RU2373429C2 - Солнечная теплоэлектростанция с ветронаправляющими поверхностями - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области солнечных теплоэлектростанций. Теплоэлектростанция с ветронаправляющими поверхностями содержит ветротурбину с электрогенератором, воздухоотводящий канал, канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока, теплоаккумулятор, лученаправляющие поверхности и цилиндрообразный заборный канал. Ветронаправляющие поверхности включают в себя вертикальные гелиопоглощающие поверхности. Канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока выполнен в качестве предтурбинной разгонной шахты и включает энергопреобразующие модули со встроенными теплопередающими элементами и воздухонаправляющими аэродинамическими элементами. Цилиндрообразный заборный канал снабжен ветронаправляющими поверхностями заборного канала и связан с каналом преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока посредством направляющих проемов. Первый энергопреобразующий модуль выполнен как вихревая камера. Второй энергопреобразующий модуль выполнен с применением второй вихревой камеры, расположенной вдоль общей вертикальной оси над первой и содержащей два воздухозавихряющих входа воздухопотока - торцевой и боковой. Третий энергопреобразующий модуль в разгонной шахте создан посредством установки вдоль периферии последней воздуховыпускных завихряющих профилей. Техническим результатом является увеличение КПД преобразования тепловой энергии в электрическую и снижение уровня шума. 2 ил.

Description

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 преобразуются в потоки нагреваемого текучего теплоносителя, создающие вращательно-поступательное вихревое движение центрального энергетического воздухопотока, приводящего во вращение ветротурбину с одним или несколькими электрогенераторами.

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 и температуры в окружающей атмосфере и ряд других проявлений солнечной энергии, применение которых в виде тепловой энергии приводит к созданию технологического центрального энергетического 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.

Технические решения согласно указанным патентам позволяют использовать 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, преимущественно, 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 направляющими 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, выполненный в качестве предтурбинной разгонной шахты и содержащий вихревую камеру и 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 вертикальные 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.

Такая конструкция ГАБ ТЭС описана авторами также в патентах ЕАПВ, см., например, Евразийский патент №007635 «Гелиоветроэнергетический комплекс» от 29.12.2006 г.

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.). 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, Новосибирская типография №4, 1992.), что в ряде исполнений ГАБ ТЭС применено для наращивания скорости центрального энергетического воздухопотока. Создание вихревых потоков в гелиотеплоэлектростанциях и в ветроэлектроагрегатах описано также в патентах Российской Федерации, см. например, патенты РФ «Тепловихревая электростанция» (№2070660, 6 F03D 3/04, опубл. 20.12.96 г.), «Ветроэнергетическая установка напорно-вытяжного действия с системой местного форсирования скорости ветра» (№2101556, 6 F03D 3/04, опубл. 10.01.98 г.).

Технические решения из данных материалов частично использованы в настоящем предлагаемом изобретении, в том числе посредством применения новых конструкций тепловых термодинамических элементов и аэродинамических направляющих поверхностей для создания вращательно-поступательного вихревого движения центрального энергетического воздухопотока, для конструирования управляемой надстройки к тяговой трубе, ветровоздухозаборного канала с ветронаправляющими поверхностями и аэродинамическими щелями между ними и других технологических компонентов, составляющих основу высокоэффективных гелиоаэробарических теплоэлектростанций. В настоящем предлагаемом изобретении решается задача создания комплексных конструкций ГАБ ТЭС, которые позволили бы значительно удешевить их и повысить их надежность, стабильность обеспечения потребителей электрической и тепловой энергией.

Для серийной типовой ГАБ ТЭС в этом плане требуется дальнейшая разработка энергопреобразующих модулей и теплообменник, а также теплопередающих аппаратов в них совместно с каналами вращательно-поступательного движения центрального энергетического воздухопотока и продвижения к последнему воздухопотоку ветровоздухозаборного канала (с термоаэродинамическими направляющими поверхностями).

Кроме того, необходимо применение в конструктивных взаимосвязях дополнительных источников повышения кинетической энергии вращательного движения в ГАБ ТЭС, что обеспечит повышение их надежности. В частности, по меньшей мере, один из дополнительных источников повышения кинетической энергии центрального энергетического воздухопотока, совмещающий функции теплопередающих термодинамических элементов и аэродинамических направляющих поверхностей, выполнен в данных исполнениях ГАБ ТЭС в виде упомянутой вихревой камеры, варианты конструкции которой известны и в подробных описаниях не нуждаются. В данном случае особенность вихревой камеры, встраиваемой в канал термоаэродинамического преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока ГАБ ТЭС, состоит в следующем.

Создается цилиндрическая полость (см. упомянутую книгу Смульского И.И.), в которой подаваемый с периферии вращающийся воздушный поток из внешней среды перемещается к ее центральной оси, приобретая высокую тангенциальную скорость, и выходит вверх через цилиндрическое отверстие по относительно малому диаметру, создавая в приосевой области зону пониженного давления или вакуумную область, чем создается высокое подобие естественному смерчу с опускающимся вниз вдоль центральной оси холодным воздухопотоком, имитирующим ядро смерча. Такой путь создания высокой тангенциальной скорости вращающегося воздухопотока позволяет применительно к ГАБ ТЭС в значительной мере исключить из конструкции энергопреобразующих модулей специальные радиальные воздухонаправляющие профили, которые являются относительно дорогостоящими. При этом вихревая камера содержит боковую цилиндрическую поверхность и торцевые поверхности в виде днища и потолка, к которым подключены периферийные завихряющие воздухоподводы как теплопередающие аппараты, присоединенные к каналам подачи воздухопотоков, в частности, - нагретого воздушного теплоносителя.

Задачей новых технических решений согласно настоящему предлагаемому изобретению является усиление смерчеобразных процессов, создаваемых в центральном энергетическом воздухопотоке, приводящем во вращение ветротурбину вокруг вертикальной, общей для них оси. Это достигается тем, что при конструировании энергопреобразующих модулей в технологическом центре ГАБ ТЭС используется создание вихревых камер (см. упомянутую книгу И.И.Смульского), с привязкой и доработкой их конструкций применительно к каналу термоаэродинамического преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока, выполненному в виде предтурбинной разгонной шахты.

Естественный процесс смерчеобразования проанализирован, наряду с другими публикациями, в статье Политова B.C. («Аналитическая модель смерча (торнадо)», г.Челябинск, Труды V Забабахинских научных чтений, 1998 г., секция 1. Кумулятивные явления и имплозивные процессы, www.vmitf.m/rig/konfer/5zst/Sectionl/1-81r.pdf), а также в книге Кушина В.В. «Смерчи» (М., Энергоатомиздат, 1993).

