ее максимума до оси 1 величина ее падает до нуля. Следовательно, воздух со скоростью V1 поднимается вверх через воздухоотводящий канал 8 соответствующим кольцеобразным потоком (в его поперечном сечении). Известно, что в приосевой области диаметром около 0,1·2R создается вакуумная среда и происходит опускание в вихревую камеру охлажденного воздухопотока (внутри упомянутого поднимающегося кольцеобразного воздухопотока). Задача настоящего предлагаемого изобретения заключается в том, чтобы так соединить вихревые камеры в единый воздухонаправляющий каскад из двух вихревых камер, когда можно было бы достигнуть увеличения скорости V нижней вихревой камеры в 30 и более раз при выходе воздухопотока из воздухоотводящего цилиндра 8 верхней вихревой камеры. В случае использования в каскаде трех вихревых камер увеличение скорости воздухопотока будет значительно большим. При таком увеличении скорости отходящего воздухопотока из верхней вихревой камеры его кинетическая энергия соответственно увеличивается. Необходимо иметь в виду, что воздухопоток 6 в одной или нескольких вихревых камерах может поступать не от напорных вентиляторов, а например, в результате подвода в область воздухозабора естественного ветра. Кроме того, тангенциальные вводы 5 воздухопотока 6 могут быть заменены проемами с воздухонаправляющими жалюзи, выполненными по всей периферии - боковой цилиндрической поверхности 2. В дополнение к этому следует иметь ввиду, что тангенциальные вводы воздухопотока 6 могут выполняться не в боковой цилиндрической поверхности 2, а в нижней крышке 3 или в верхней крышке 4 вблизи цилиндрической поверхности 2. В последнем случае будут иметь место не боковые, а торцевые тангенциальные вводы.The vortex chamber (Figure 1), covering the Central vertical axis 1, contains a lateral cylindrical surface 2 (flat cylinder 2). The bases of this cylinder 3 (lower) and 4 (upper) are made in the form of flat circles of heat-insulating material as its lower and upper hermetically tightened covers for the bottom 3 and ceiling 4. In this embodiment, four lateral tangential inlets 5 of the air flow are connected to the lateral cylindrical surface 2 6, which come, in particular, from pressure fans (not shown). The air flows 6 from the latter enter the internal sealed and thermally insulated medium of the vortex chamber through air-vortex openings in the cylindrical surface 2, joined with the tangential inlets 5 so that the resulting air stream 7 with speed V acquires rotation at the side surface of the internal medium of the vortex chamber (along the lateral a cylindrical surface 2) with a slight slope towards the central axis 1. As a result, the air flow 7, rotating around the latter, gradually approaches moves toward the center, having both the tangential velocity V and a relatively small radial velocity. In accordance with the law of conservation of momentum, manifested in the relation V · R = V 1 · R 1 , where R is the radius of the lateral cylindrical surface, and R 1 is the radius of the maximum value of V 1 of the tangential velocity. Rotating air flow in the inner cavity of the vortex chamber increases its speed, with V 1 >> V. The tangential velocity in the latter increases inversely with the radius to a certain maximum value of V 1 , after which it quickly decreases towards the center, reaching zero. The output of the rotating air stream V 1 from the vortex chamber is carried out through a vertical air exhaust cylinder 8, mounted on its upper cover 4 symmetrically with respect to axis 1, whose inner diameter is much smaller than the inner diameter of the side cylinder 2. The height of the air exhaust cylinder 8 mainly exceeds the height of the inner cavity the vortex chamber is 1.8 times, and the inner diameter is (0.15 ÷ 0.3) · 2R. The region of the maximum tangential velocity value V 1 is in most cases close to the inner surface of the exhaust cylinder 8, toward the central axis 1. Thus, an important property of the vortex chamber is an increase in the tangential velocity of the air flow 7 in the direction from the lateral cylindrical surface 2 to axis 1 , in this example, 6 or more times, while from the zone of its maximum to axis 1, its value drops to zero. Therefore, air with a speed of V 1 rises upward through the air exhaust channel 8 with the corresponding annular flow (in its cross section). It is known that a vacuum medium is created in the axial region with a diameter of about 0.1 · 2R and a cooled air stream is lowered into the vortex chamber (inside the mentioned rising ring-shaped air stream). The objective of the present invention is to connect the vortex chambers in a single air guide cascade of two vortex chambers, when it would be possible to achieve an increase in the speed V of the lower vortex chamber by 30 or more times when the air stream leaves the air exhaust cylinder 8 of the upper vortex chamber. If three vortex chambers are used in the cascade, the increase in airflow velocity will be much larger. With such an increase in the velocity of the outgoing air stream from the upper vortex chamber, its kinetic energy increases accordingly. It must be borne in mind that the airflow 6 in one or more of the vortex chambers may not come from pressure fans, but, for example, as a result of supplying natural wind to the intake area. In addition, the tangential inlets 5 of the air flow 6 can be replaced by openings with air guide louvers made along the entire periphery of the lateral cylindrical surface 2. In addition, it should be borne in mind that the tangential inlets of the air flow 6 can be performed not in the lateral cylindrical surface 2, but in the lower cover 3 or in the upper cover 4 near the cylindrical surface 2. In the latter case, there will be not lateral, but end tangential entries.