Неотъемлемой частью естественного смерча, как следует из названных материалов, является создание в нем: приосевой области пониженного давления, преимущественно, - вакуумной области, в которой происходит опускание вниз вращающегося холодного воздухопотока; центральной области, где происходит вращательно-поступательное вертикальное движение нагретого воздухопотока; периферийной области, в которой происходит сток значительной воздушной массы окружающей среды (в радиально-горизонтальных направлениях) в центральную область, где этот горизонтальный поток приобретает ускоряющееся к центру вращательное движение и претерпевает поворот от радиального горизонтального направления в вертикальное. Существует определенная энергетическая связь между опускающейся вниз холодной массой воздуха, которая способна на поверхности земли оставлять даже значительные уплотнения и вмятины, и поднимающимся вверх высокоскоростным вращающимся воздухопотоком, мощь которого способна поднимать вверх от земли тяжелые предметы. Именно принцип формирования их энергетики и использован в специальных вихревых камерах ГАБ ТЭС.

В большинстве исследовательских моделей, как указано выше, вихревая камера представляет собой цилиндр, закрытый снизу и сверху плоскими поверхностями в виде днища и потолка, или нижней и верхней крышек, причем через его боковую (цилиндрическую) поверхность осуществляется тангенциальный ввод движущегося воздушного потока, выход которого из вихревой камеры осуществляется через воздухоотводящий цилиндр, установленный вдоль ее оси с диаметром проходного отверстия, значительно меньшим диаметра ее боковой цилиндрической поверхности. Входящий по периферии вращающийся воздухопоток по мере приближения к центральной оси увеличивает тангенциальную скорость на основе закона сохранения количества движения, и ее величина может достигать 100-200 м/с, многократно превышая скорость входящего воздухопотока. Ввод последнего в вихревую камеру может быть также и торцевым, например, через завихряющие периферийные жалюзи в днище или потолке. В приосевой зоне вихревой камеры и в этом случае создается область пониженного давления определенного диаметра, даже вакуумная область, в которую сверху опускается соответствующего диаметра охлажденный воздухопоток, по подобию образования холодного потока в приосевой зоне трубки Ранка. В целом структура воздухопотоков в вихревой камере напоминает структуру естественного смерча. Согласно предлагаемому изобретению применение вихревых камер в ГАБ ТЭС связано не только с конструктивными особенностями, которые будут даны ниже с графическими иллюстрациями, но и с принципиальным решением в отношении опускающегося хладопотока в приосевой области - в центральной зоне встречно поднимающегося вверх кольцеобразного (в поперечном сечении) нагретого воздухопотока. Это решение в соответствующем конструктивном оформлении заключается, в частности, в выводе хладопотока из вихревой камеры через ее днище, с возможностью последующего использования кинетической энергии и низкой температуры последнего. В естественном смерче опускающийся хладопоток ударяется о поверхность земли и, расплываясь по ней, адсорбирует ее тепловую энергию и благодаря снижению его плотности, преимущественно, поднимается вверх, участвуя в создании зоны поднимающегося вращающегося кольцеобразного в поперечном сечении воздухопотока. Согласно конструкции по настоящему предлагаемому изобретению опускающийся в приосевой области хладопоток не отнимает в значительной мере тепловую энергию и часть кинетической энергии от вращающегося нагретого воздухопотока в вихревой камере, а (с применением оригинального конструктивного решения) проходит через днище вихревой камеры наружу, вниз. Оригинальным в предлагаемом изобретении является также конструктивное решение в части последовательного соединения двух вихревых камер - энергопреобразующих модулей разгонной шахты ГАБ ТЭС таким образом, чтобы энергия их результирующего вращающегося воздухопотока складывалась или даже умножалась.

Частными результатами предлагаемого изобретения являются увеличение коэффициента полезного действия преобразования тепловой энергии в электрическую и снижение уровня шума при создании вращательного движения центрального энергетического воздухопотока, так как в известных к настоящему времени исполнениях ГАБ ТЭС вращение последнего формируется, преимущественно, посредством радиально размещенных (и открытых) теплопроводных воздуховыпускных профилей. Кроме того, его результатом является снижение удельной себестоимости ГАБ ТЭС, что имеет принципиальное значение.

Указанный технический результат при осуществлении данного предлагаемого изобретения достигается тем, что относительно известных вушеприведенных технических решений теплоэлектростанция с ветронаправляющими поверхностями, содержащая ветротурбину с присоединенным к ней, по меньшей мере, одним электрогенератором, которая приводится во вращение центральным воздухопотоком, воздухоотводящий канал, расположенный над ветротурбиной и выполненный в виде стационарной тяговой трубы и управляемой надстройки к ней большей высоты, канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока и теплоаккумулятор, отличает тем, что включает лученаправляющие поверхности, при этом ветронаправляющие поверхности включают в себя вертикальные гелиопоглощающие поверхности, а канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока включает, по меньшей мере, три энергопреобразующих модуля со встроенными теплопередающими элементами, подключенными к одному или нескольким внешним источникам текучего горячего теплоносителя, и воздухонаправляющими аэродинамическими элементами, посредством которых центральный воздухопоток приобретает вращательно-поступательную траекторию движения, также теплоэлектростанция включает цилиндрообразный заборный канал, снабженный ветронаправляющими поверхностями заборного канала, который связан с каналом преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока посредством направляющих проемов, причем указанные энергопреобразующие модули расположены вертикально друг над другом и имеют общую центральную ось симметрии совместно с ветротурбиной, воздухоотводящим и заборным каналами и центральным воздухопотоком, канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока выполнен в качестве предтурбинной разгонной шахты и содержит вихревую камеру как первый энергопреобразующий модуль, закрепленную у днища разгонной шахты и включающую разгонный цилиндр, который имеет внешний диаметр, равный диаметру разгонной шахты, и применен в качестве ускорителя тангенциальной скорости вращающегося в нем воздуха, средства бокового и/или торцевого ввода в нее воздушного потока из внешней нагреваемой среды, в том числе от вентиляционных потоков из машинного зала, и выпускной цилиндрический воздухоотвод поднимающегося вверх кольцеобразного в поперечном сечении вращающегося воздухопотока, внутри которого сформированы приосевой встречный нисходящий поток охлажденного воздуха и приосевая область пониженного давления, при этом второй энергопреобразующий модуль создан посредством соединения внутренней полости разгонной шахты с заборным каналом через конусообразный воздушный проем, выполненный с применением воздухонаправляющего конусообразного канала нагретого воздушного теплоносителя, причем данный энергопреобразующий модуль выполнен с применением второй вихревой камеры, расположенной вдоль общей вертикальной оси над первой и содержащей два воздухозавихряющих входа воздухопотока - торцевой и боковой, первый из которых соединен через пристроенный к нему кольцевой коллектор с выходом упомянутого конусообразного канала нагретого воздушного теплоносителя, а второй занимает по вертикали посредством воздухонаправляющих проемов часть выходного пространства конусообразного воздушного прохода из заборного канала, и в нем установлены воздухонаправляющие жалюзи в качестве боковой поверхности второй вихревой камеры, воздухопроходное отверстие в ее днище, с которым связан воздухоотвод первой вихревой камеры, и вертикальный трубный воздухоотвод от центра ее внутренней полости, причем выходящий из последнего вращающийся воздухопоток является одновременно продолжением выходного воздухопотока из первой вихревой камеры и занимает середину разгонной шахты в ее поперечном сечении, а его форма имеет вид поднимающегося и расширяющегося вращающегося, кольцеобразного в поперечном сечении, столба воздухопотока, в приосевой области которого также сформирован нисходящий поток холодного воздуха и вакуумная воздушная среда, связанная посредством заборного канала с приземной окружающей атмосферой, в то время как с окружающей атмосферой над воздухоотводящим каналом разгонная шахта соединена посредством внутренней лопастной полости ветротурбины и цилиндрического отверстия, выполненного вдоль центральной оси, по которому с помощью приосевой вакуумной области опускается холодный воздухопоток, проходящий через воздухоотводящий канал в качестве неотъемлемого компонента смерчеобразного воздухопотока, причем вдоль центральной оси обеих вихревых камер поток охлажденного опускающегося вниз воздуха проходит, преимущественно, с помощью установленного технологического воздухопровода с выполненным в нем полем радиальных отверстий и занимающего по диаметру всю приосевую вакуумную область, а его выход ниже днища первой вихревой камеры подключен к устройству, утилизирующему энергию опускающегося охлажденного воздуха как продукта смерчеобразного процесса, при этом электрогенератор, сочлененный с полым цилиндрическим валом ветротурбины, установлен, преимущественно, за пределами внутренней полости воздухоотводящего канала, при этом третий энергопреобразующий модуль в разгонной шахте создан посредством установки вдоль периферии последней воздуховыпускных завихряющих профилей, размещенных вертикально в верхней части конусообразного воздушного проема, соединяющего внутреннюю полость разгонной шахты с заборным каналом и приземной внешней атмосферой, причем на вход указанных воздуховыпускных завихряющих профилей подключен с помощью дополнительного кольцевого коллектора воздухоподвод нагретого воздушного теплоносителя, при этом указанное поле радиальных отверстий в технологическом воздухопроводе опускающегося вниз холодного воздухопотока соединяет внутреннюю среду технологического воздухопровода с пониженным давлением воздуха в ней и область более высокого давления во вращающемся вокруг него, кольцеобразном в поперечном сечении, поднимающемся вверх нагретом воздухопотоке, формирующем за счет тангенциальной скорости приосевую область пониженного давления по всей высоте разгонной шахты и воздухоотводящего канала.

Дополнительные пояснения по сути предложенных конструктивно-технологических решений согласно предлагаемому изобретению приведены посредством чертежей.

На Фиг.1 дана принципиальная схема гелиоаэробарической теплоэлектростанции со встроенными вихревыми камерами.

На Фиг.2 дана схема размещения ветровоздухонаправляющих сооружений в гелиоаэробарической теплоэлектростанции в плане.

Технологический центр (Фиг.1) состоит из разгонной шахты 1, содержащей внутреннюю воздушную полость 2, которая связана через кольцевой воздушный проем 3 и конусообразный проем 4 (воздухоканал) с заборным каналом 5. Боковые ветронаправляющие поверхности - жалюзи 6, установленные по всей периферии последнего под небольшими углами к его виртуальной внешней цилиндрической поверхности 7, направляют естественный ветер 8 и воздух 9 из прилегающей окружающей среды в заборный канал 5, в результате чего их потоки преобразуются в нем во вращающийся ветровоздушный поток 10 (вращающийся воздухопоток). Кроме того, заборный канал 5 содержит еще одну наклонную конусообразную ветронаправляющую поверхность 11, которая является внешней верхней стороной конусообразного канала 12 нагретого воздушного теплоносителя, поступающего от соответствующего источника, расположенного в машинном зале 13 технологического центра ГАБ ТЭС с помощью теплоизолированного воздухопровода 14. Днище разгонной шахты 1 входит своей горизонтальной конструкцией в состав теплоизолированного потолка 15 машинного зала 13. В машинном зале размещены различные накопители и преобразователи энергии текучего теплоносителя (одного или нескольких типов), поступающего в машинный зал от гелиотеплопреобразующих сооружений, установленных на территории ГАБ ТЭС, окружающей технологический центр.

У днища разгонной шахты 1 размещена первая вихревая камера 16 с днищем 17, совпадающим с днищем разгонной шахты. Вихревая камера содержит потолок 18 и цилиндрическую боковую поверхность 19 разгонного цилиндра, между которыми проходит вращающийся, ускоряющийся во вращении (разгоняющийся) воздушный поток 20. Днище и потолок вихревой камеры могут иметь в различных исполнениях ГАБ ТЭС или плоскую теплоизолированную поверхность, или наклонную, в частности конусообразную, а ее боковая поверхность (боковая поверхность разгонного цилиндра) - цилиндрическую или многогранную поверхность, в том числе непрерывно замкнутую или содержащую боковые проемы с жалюзи в качестве боковых ветронаправляющих (завихряющих) воздухоканалов как боковых воздухозавихряющих вводов. На Фиг.1 в вихревой камере 16 применен кольцевой торцевой завихряющий ввод 21, выполненный узким кольцом в ее днище с воздухопроходными проемами и воздухонаправляющими жалюзи (непосредственно у боковой поверхности 19).

Подача в вихревую камеру внешнего воздухопотока 22, который, в частности, представляет собой нагретый воздух, отводимый из машинного зала 13 в порядке вентиляции, осуществляется с помощью вентиляторов 23 и кольцевого воздушного коллектора 24. Через указанный завихряющий ввод 21, содержащий сквозные проемы в днище 17 и верхней стенке коллектора 24 с установленными в них воздухонаправляющими жалюзи, вращающийся воздухопоток 20, преобразованный из внешнего воздухопотока 22, входит в вихревую камеру 16 с некоторой начальной тангенциальной скоростью υ_τ1 непосредственно вблизи ее цилиндрической поверхности 19, и далее, на основе закона сохранения количества движения, в цилиндрической внутренней полости вихревой камеры происходит наращивание его тангенциальной скорости до величины υ_τ2 обратно пропорционально величине радиуса R, так что имеет место соотношение υ_u2>>υ_τ1.

Максимальное значение тангенциальной скорости υ_τ2mах достигается в некоторой зоне, отстоящей от центральной оси 25 на величину R_max, ориентировочно составляющую 15÷25% от величины радиуса цилиндрической боковой поверхности 19 вихревой камеры. Высокоскоростной вращающийся воздухопоток 20, проходя через цилиндрообразный воздухоотвод 26, охватывающий ось 25, формирует устье центрального энергетического воздухопотока 27 с вращательно-поступательной траекторией движения, который после дальнейшего энергетического насыщения и преобразования приводит во вращение ветротурбину 28 (на Фиг.1 указана ее лопастная внутренняя полость).