На Фиг.2 иллюстрируется один из вариантов соединения в энергетический каскад только двух вихревых камер - нижней и верхней с общей центральной осью 1. В данном варианте показано расположение двух вихревых камер, одна над другой, причем вращающийся воздухопоток V1, выходящий из нижней вихревой камеры через ее цилиндрический воздухоотвод 8, направляется по двум воздухоотводящим каналам-трубопроводам 9 (прямоточным, не кольцеобразным) к торцевому тангенциальному вводу верхней вихревой камеры через ее днище. Тем самым во внутреннюю полость верхней вихревой камеры входит воздухопоток теперь уже с линейной скоростью, равной по модулю величине V1, закручивается в ней в направлении, как это показано знаками (+), (·), благодаря завихряющим входным устройствам, и суммируется с воздухопотоком 6, входящим через боковую поверхность в эту верхнюю вихревую камеру. Скорость суммарного закрученного воздухопотока у периферии последней значительно превышает скорость V входного воздухопотока 6 от напорных вентиляторов первой вихревой камеры, и его тангенциальная скорость дополнительно и значительно увеличивается по мере уменьшения радиуса вращающегося воздухопотока. Суммарный высокоскоростной вращающийся воздухопоток с тангенциальной скоростью V2Σ поднимается вверх с определенной осевой скоростью через воздухоотводящий цилиндр 8 верхней вихревой камеры как выходной параметр энергетического каскада - вращающийся и поднимающийся вверх нагретый энергетический воздухопоток 10 со значительно увеличенной кинетической энергией.Figure 2 illustrates one of the options for connecting to the energy cascade of only two vortex chambers - the lower and upper with a common central axis 1. In this embodiment, the location of two vortex chambers is shown, one above the other, with a rotating air stream V 1 exiting the lower vortex chamber through its cylindrical air outlet 8, it is guided through two air outlet channels-pipelines 9 (straight-through, not ring-shaped) to the tangential end face of the upper vortex chamber through its bottom. Thus, the airflow now enters the internal cavity of the upper vortex chamber, now with a linear velocity equal to V 1 in absolute value, is twisted in it in the direction, as shown by the signs (+), (·), thanks to the swirling input devices, and is summed with the airflow 6, entering through the lateral surface into this upper vortex chamber. The speed of the total swirling airflow at the periphery of the latter significantly exceeds the speed V of the inlet airflow 6 from the pressure fans of the first vortex chamber, and its tangential speed additionally and significantly increases with decreasing radius of the rotating airflow. The total high-speed rotating air flow with a tangential velocity V 2Σ rises up with a certain axial speed through the air exhaust cylinder 8 of the upper vortex chamber as an output parameter of the energy cascade - a rotating and rising up heated energy air flow 10 with significantly increased kinetic energy.

Чтобы обеспечить отвод вращающегося воздухопотока из нижней вихревой камеры посредством линейных воздухопроводов 9, ее вертикальный цилиндрический воздухоотвод 8 накрыт воздухонепроницаемой теплоизолирующей крышкой 11, под которой и выполнено тангенциальное подсоединение трубопроводов 9 через цилиндрическую поверхность воздухоотвода 8. На схеме по Фиг.2 показано два тангенциальных прямоточных воздухоотвода 9, хотя в данном случае их оптимальное количество равно четырем. При этом вращающийся воздухопоток с тангенциальной скоростью V1 поступает из воздухоотвода 8 по направлению касательных к последнему в линейные воздухоотводы 9, вследствие чего в них линейная скорость воздухопотока сохраняется равной по модулю величине V1.To ensure the rotation of the rotary air flow from the lower vortex chamber through linear air ducts 9, its vertical cylindrical air vent 8 is covered with an airtight heat-insulating cover 11, under which the tangential connection of the pipelines 9 through the cylindrical surface of the air vent 8. is made. The diagram of FIG. 2 shows two tangential direct-flow ducts 9, although in this case their optimal number is four. In this case, the rotating air flow with a tangential velocity V 1 enters from the air outlet 8 in the direction of the tangents to the latter into the linear air vents 9, as a result of which the linear air flow velocity in them remains equal in magnitude to the value of V 1 .