Последняя с помощью повышающих кинематических передач 29 передает свое вращение установленным по различным сторонам от нее (в данном примере двум) электрогенераторам 30. При этом в узкой приосевой области, максимальный радиус которой составляет около 10% от радиуса боковой поверхности 19, формируется зона разрежения - вакуумная зона по всей высоте вихревой камеры 16 и выпускного воздухоотвода 26. В этой зоне формируется опускающийся вниз более холодный воздухопоток 31, который является противоположным поднимающемуся вверх и нагревающемуся воздухопотоку 27. Формирование вакуумной области 32 (показана пунктиром) и встречного хладопотока 31 является принципиальным явлением в физической сути естественного смерча и должно соблюдаться при создании искусственного смерча, как это делается в ГАБ ТЭС, с определенными особенностями. В случае естественного смерча хладопоток опускается вниз в зоне приосевого пониженного давления - в вакуумной зоне и, достигая поверхности земли с высокой скоростью, ударяется в нее и расплывается по ее нагретой поверхности. В результате этого хладопоток в своем вращательно-поступательном движении нагревается о поверхность земли, претерпевает снижение плотности и, с учетом энергии упругого удара, в большей части своей массы поднимается вверх в центральной зоне смерча, которая приобретает большую разрушительную силу. При этом основание смерча «рыскает» по поверхности земли в направлении повышенных градиентов ее температуры и влаги (через испарение) на ней. В ГАБ ТЭС такая же схема может быть применена, при которой хладопоток в придонной области вихревой камеры 16 нагревается горячим теплоносителем и, отталкиваясь от нее, уходит вверх совместно с воздухопотоком 20 в периферийной части поперечного сечения цилиндообразного воздухоотвода 26. Однако такой вариант нисходящего движения хладопотока в ГАБ ТЭС в ряде случаев менее выгоден, так как он понижает КПД теплового преобразования в электрическую энергию в сравнении с вариантом отвода хладопотока через отверстие в днище вихревой камеры 16. Могут быть варианты ГАБ ТЭС, в которых более целесообразен нагрев хладопотока в вихревой камере. При высоких тангенциальных скоростях воздухопотоков 20, 27 температура хладопотока может достигать не только пониженных, но и даже отрицательных значений, и его гравитационная составляющая является превалирующей, так что его энергия может быть использована в различных аспектах через устройство 33 утилизации этой энергии. В зависимости от исполнения ГАБ ТЭС хладопоток, после запуска его движения вниз вспомогательным вентилятором (когда это требуется), может вращать размещенную внизу ветротурбину (в различных вариантах ее привода, в том числе в импульсном режиме), может направляться в конденсирующие установки для получения воды из атмосферы посредством конденсации и/или адсорбции температуры окружающей среды с целью возврата нагретого тем самым хладопотока в ветровоздухозаборный канал, а также может направляться в устройство, использующее принцип трубки Ранка, для его нагрева и дополнительного охлаждения в рамках образования хладопотока, выходящего из этой вихревой трубки.

Вихревая камера 16 представляет собой определенное исполнение первого энергопреобразующего модуля в ГАБ ТЭС, в составе канала термоаэродинамического преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока (названный канал и представляется в рассматриваемом случае в виде разгонной шахты).

Второй энергопреобразующий модуль ГАБ ТЭС в данном случае выполнен в виде второй вихревой камеры 34. Боковая поверхность 35 этой камеры представлена в виде воздухозавихряющих жалюзи как аналог боковой цилиндрической поверхности 19 первой вихревой камеры, в которой она выполнена в виде бокового ввода энергии приземной атмосферы во внутреннюю полость второй вихревой камеры 34. Данная боковая поверхность 35 занимает по вертикали среднюю часть разгонной шахты, а именно занимает по вертикали часть кольцевого входа 36 и воздушной среды 37 конусообразного проема 4 в разгонную шахту 1 из заборного канала 5. В данной (второй) вихревой камере 34 выполнен одновременно и другой - торцевой вход 38 воздухопотока. Он выполнен с помощью его кольцевого воздушного коллектора 39 и конусообразного канала 12 подвода нагретого (максимально горячего) воздушного теплоносителя 40, который подается посредством воздухопровода 14.

Конусообразный канал 12 подвода воздушного теплоносителя 40, который содержит верхнюю теплопроводную наклонную (конусообразную) поверхность 11, передает часть тепловой энергии теплоносителя 40 во вращающийся ветровоздухопоток 10 в заборном канале 5. Последнее позволяет ускорить ветровоздухопоток 10 на выходе конусообразного проема 4 и повышение его скорости на входе ветровозавихряющей боковой поверхности 35 вихревой камеры 34. При этом канал 12 воздушного теплоносителя 40 подключен к кольцевому коллектору 39, посредством которого и посредством завихряющих жалюзи торцевого входа 38 воздушный теплоноситель с определенной тангенциальной скоростью входит также во внутреннюю полость вихревой камеры 34, создавая дополнительную тягу ветровоздухопотоку, поступающего из заборного канала 5 и внешней приземной атмосферы. За счет этого в вихревой камере 34 создается вращательное движение внутреннего воздухопотока 41, который вращается между ее теплоизолированными днищем 42 и потолком 43, многократно ускоряясь от боковой поверхности 35 к центральной оси 25. В днище 42 выполнено центральное воздухопроходное отверстие, к периметру которого закреплен цилиндообразный воздухоотвод 26 первой вихревой камеры 16, из которого вращающийся центральный энергетический воздухопоток 27 входит во внутреннюю полость второй вихревой камеры 34. Энергия воздухопотока 27 складывается с энергией воздухопотока 41, за счет чего через центральный трубный воздухоотвод 44, подключенный к внутренней полости вихревой камеры 34 с помощью отверстия в ее потолке 43, выходит центральный энергетический воздухопоток 27 значительно увеличенной мощности. Выходящий из центрального (трубного) воздухоотвода 44 высокоскоростной вращающийся воздухопоток 27 занимает в поперечном сечении среднюю часть разгонной шахты энергетического воздухопотока 45, который усиливается притоком вращающегося воздухопотока 46, поступающего из заборного канала 5 и приземной внешней атмосферы благодаря установке третьего энергопреобразующего модуля (в разгонной шахте 1).

Третий энергопреобразующий модуль не имеет автономно очерченной конфигурации и напоминает вихревую камеру, содержащую, в основном, уже описанные конструктивные элементы, за исключением некоторых. В частности, днищем третьего энергопреобразующего модуля фактически является потолок 43 второй вихревой камеры, а потолком - теплоизолированная кровля 47 заборного канала 5.

Боковая поверхность третьего энергопреобразующего модуля выполнена аналогично боковой поверхности второй вихревой камеры 34 и содержит теплопроводные воздуховыпускные воздухозавихряющие профили, аналогичные воздухозавихряющим жалюзи - профилям боковой поверхности 35, которые подключены посредством установки дополнительного кольцевого коллектора 48 к воздухоподводу нагретого воздушного теплоносителя 40.

Высокоскоростной вращающийся воздухопоток 41 во второй вихревой камере 34, аналогично вышеописанному, создает, совместно с воздухопотоком 27, в приосевой зоне вакуумную область. Вследствие факторов, действующих во внутренней среде вихревой камеры 34, создается тяга воздухопотока из заборного канала 5 через воздухозавихряющие профили в ее боковой поверхности 35.

Такой же процесс осуществляется в третьем энергопреобразующем модуле, где высокоскоростной центральный энергетический воздухопоток 27, вследствие его вращения и создания вакуумной среды в приосевой области 32 (показана пунктиром), втягивает во вращение более мощный воздухопоток 45 из окружающей атмосферы, образуя суммарный центральный энергетический воздухопоток как сумму воздухопотоков 27 и 45. Последний (совместно с расположенным в его средней части воздухопотоком 27) создает необходимый момент вращения ветротурбины 28, проходя в невысокую тяговую трубу 49 и управляемую, увеличенной высоты, аэротермодинамическую надстройку 50 над ней.

В данном варианте ГАБ ТЭС ветротурбина 28 размещена с помощью предварительно напряженных стержней 51 в основании тяговой трубы 49 и дополнительно закреплена на подвесках 52. При этом основание создано посредством указанных предварительно напряженных стержней 51, закрепленных относительно несущих ферм 53 технологического центра. Посредством предварительно напряженных стержней 51 относительно несущих ферм 53 закреплены и конструкции управляемой воздухоотводящей аэротермодинамической надстройки 50 и тяговой трубы 49.

В центре ветротурбины, в ее приосевой области выполнено отверстие 54 посредством полой вращающейся втулки, то есть полого вала, к которой закреплены лопасти ветротурбины 28. Это отверстие 54 предусмотрено для прохода через него опускающегося хладопотока в вакуумной приосевой области 32 (показана пунктиром), формирование которого начинается над верхним торцом управляемой надстройки 50, в зоне поднимающегося вверх вращающегося смерчеобразного воздухопотока.

Для усиления эффекта смерчеобразования (продолжения смерча, созданного у основания разгонной шахты 1) естественный ветер у верхней части технологического центра ГАБ ТЭС концентрируется и направляется вверх как инжектирующий воздухопоток. Это достигается тем, что с помощью предварительно напряженных стержней 51 к несущим фермам 53, тяговой трубе 49 и управляемой надстройке 50 вертикально закреплены радиальные ветронаправляющие поверхности 55 (Фиг.2), которых в данном варианте ГАБ ТЭС установлено 8 штук. Эти вертикальные ветронаправляющие поверхности 55 при любом направлении естественного ветра концентрируют его у наружной цилиндрической теплоизолированной поверхности воздухоотводящего канала (тяговая труба 49 и управляемая надстройка 50). Чтобы передать концентрируемому ветропотоку у поверхности воздухоотводящего канала наклонно-вертикальное направление результирующего потока, относительно конструкций несущих ферм 53 и предварительно напряженных стержней 51 (которые размещены горизонтальными слоями через каждые 3 метра) закреплены отрезки наклонных поверхностей 56 (Фиг.1, 2). Ветропоток 57 верхнего уровня при этом, посредством наклонных ветронаправляющих поверхностей 56 и вертикальных поверхностей 55, а также воздухоотводящего канала, приобретает наклонные восходящие траектории, как это показано на Фиг.1, и у венца управляемой надстройки 50 (не показан) он посредством специальных жалюзи (также не показаны) преобразуется во вращательно-поступательный воздухопоток, создающий инжекционную тягу во вращательно-поступательном движении воздухопотока через воздухоотводящий канал (тяговая труба 49 и управляемая надстройка 50). Вследствие указанного формообразования воздухопотока над воздухоотводящим каналом в его приосевой области формируется вакуумная область 32 и холодный воздухопоток 31, опускающийся вниз вдоль центральной оси 25 и проходящий через отверстие 54 в центре ветротурбины 28. Электрогенераторы 30, подключенные к ветротурбине посредством кинематической передачи 29, условно размещены на Фиг.1 во внутренней полости тяговой трубы 49. Однако электрогенераторы 30 могут быть размещены за внешними пределами тяговой трубы, когда их теплопотери будут содействовать формированию инжекционного ветропотока 57.

На Фиг.2, кроме вышеописанных конструктивных элементов, показаны схематично - для более подробного пояснения принципа работы ГАБ ТЭС - определяющие сооружения на ее территории, окружающей технологический центр. Ветронаправляющие поверхности 58, которые примыкают к наружному периметру заборного канала, выполнены в виде высоких, вытянутых по длине, и плоских конструкций, преимущественно криволинейных, примыкающих по касательной к периметрической поверхности ветровоздухозаборного канала, с высотой, достигающей уровня его кровли. В этом случае естественный приземный ветер, со значительного расстояния от технологического центра ГАБ ТЭС, продвигается вдоль ветронаправляющих поверхностей к центру. С увеличенной скоростью он достигает ветронаправляющих жалюзи 6 и периметра виртуальной цилиндрической поверхности 7 заборного канала 5 и входит сквозь последнюю под углом 15-30° к ней, приобретая внутри канала вращательное движение. Ветронаправляющие поверхности 58 содержат внутренние полости шириной не менее 1 м (на Фиг.2 они не показаны), в которых закреплены вертикальные (практически по всей высоте) гелиопоглощающие поверхности (на иллюстрации не показаны). Вследствие этого, кроме направления ветра, в образованных ветронаправляющих энергетических пространствах происходит преобразование энергии солнечных лучей в тепловую энергию, которая отводится от них в технологический центр текучим теплоносителем, преимущественно, нагретым воздухом. Размещенные рядом лучеотражающие или управляемые лученаправляющие поверхности на технологическом поле 59 посылают отраженные солнечные лучи на вертикальные гелиопоглощающие (или гелиотеплопреобразующие) поверхности, причем в определенных исполнениях ГАБ ТЭС - преимущественно, в первой и последней третьей частях светового дня. В средней же части дня, в наиболее жаркий период, в данном случае лучеотражающие поверхности на поле 59 отражают солнечные лучи вместе с их тепловой энергией в космическое пространство, для чего они выполнены соответствующим образом. При больших объемах строительства таких ГАБ ТЭС в космическое пространство (из жарких географических зон, пустынь и полупустынь) может отправляться такое количество тепловой энергии, что температура окружающей среды во многих регионах планеты может устанавливаться на оптимальном уровне, несмотря на еще продолжающееся сжигание ископаемых энергоносителей (последнее в настоящий период приводит к нарушению теплового баланса окружающей среды, чем создаются разрушительные катаклизмы в природе). В представлении на Фиг.2 ветронаправляющие поверхности 58 и энергетические пространства на значительной длине выполнены прямолинейными в радиальных направлениях. Однако в других исполнениях ГАБ ТЭС формы ветронаправляющих поверхностей могут быть и полностью криволинейными (в соответствии с особенностями ветрового потенциала в конкретных местностях).

Ветронаправляющие поверхности 58 и их энергетические пространства выполняются, в большинстве случаев, как металлические фермы, закрытые по всему периметру листовым стеклом или в двухрядном исполнении - с использованием сочетания листового стекла и полимерных пленок. В перспективе листовое стекло подлежит замене на стеклянные пленки толщиной до 50 мкм.