Для повышения кинетической энергии выходного воздухопотока 10 на нижних крышках обеих вихревых камер устанавливаются дополнительные средства:To increase the kinetic energy of the output airflow 10, additional means are installed on the lower covers of both vortex chambers:

а) нагреваемые наклонные поверхности 12, сообщающие приращения тангенциальной скорости вращающегося воздухопотока за счет его дополнительного нагрева и осевой скорости за счет его отражения от наклонной конической поверхности;a) heated inclined surfaces 12, reporting increments of the tangential velocity of the rotating air flow due to its additional heating and axial velocity due to its reflection from the inclined conical surface;

(б) внутренняя полость 13 для подачи горячего текучего теплоносителя, образованная конической наклонной поверхностью 12, торцевым горизонтальным теплопроводным участком 14 и центральным участком 15 нижней крышки 3;(b) an internal cavity 13 for supplying a hot fluid coolant formed by a conical inclined surface 12, an end horizontal heat-conducting section 14 and a central section 15 of the lower cover 3;

в) каналы 16, 17 соответственно для подачи и отвода текучего горячего теплоносителя, условно показанного стрелкой 18.c) channels 16, 17, respectively, for supplying and discharging a fluid hot coolant, conventionally shown by arrow 18.

Если назначение энергетического каскада вихревых камер ориентировано на использование в гелиоэнергетике, в частности в технологическом центре ГАБ ТЭС, источником нагрева (горячего) теплоносителя является энергия солнечных лучей, которая преобразуется в тепловую энергию посредством гелиотеплопреобразователей, установленных на территории гелиотеплоэлектростанции.If the purpose of the energy cascade of vortex chambers is focused on the use in solar energy, in particular in the technological center of the GAB TPP, the source of heating (hot) coolant is the energy of sunlight, which is converted into thermal energy through solar heat converters installed on the territory of the solar thermal power station.

Устройство нагрева воздухопотока в центре днищ 3 обеих вихревых камер с наклонными поверхностями 12 может дополнительно содержать в различных исполнениях предлагаемого изобретения:The device for heating the air flow in the center of the bottoms 3 of both vortex chambers with inclined surfaces 12 may additionally contain in various versions of the invention:

а) различные перегородки во внутренней полости 13 данного устройства;a) various partitions in the internal cavity 13 of this device;

б) трубный теплообменник, смонтированный на горизонтальной 14 и/или наклонных 12 поверхностях, выполненный в виде одного или нескольких вертикальных трубных коллекторов в пределах высоты вихревой камеры или воздухоотводящего цилиндра 8, где циркулирует текучий теплоноситель с помощью потоков 18 последнего;b) a pipe heat exchanger mounted on a horizontal 14 and / or inclined 12 surfaces, made in the form of one or more vertical pipe manifolds within the height of the vortex chamber or air exhaust cylinder 8, where the fluid is circulated using flows 18 of the latter;

в) замкнутое углубление в центре днищ для развития устройства нагрева вниз с целью создания большего объема для нагрева, в том числе для нагрева упомянутого выше нисходящего хладопотока в приосевой вакуумной зоне.c) a closed recess in the center of the bottoms for the development of the heating device down to create a larger volume for heating, including for heating the aforementioned downward cold flow in the axial vacuum zone.

Предложенный энергетический каскад вихревых камер предназначен не только для установки в технологических процессах гелиоэлектростанций, но может быть применен, практически, в приведенном исполнении для другого, особо ценного назначения, а именно для высокотемпературных экзотермических производств, в частности, где имеются высокотемпературные воздушные, дымовые и жидкие отходы производства. К предложенному каскаду над верхней вихревой камерой, в области суммарного воздухопотока 10 (V2Σ), достаточно пристроить турбину с электрогенератором, и высокоэффективный энергетический комплекс утилизации тепловых отходов действующих производств, практически, готов. Совместное использование гелиоэнергетики (развитых кровель цехов действующих горячих производств для гелиотеплопреобразователей), естественного ветра V0, складывающегося с воздухопотоком 10, и комплексов генерации тепловых потерь делает энергетический каскад согласно настоящему предлагаемому изобретению еще более эффективным. Для среднего металлургического предприятия это означает окупаемость каскада в течение трех месяцев и весьма крупный годовой экономический эффект.The proposed energy cascade of vortex chambers is intended not only for installation in technological processes of solar power plants, but can be applied practically in the above version for other, especially valuable purposes, namely, for high-temperature exothermic plants, in particular, where there are high-temperature air, smoke and liquid waste production. It’s enough to attach a turbine with an electric generator to the proposed cascade above the upper vortex chamber, in the region of the total airflow 10 (V 2Σ ), and the highly efficient energy complex for utilizing thermal waste from existing plants is practically ready. The combined use of solar energy (developed roofs of the workshops of the existing hot industries for solar heat converters), natural wind V 0 , folding with airflow 10, and heat loss generation complexes makes the energy cascade according to the present invention even more effective. For an average metallurgical enterprise, this means a cascade payback within three months and a very large annual economic effect.

Энергетический каскад вихревых камер согласно настоящему предлагаемому изобретению работает следующим образом.The energy cascade of the vortex chambers according to the present invention works as follows.

Воздухопоток 6 от внешнего источника нагретого воздуха, в частности от выхода вентиляционных систем бытовых или производственных помещений, которые содержат внутри источники тепловых потерь, поступает через завихряющие устройства (например, устройства 5 по Фиг.1) в нижнюю вихревую камеру через ее цилиндрическую боковую поверхность 2 и закручивается вдоль последней в направлении, указанном условными обозначениями. Этот закрученный воздухопоток ускоряется во вращательном движении по мере его приближения к центру. Его максимальная тангенциальная скорость V1 может превышать тангенциальную скорость V входной закрутки в пять и более раз (теоретические исследования вихревых камер показывают возможность такого увеличения даже в 45 раз).Airflow 6 from an external source of heated air, in particular from the outlet of ventilation systems in domestic or industrial premises that contain heat loss sources inside, flows through swirl devices (for example, devices 5 of FIG. 1) into the lower swirl chamber through its cylindrical side surface 2 and twists along the latter in the direction indicated by the legend. This swirling airflow is accelerated in a rotational motion as it approaches the center. Its maximum tangential velocity V 1 can exceed the tangential velocity V of the input swirl by five or more times (theoretical studies of vortex chambers show the possibility of such an increase even by 45 times).

Далее вращающийся воздухопоток проходит над нагретыми наклонными поверхностями 12, и приобретает дополнительное приращение тангенциальной и осевой скоростей, и продвигается вверх через воздухоотводящий цилиндр 8, имея высокую тангенциальную скорость. Применение антифрикционных покрытий днищ 3 и потоков 4, а также внутренней поверхности воздухоотводящего цилиндра 8 позволяет значительно увеличить максимальные значения тангенциальных скоростей V1, V2Σ.Next, the rotating air flow passes over the heated inclined surfaces 12, and acquires an additional increment of tangential and axial speeds, and moves upward through the air exhaust cylinder 8, having a high tangential speed. The use of anti-friction coatings of the bottoms 3 and flows 4, as well as the inner surface of the exhaust cylinder 8 can significantly increase the maximum values of the tangential velocities V 1 , V 2Σ .

Линейные воздухоотводы 9, подключенные тангенциально к воздухоотводящему цилиндру 8 нижней вихревой камеры под крышкой 11, позволяют преобразовать без существенных динамических потерь вращающийся воздухопоток в два линейных воздухопотока, направляемых через завихряющие устройства и боковую цилиндрическую поверхность 2 верхней вихревой камеры во внутреннюю полость последней.Linear air vents 9 connected tangentially to the air exhaust cylinder 8 of the lower vortex chamber under the cover 11 allow the rotary air flow to be converted into two linear air flows directed through the swirl devices and the lateral cylindrical surface 2 of the upper vortex chamber into the internal cavity of the latter without significant dynamic losses.

Аналогичным образом в верхней вихревой камере создается высокоскоростной вращающийся воздухопоток V2Σ, который во взаимодействии с нагретыми наклонными поверхностями 12 поднимается вверх через ее воздухоотводящий цилиндр 8. В результате создается кольцеобразный в поперечном сечении вращающийся (нагретый) воздухопоток 10 с высокой тангенциальной скоростью и необходимой по величине осевой (подъемной) скоростью.Similarly, in the upper vortex chamber, a high-speed rotating air stream V 2Σ is created , which, in cooperation with heated inclined surfaces 12, rises upward through its air exhaust cylinder 8. As a result, a circular (cross-sectional) rotating (heated) air stream 10 is created with a high tangential speed and the required magnitude axial (lifting) speed.