На Фиг.2 показано также условное расположение теплоаккумуляторов 60 в подземном или полупогруженном в землю исполнении. На кровлях теплоаккумуляторов располагается поле 61 горизонтальных гелиотеплопреобразователей, тепловая энергия которых уносится в дневное время текучим теплоносителем как в технологический центр, так и в сами теплоаккумуляторы. Количество промежутков между ветронаправляющими поверхностями, в которых сооружаются теплоаккумуляторы, выбирается расчетным порядком и может составлять их четвертую часть или даже половину, преимущественно, на северной стороне ГАБ ТЭС. Поля горизонтальных гелиотеплопреобразователей и лучеотражающих поверхностей выполняются, в основном, в каждом из промежутков между ветронаправляющими поверхностями.

На Фиг.1 показан пунктиром единый канал приосевой области 32 пониженного давления (а точнее - вакуумной области) и продвижения вниз хладовоздухопотока, который начинается за пределами воздухоотводящего канала (тяговая труба 49 и управляемая надстройка 50), на определенной высоте относительно верхнего торцевого выхода управляемой надстройки 50 (не показано), и заканчивается ниже днища 17 первой вихревой камеры 16 - на стыке с устройством 33 утилизации опускающегося хладопотока. Чтобы не допустить значительного взаимопроникновении (перемешивания) вращающихся нисходящего хладопотока и восходящего нагретого воздухопотока, охватывающего первый, не нарушая принципа смерчеобразования и создания приосевой вакуумной области, пунктирная приосевая область 32 по всей ее высоте или частично снабжена технологическим воздухопроводом, который по диаметру не превышает диаметра приосевой вакуумной области и снабжен полем радиальных отверстий с целью сохранения смерчевого процесса создания приосевого вакуума (с помощью упомянутого поля отверстий).

При этом тангенциальная скорость смерчеобразного движения воздухопотока (сумма воздухопотоков 27 и 45) нарастает по мере подъема его в разгонной шахте, до входа в ветротурбину, а в воздухоотводящем канале (после затраты его энергии в ветротурбине 28) она определяется дополнительными техническими решениями и устройствами, которые являются предметом отдельного изобретения; вследствие этого по высоте технологического центра ГАБ ТЭС приосевая вакуумная область имеет переменное сечение (диаметр), что, преимущественно, учитывается при создании технологической трубной конструкции вертикального хладоотвода.

Обратный ему (вертикальный) нагретый (горячий) вращающийся воздухопоток, приводящий во вращение ветротурбину 28 и проходящий далее вверх через лопастную полость турбины и воздухоотводящий канал, имеет постоянную вертикальную скорость и переменную тангенциальную скорость, на которую оказывают значительное влияние вышеупомянутые (здесь не раскрываемые) устройства завихрения поднимающегося нагретого воздухопотока на основе воздухоотводящего канала.

Поднимающийся (вращающийся и кольцеобразный) нагретый воздухопоток из первой вихревой камеры 16 переходит через цилиндообразный воздухоотвод 26 во вторую вихревую камеру 34 через ее днище 42 и, складываясь с вращающимся воздухопотоком 41, продвигается вверх через воздухоотвод 44. При этом в других исполнениях ГАБ ТЭС выход из первой вихревой камеры 16 может поступать во вторую вихревую камеру 34 не центральным кольцеобразным потоком, а посредством высокоскоростных теплоизолированных отводов от последнего - в торцевой вход (через кольцеобразный кольцевой коллектор 39 совместно с горячим теплоносителем из канала 12), и в этом случае тангенциальная скорость воздухопотока 41 может быть существенно увеличена (однако конструкция будет усложнена).

Воздухопоток 27, поднимающийся через воздухоотвод 44 из второй вихревой камеры 34, приобретает форму расширяющегося кверху столба воздухопотока - «факела», кольцеобразного в поперечном сечении, упирающегося в ветротурбину 28. При этом, поскольку он вращается с большой скоростью и создает в центре значительную вакуумную область, в третьем энергетическом модуле происходит втягивание воздухопотока 46 из заборного канала 5 и приземной окружающей атмосферы, включая естественный приземный ветропоток.

Работает гелиоаэробарическая теплоэлектростанция с вихревыми камерами, согласно предлагаемому изобретению, следующим образом.

Вентиляционные воздухопотоки 22 из машинного зала 13 поступают с определенной скоростью вращения через кольцевой коллектор 24 и воздухозавихряющий ввод 21 в периферийную зону первой вихревой камеры 16. Во внутренней среде последней вращающийся воздухопоток 20 по мере приближения к центральной оси 25 многократно увеличивает свою тангенциальную скорость, создавая при этом приосевую вакуумную область. Через цилиндрический воздухоотвод 26 поднимается вверх, как в вихревой трубке Ранка, кольцевой вращающийся воздухопоток 27 и поступает во вторую вихревую камеру 34 через ее днище 42.

Вторая вихревая камера 34 имеет два входа воздухопотока у своей периферии. Один из них - торцевой ввод горячего теплоносителя с тангенциальной скоростью 20-30 м/с. Второй - это боковой ввод ветровоздухопотока из ветровоздухозаборного канала. При осредненной по году скорости ветра, проходящего через территорию ГАБ ТЭС, равной всего лишь 3 м/с (обычно эта величина составляет на большей части территории России 4-5 м/с, на морских побережьях 5-6 м/с), концентрация ветропотока посредством ветронаправляющих поверхностей 58, по радиусу и по высоте конусообразного ветронаправляющего проема 4 в его внутренней среде 37 приводит к скорости ветровоздухопотока на входе в боковую завихряющую поверхность 35 второй вихревой камеры, равной 25-30 м/с.

Оба входных воздухопотока закручиваются при входе в данную вихревую камеру и составляют суммарный воздухопоток 41, тангенциальная скорость которого нарастает пропорционально уменьшению его радиуса и может достигать в области максимума 150-200 м/с.

При этом все внутренние поверхности обеих вихревых камер должны содержать материал, обладающий минимальным коэффициентом трения по отношению к движущемуся воздухопотоку.

Вращающийся воздухопоток (воздухопотоки 41 и 27) в вихревой камере 34 и воздухоотводе 44 создает, в свою очередь, вакуумную приосевую область и опускающийся через нее охлажденный воздухопоток. Поднимаясь над воздухоотводом 44, вращающийся, кольцеобразный в поперечном сечении, суммарный воздухопоток 27 с высокой тангенциальной скоростью имеет форму расходящегося вращающегося воздушного столба, упирающегося во входную полость ветротурбины 28, и проходит через ее лопастную полость. Как и в вышеописанных случаях, этот смерчеобразный вращающийся столб воздуха создает в приосевой области вакуумную среду, которая содействует засасыванию в третий энергетический модуль наружного ветровоздухопотока через концентрирующий его заборный канал 5, в связи с чем рождается высокоскоростной воздухопоток 45, охватывающий и принимающий в себя (в средине по сечению) указанный воздухопоток 27. Одновременно с этим в приосевой зоне формируется нисходящий хладопоток, который при тангенциальной скорости воздухопотока (воздухопотоки 45 и 27), превышающей 100 м/с, может охлаждаться до отрицательных температур (также в соответствии с известным энергоразделением в трубке Ранка). Вакуумная приосевая область, преимущественно, отделена от воздухопотоков 27, 41, 20 посредством технологической трубной поверхности с диаметром, не превышающим диаметр приосевой вакуумной области. Чтобы не нарушать вакуумный режим смерчеобразного воздухопотока, эта трубная поверхность снабжена полем радиальных отверстий. Энергетический баланс создаваемого искусственного смерча определяется тем, что прирост кинетической энергии воздухопотока 27 (за счет многократного наращивания его тангенциальной скорости) уравновешивается созданием вакуума и хладопотока (как отрицательной компоненты этого энергетического баланса). Если найдено конструктивное решение, как в данном случае, по отводу хладопотока и постоянному наполнению вакуумной среды (нисходящим хладопотоком), то высокую кинетическую энергию вращающегося воздухопотока (сумма воздухопотоков 27 и 45) можно применить для привода мощной ветротурбины 28. Таким образом, оказались разделенными горячий высокоскоростной, поднимающийся вверх, воздухопоток (сумма воздухопотоков 27 и 45), и энергетический противовес его (приблизительный) в виде нисходящего холодного воздухопотока 31, поступающего в устройство 33 его утилизации.