Окружающая атмосферная среда и естественный ветропоток со скоростью V0 через дополнительные завихряющие устройства втягивается во вращающийся воздушный столб 10, увеличивая его кинетическую энергию для последующего использования ее.The atmospheric environment and natural wind flow with a speed of V 0 through additional swirling devices is drawn into the rotating air column 10, increasing its kinetic energy for its subsequent use.

Реализация предлагаемого изобретения согласно приведенной формуле изобретения позволяет получать энергетические комплексы, применяемые в гелиоэнергетике и на предприятиях со значительными тепловыми отходами. Экономическая эффективность такого комплекса делает его конкурентоспособным в указанных сферах энергетики.The implementation of the invention according to the claims allows to obtain energy systems used in solar energy and in enterprises with significant thermal waste. The economic efficiency of such a complex makes it competitive in these areas of energy.

Claims (1)

Энергетический каскад вихревых камер, содержащий, по меньшей мере, две вихревые камеры, в том числе нижнюю и установленную над ней верхнюю с общей центральной осью симметрии, каждая из которых включает в себя плоский цилиндр с гладкой цилиндрической боковой поверхностью, нижним и верхним, герметично закрепленными основаниями, выполненными в виде кругов из теплоизолирующего материала в качестве верхней и нижней крышек, при этом к его цилиндрической боковой поверхности подсоединены, по меньшей мере, два тангенциальных боковых ввода воздухопотоков в качестве теплоносителей от напорных вентиляторов, установленных снаружи, а на верхних крышках каждой из вихревых камер закреплены симметрично относительно центральной оси по одному вертикальному цилиндрическому воздухоотводу значительно меньшего диаметра, чем диаметры их цилиндрических боковых поверхностей, при этом тангенциальные боковые вводы от указанных напорных вентиляторов создают в направлении от цилиндрических боковых поверхностей к центральной оси радиальный, с вращательной траекторией движущийся вокруг центральной оси поток внутренней воздушной среды с нарастающей тангенциальной скоростью до определенного максимума по мере приближения к центральной оси, отличающийся тем, что вертикальный цилиндрический воздухоотвод первой вихревой камеры накрыт воздухонепроницаемой теплоизолирующей крышкой, под которой тангенциально подключены к внутренней полости последнего трубные воздухоотводы, присоединенные своими вторыми концами к внутренней полости второй вихревой камеры через тангенциальные проемы посредством ее нижнего основания - крышки у боковой цилиндрической поверхности так, что подводимый воздухопоток из первой вихревой камеры создает вращение внутренней воздушной среды во второй вихревой камере, а вращающийся воздухопоток, вводимый в последнюю от напорных вентиляторов и/или под напором внешнего ветропотока через завихряющие вводы ее боковой цилиндрической поверхности, складывается с вращающимся воздухопотоком, вводимым через ее нижнюю крышку, в результате чего поднимающийся вверх с помощью ее цилиндрического воздухоотвода суммарный воздухопоток приобретает приращение тангенциальной и осевой скоростей и кинетической энергии, при этом в центральной части, по меньшей мере, одной из нижних крышек вихревых камер на пути вращающегося воздухопотока размещены наклонные нагреваемые теплопроводные поверхности, выполненные в виде боковых сторон созданной воздухонаполненной полости, через которую протекает теплоноситель, подводимый от стороннего источника тепловой энергии, в частности от нагретых солнечными лучами гелиотеплопреобразователей, установленных на территории гелиотеплоэлектростанции, например гелиоаэробарической теплоэлектростанции, и/или от теплогенерирующих технологических средств экзотермических производств, в частности цехов горячей обработки металла в металлургии. The energy cascade of vortex chambers containing at least two vortex chambers, including the lower and upper mounted above it with a common central axis of symmetry, each of which includes a flat cylinder with a smooth cylindrical lateral surface, lower and upper, hermetically fixed bases made in the form of circles of insulating material as the upper and lower covers, while at least two tangential lateral air inlets are connected to its cylindrical side surface flows as heat carriers from pressure fans installed externally, and on the upper covers of each of the vortex chambers, one vertical cylindrical air outlet of significantly smaller diameter is fixed symmetrically relative to the central axis than the diameters of their cylindrical side surfaces, while the tangential side inlets from these pressure fans create in the direction from cylindrical lateral surfaces to the central axis, radial, with a rotary trajectory moving around prices the axis of the internal air flow with increasing tangential velocity up to a certain maximum as it approaches the central axis, characterized in that the vertical cylindrical air duct of the first vortex chamber is covered with an airtight heat-insulating cover under which pipe air ducts are connected tangentially to the internal cavity of the latter, connected by their second ends to the inner cavity of the second vortex chamber through tangential openings by means of its lower base - covers and at the lateral cylindrical surface so that the supplied air flow from the first vortex chamber creates a rotation of the internal air medium in the second vortex chamber, and the rotating air flow introduced into the latter from the pressure fans and / or under the pressure of the external wind flow through the swirling inputs of its lateral cylindrical surface is folded with a rotating air flow introduced through its lower cover, as a result of which the total air flow that rises up with the help of its cylindrical air outlet is acquired increment of tangential and axial velocities and kinetic energy, while in the central part of at least one of the lower covers of the vortex chambers on the path of the rotating air flow there are inclined heated heat-conducting surfaces made in the form of the sides of the created air-filled cavity through which the coolant supplied from a third-party source of thermal energy, in particular from solar-heated solar converters installed on the territory of the solar thermal power plant uu example gelioaerobaricheskoy thermal power and / or heat generating process by means of the exothermic production, in particular workshops hot working metal in metallurgy.
RU2007127067/06A 2007-07-17 2007-07-17 Power cascade of vortex chambers RU2361157C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007127067/06A RU2361157C2 (en) 2007-07-17 2007-07-17 Power cascade of vortex chambers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007127067/06A RU2361157C2 (en) 2007-07-17 2007-07-17 Power cascade of vortex chambers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007127067A RU2007127067A (en) 2009-01-27
RU2361157C2 true RU2361157C2 (en) 2009-07-10