В известных вариантах ГАБ ТЭС ветротурбина 28 содержит в своей центральной области специальный, встроенный электрогенератор со щелевыми проходами через него хладопотока. В варианте согласно настоящему предлагаемому изобретению электрогенераторы 30 вынесены из ветротурбины для обеспечения возможности встройки центрального цилиндрического отверстия 54, по которому должен опускаться хладопоток из воздухоотводящего канала вниз, непосредственно к устройству 33, утилизирующему хладопоток одним из целесообразных способов.

Вращающийся энергонасыщенный воздухопоток (сумма воздухопотоков 27 и 45) из разгонной шахты 1 (из ее третьего энергопреобразующего модуля, расположенного в верхней ее части) проходит через ветротурбину 28, создавая в ней требуемый крутящий момент и приводя ветротурбину во вращение, выходит из последней непосредственно в тяговую трубу 49. При этом осевая скорость воздухопотока перед турбиной и на ее выходе, а также в тяговой трубе остается неизменной, в то время как тангенциальная скорость его в ветротурбине значительно снижается вследствие передачи ним на лопасти ветротурбины кинетической энергии, пропорциональной его плотности и кубу скорости. Основания ветротурбины и тяговой трубы закреплены посредством предварительно напряженных стрежней 51, в частности зафиксированных между хладоотводящим воздухопроводом в центре (пунктирные линии) и опорными фермами 53 на периферии. Кроме того, ветротурбина удерживается сверху посредством торосовых растяжек, закрепленных к следующему ярусу предварительно напряженных стержней 51. Последние располагаются ярусами вплоть до вершины воздухоотводящего канала (управляемой аэротермодинамической надстройки 50 к тяговой трубе).

Несущие опорные фермы 53 в количестве 8 штук, в данном варианте ГАБ ТЭС, закреплены на фундаментной базе вокруг заборного канала 5 и являются прочной удерживающей основой для всей высотной части технологического центра и его воздухоотводящего канала. Управляемая надстройка 50 закреплена относительно опорных несущих ферм 53 и предварительно напряженных стержней 51 посредством своей, в частности, металлической основы (это показано узловыми точками), которая теплоизолирована и герметизирована высококачественным теплоизолирующим материалом, с покрытием внутренней поверхности управляемой надстройки 50 и тяговой трубы антифрикционным материалом (по отношению к воздухопотоку). В управляемой надстройке 50 установлены термоаэродинамические устройства (не показаны), частично исполняющие функции дополнительных вихревых камер, которые усиливают тангенциальную компоненту скорости вращающего воздухопотока, проходящего вверх через воздухоотводящий канал и охватывающего приосевую вакуумную зону и нисходящий через нее холодный воздухопоток 31.

С целью усиления вращательного движения в воздушной среде над воздухоотводящим каналом и создания инжекционного процесса в последнем естественный ветер на верхнем уровне технологического центра ГАБ ТЭС дополнительно концентрируется у поверхности воздухоотводящего канала посредством восьми ветронаправляющих радиально размещенных поверхностей 55. Эти поверхности закреплены и натянуты с фиксированными усилиями также в радиальных направлениях. Чтобы придать концентрируемому воздухопотоку наклонно-вертикальное направление движения, вдоль наружной поверхности воздухоотводящего канала, посредством предварительно напряженных стержней 51, размещенных ярусами через каждые 3 метра, и опорных ферм 53 закреплены участки наклонных ветронаправляющих поверхностей 56, которые представлены на иллюстрациях соответствующими линиями, на Фиг.2 - дополнительно зачерненными участками. Ветропоток 57 в области верхней части технологического центра по наклонным ветронаправляющим поверхностям 56 - участкам и благодаря наружной поверхности воздухоотводящего канала (тяговая труба 49 и управляемая надстройка 50) приобретает восходящую траекторию движения вдоль последней. Финальное оформление этого процесса завершается тем, что у венца тяговой трубы устанавливается завихряющее устройство (не представлено), которое закручивает ориентированный вверх ветропоток в направлении вращения воздухопотока, выходящего из воздухоотводящего канала.

Одновременно с этим приземный ветер 8, направленный к наружной поверхности ветровоздухозаборного канала, с ветронаправляющими жалюзи 6, посредством ветронаправляющих поверхностей 58 и пространств, создает внутри заборного канала 5 вращающийся воздухопоток с направлением, отмеченным как (+) и (•), который по мере приближения в сторону центральной оси (по подобию, как это осуществляется в вихревых камерах) увеличивает свою тангенциальную скорость и входит во вторую вихревую камеру 34 и внутреннюю среду разгонной шахты, представляющую третий энергопреобразующий модуль. Далее процессы, происходящие внутри технологического центра ГАБ ТЭС, осуществляются, как описано выше.

На прилегающей территории к технологическому центру размещены сооружения, в которых происходит нагревание текучего теплоносителя, подаваемого в технологической центр для последующей запитки энергопреобразующих модулей, в том числе вихревых камер. Рядом с ветронаправляющими поверхностями 58 (Фиг.2) размещено поле 59 лучеотражающих поверхностей, а предпочтительнее - управляемых (поворачиваемых вокруг их продольных осей) лученаправляющих панелей. Солнечные лучи, отражаясь от лученаправляющих панелей, приобретают траекторию движения, пересекающую ветронаправляющие поверхности 58 (и пространства), в которых вмонтированы вертикальные гелиопоглощающие поверхности, где протекает теплоутилизирующий теплоноситель. С изменением положения солнечного диска на небосводе управляемые лученаправляющие панели меняют свои угловые положения таким образом, чтобы отраженные солнечные лучи гарантированно поступали на гелиопоглощающие поверхности в ветронаправляющих поверхностях 58. Если это задается технологически, лучеотражающие панели на поле 59 могут занимать угловое положение, при котором отраженные солнечные лучи уходят вертикально, в космическое пространство, унося в него часть своей тепловой энергии. Развивая последнее, может быть достигнуто положение в целом на планете, когда сжигание ископаемых энергоносителей не будет нарушать ее тепловой баланс.