Family

ID=40543444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007127067/06A RU2361157C2 (en) 2007-07-17 2007-07-17 Power cascade of vortex chambers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2361157C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446362C2 (en) * 2010-02-25 2012-03-27 Георгий Михайлович Межлумов Electric energy obtaining method and device
RU2455583C2 (en) * 2010-09-22 2012-07-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ Solar magnetohydrodynamic thermal power plant

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446362C2 (en) * 2010-02-25 2012-03-27 Георгий Михайлович Межлумов Electric energy obtaining method and device
RU2455583C2 (en) * 2010-09-22 2012-07-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ Solar magnetohydrodynamic thermal power plant

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007127067A (en) 2009-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11971015B2 (en) Wind power generator set, electromagnetic device, and heat exchange or drying device for iron core
US9371815B2 (en) Turbine with radial inlet and outlet rotor for use in bidirectional flows
CN110630454B (en) Motor and heat exchange device of shaft system thereof and wind generating set
AU2011380892B2 (en) Solar collector including a solar turbine or a turbocompressor
US10247487B2 (en) Heat exchange unit
US20240200529A1 (en) Configurable multi-purpose cross-flow wind turbine with performance enhancements
RU2361157C2 (en) Power cascade of vortex chambers
US9322414B2 (en) Turbomachine
Podergajs The tesla turbine
US20130069371A1 (en) Impulse air turbine arrangement for use with a reversing bi-directional air flow in a wave power plant
RU2377473C2 (en) Solar aero-pressure thermal power station
CN110635625B (en) Wind generating set, electromagnetic device and heat exchange device of iron core of electromagnetic device
CN113958358A (en) Energy-saving tunnel ventilation system without electric energy
RU2373430C2 (en) Solar thermal power station using vortex chambers
RU2373429C2 (en) Solar thermal power station with wind guide surfaces
SU1229526A1 (en) Solar-energy collecting manifold
RU2242635C2 (en) Windmill-electric power unit
US20230204046A1 (en) Rotary device for inputting thermal energy into fluids
EP1795828A1 (en) Helio-wind power plant
RU2616704C2 (en) Device for electric power generation
CN105781633A (en) Auxiliary cooling device for steam turbine
CN117569979A (en) Thermal wind wheel power generation device
Serag-Eldin et al. Magnus-Effect Rotors for Solar Chimney Power Plants
ITVR20100015A1 (en) CONVEYOR FOR FLUIDS AND SYSTEM INCLUDING THE SAME CONVEYOR
CH705565A2 (en) Dynamic solar energy converter for isothermal and other heat engines and heat recycler.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090718