Сооружениями (Фиг.2) представлены хорошо теплоизолированные теплоаккумуляторы 60, куда горячий текучий теплоноситель передает свою тепловую энергию. Как показано на иллюстрации, над кровлей теплоаккумуляторов (их может быть несколько на каждой территории ГАБ ТЭС) установлено поле 61 горизонтальных гелиотеплопреобразователей, в которых энергия прямой солнечной радиации преобразуется в тепловую энергию текучего теплоносителя.

В выше представленном изложении даны в необходимой полноте описания известных конструкций ГАБ ТЭС, разработанные в вышеуказанных патентах, а также с исчерпывающей полнотой - конструктивные изменения в технологическом центре ГАБ ТЭС, связанные с применением в разгонной шахте вихревых камер. Применение последних в ГАБ ТЭС создает возможность для перспективного снижения удельной себестоимости ГАБ ТЭС, так как высокоскоростное вращательное движение центрального энергетического воздухопотока создается без применения специализированных профилей, радиально расположенных в энергопреобразующих модулях.

Реализация предложенной формулы изобретения в настоящем предлагаемом изобретении позволяет повысить скорость ветротурбины и мощность ГАБ ТЭС при одновременном снижении затрат на их изготовление и строительство ГАБ ТЭС. Кроме того, применение вихревых камерснижает уровень шума станций. Этим повышается конкурентоспособность ГАБ ТЭС относительно ТЭЦ, АЭС, ГЭС, ветроэлектроагрегатов и других видов гелиостанций.

Claims (1)

1. Теплоэлектростанция с ветронаправляющими поверхностями, содержащая ветротурбину с присоединенным к ней, по меньшей мере, одним электрогенератором, которая приводится во вращение центральным воздухопотоком, воздухоотводящий канал, расположенный над ветротурбиной и выполненный в виде стационарной тяговой трубы и управляемой надстройки к ней большей высоты, канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока и теплоаккумулятор, отличающаяся тем, что включает лученаправляющие поверхности, при этом ветронаправляющие поверхности включают в себя вертикальные гелиопоглощающие поверхности, а канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока включает, по меньшей мере, три энергопреобразующих модуля со встроенными теплопередающими элементами, подключенными к одному или нескольким внешним источникам текучего горячего теплоносителя, и воздухонаправляющими аэродинамическими элементами, посредством которых центральный воздухопоток приобретает вращательно-поступательную траекторию движения, также теплоэлектростанция включает цилиндрообразный заборный канал, снабженный ветронаправляющими поверхностями заборного канала, который связан с каналом преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока посредством направляющих проемов, причем указанные энергопреобразующие модули расположены вертикально друг над другом и имеют общую центральную ось симметрии совместно с ветротурбиной, воздухоотводящим и заборным каналами и центральным воздухопотоком, канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока выполнен в качестве предтурбинной разгонной шахты и содержит вихревую камеру как первый энергопреобразующий модуль, закрепленную у днища разгонной шахты и включающую разгонный цилиндр, который имеет внешний диаметр, равный диаметру разгонной шахты, и применен в качестве ускорителя тангенциальной скорости вращающегося в нем воздуха, средства бокового и/или торцевого ввода в нее воздушного потока из внешней нагреваемой среды, в том числе от вентиляционных потоков из машинного зала, и выпускной цилиндрический воздухоотвод поднимающегося вверх кольцеобразного в поперечном сечении вращающегося воздухопотока, внутри которого сформированы приосевой встречный нисходящий поток охлажденного воздуха и приосевая область пониженного давления, при этом второй энергопреобразующий модуль создан посредством соединения внутренней полости разгонной шахты с заборным каналом через конусообразный воздушный проем, выполненный с применением воздухонаправляющего конусообразного канала нагретого воздушного теплоносителя, причем данный энергопреобразующий модуль выполнен с применением второй вихревой камеры, расположенной вдоль общей вертикальной оси над первой и содержащей два воздухозавихряющих входа воздухопотока - торцевой и боковой, первый из которых соединен через пристроенный к нему кольцевой коллектор с выходом упомянутого конусообразного канала нагретого воздушного теплоносителя, а второй занимает по вертикали посредством воздухонаправляющих проемов часть выходного пространства конусообразного воздушного прохода из заборного канала, и в нем установлены воздухонаправляющие жалюзи в качестве боковой поверхности второй вихревой камеры, воздухопроходное отверстие в ее днище, с которым связан воздухоотвод первой вихревой камеры, и вертикальный трубный воздухоотвод от центра ее внутренней полости, причем выходящий из последнего вращающийся воздухопоток является одновременно продолжением выходного воздухопотока из первой вихревой камеры и занимает середину разгонной шахты в ее поперечном сечении, а его форма имеет вид поднимающегося, расширяющегося, вращающегося, кольцеобразного в поперечном сечении столба воздухопотока, в приосевой области которого также сформирован нисходящий поток холодного воздуха и вакуумная воздушная среда, связанная посредством заборного канала с приземной окружающей атмосферой, в то время как с окружающей атмосферой над воздухоотводящим каналом разгонная шахта соединена посредством внутренней лопастной полости ветротурбины и цилиндрического отверстия, выполненного вдоль центральной оси, по которому с помощью приосевой вакуумной области опускается холодный воздухопоток, проходящий через воздухоотводящий канал в качестве неотъемлемого компонента смерчеобразного воздухопотока, причем вдоль центральной оси обеих вихревых камер поток охлажденного опускающегося вниз воздуха проходит преимущественно с помощью установленного технологического воздухопровода с выполненным в нем полем радиальных отверстий и занимающего по диаметру всю приосевую вакуумную область, а его выход ниже днища первой вихревой камеры подключен к устройству, утилизирующему энергию опускающегося охлажденного воздуха как продукта смерчеобразного процесса, при этом электрогенератор, сочлененный с полым цилиндрическим валом ветротурбины, установлен преимущественно за пределами внутренней полости воздухоотводящего канала, при этом третий энергопреобразующий модуль в разгонной шахте создан посредством установки вдоль периферии последней воздуховыпускных завихряющих профилей, размещенных вертикально в верхней части конусообразного воздушного проема, соединяющего внутреннюю полость разгонной шахты с заборным каналом и приземной внешней атмосферой, причем на вход указанных воздуховыпускных завихряющих профилей подключен с помощью дополнительного кольцевого коллектора воздухоподвод нагретого воздушного теплоносителя, при этом указанное поле радиальных отверстий в технологическом воздухопроводе опускающегося вниз холодного воздухопотока соединяет внутреннюю среду технологического воздухопровода с пониженным давлением воздуха в ней и область более высокого давления во вращающемся вокруг него, кольцеобразном в поперечном сечении, поднимающемся вверх нагретом воздухопотоке, формирующем за счет тангенциальной скорости приосевую область пониженного давления по всей высоте разгонной шахты и воздухоотводящего канала.

Images