RU2692887C2

RU2692887C2 - Autonomous mining aerial traction installation

Info

Publication number: RU2692887C2
Application number: RU2017122698A
Authority: RU
Inventors: Тарас Витальевич Миронюк
Original assignee: Тарас Витальевич Миронюк
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2019-06-28
Also published as: RU2017122698A; RU2017122698A3

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to the field of power engineering. Mountain autonomous air-traction plant containing air duct, which is in-series connected segments of pipes of different diameter, so that diameter of pipes with each connection gradually decreases from maximum in place of air intake to minimum in place of installation of air engine, at that, the lower part of the air duct is placed into the geothermal reservoir, and the air duct inlet hole is located outside the geothermal reservoir, wherein air actuator is arranged in air duct top part to make air injector consisting of blades driven by wind flow.

EFFECT: invention is aimed at increasing the power of the plant.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии без использования топлива и подвода энергии извне, являясь альтернативным источником энергии.The invention relates to energy and can be used to generate electricity without the use of fuel and the supply of energy from the outside, being an alternative source of energy.

Известна горная воздушно-тяговая электростанция, содержащая вертикальный воздуховод, установленный в нем воздушный двигатель, кинематически соединенный с электрогенератором. Воздуховод выполнен в виде горной выработки, изолированной от поступления в нее подземных вод, устье которой является коллектор, представленный сухими теплыми (или горячими) породами, характеризующиеся вызванной или природной сообщенной трещиноватостью, сообщенный со входом горной выработки. Каналом сообщения входа воздуховода с атмосферой является сам геотермальный коллектор, простирающийся до пересечения с поверхностью рельефа горной местности, либо одна дополнительная горная выработка или несколько дополнительных горных выработок, сооруженных с дневной поверхности до геотермального коллектора и расположенных вокруг горной выработки. Электростанция снабжена побудителем движения воздуха, вентилятором в горной выработке (см. патент РФ №2444645, МПК F03D 3/04, 2009 г.). Эта электростанция выбрана в качестве прототипа.Known mountain air-traction power plant, containing a vertical duct, an air engine installed in it, kinematically connected to an electric generator. The air duct is designed as a mine workout, isolated from groundwater flow into it, the mouth of which is a collector, represented by dry warm (or hot) rocks, characterized by induced or natural reported fracturing, communicated with the mine workings. The channel of the duct entry with the atmosphere is the geothermal collector itself, extending to the intersection with the surface of a mountainous terrain, or one additional mine workings or several additional mine workings constructed from the surface to the geothermal collector and located around the mine workings. The power plant is equipped with an air movement booster, a fan in a mine working (see RF patent №2444645, IPC F03D 3/04, 2009). This power plant is selected as a prototype.

Наличие побудителя воздуха в горной выработке, который необходимо дополнительно снабжать электроэнергией, является недостатком прототипа. Также к недостаткам можно отнести тот факт, что в качестве воздуховода применяется горная выработка, которая имеет шероховатую, не гладкую поверхность, трение воздушного потока о которую будет создавать дополнительные потери мощности. Также значительная скорость воздушного потока будет вызывать разрушение воздуховода, который состоит из горной породы и, соответственно, с течением времени будет разрушаться, а выносимая горная пыль будет забивать турбину, находящуюся в верхней части трубы, что будет вызывать дополнительные эксплуатационные затраты. Укрепление же горной выработки не представляется возможным при такой ее длине и сложной конфигурации, при том что с укреплением сразу же возникнет проблема с техническим обслуживанием укрепленной выработки, поддержанием ее в исправном состоянии, прокладка же внутри горной выработки трубы «убивает» все преимущества данного изобретения, так как это несет за собой дополнительные финансовые затраты. Также возникают проблемы с изоляцией воздуховода от подземных вод, что несет за собой очередные вложения. К тому же, мощность электростанции будет снижаться за счет остывания горячего воздуха при контакте с холодными стенками воздуховода, хотя в изобретении и предлагается теплоизолировать стенки горных выработок, но не говорится каким способом, остается лишь догадываться, каких финансовых вложений это потребует при заданной длине и конфигурации воздуховода. Подводя итог всему вышесказанному, возникает вопрос о целесообразности такого выбора воздуховода, мнимости экономии на его строительстве, если вместе с этой «экономией» возникает целый ряд вопросов и дополнительных затрат.The presence of an air booster in the mine working, which must be additionally supplied with electricity, is a disadvantage of the prototype. The disadvantages include the fact that a mine working is used as a duct, which has a rough, not smooth surface, the friction of the air flow, which will create additional power loss. Also, a significant air flow rate will cause the destruction of the duct, which consists of rock and, accordingly, will deteriorate over time, and the removed mountain dust will clog the turbine in the upper part of the pipe, which will cause additional operating costs. Reinforcement of the mine workings is not possible with such a length and a complex configuration, despite the fact that the reinforcement will immediately have a problem with the maintenance of the fortified work, maintaining it in good condition, and laying the pipe inside the mine workings "kills" all the advantages of this invention, as it incurs additional financial costs. Also, there are problems with the isolation of the duct from the groundwater, which carries with it the next investment. In addition, the power plant capacity will decrease due to the cooling of hot air upon contact with the cold walls of the duct, although the invention proposes to insulate the walls of the mine workings, but it does not say in what way, it remains only to guess what financial investments this will require for a given length and configuration ductwork. Summarizing all the above, the question arises about the feasibility of such a choice of duct, the alleged economy of its construction, if a number of questions and additional costs arise with this “economy”.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков в разработанной конструкции горной воздушно-тяговой электростанции, повышение ее эффективности и снижении эксплуатационных затрат и затрат на строительство.The technical task of the present invention is to eliminate the noted deficiencies in the developed design of the mountain air-traction power plant, increasing its efficiency and reducing operating costs and construction costs.

Решение данной технической задачи достигается тем, что горная автономная воздушно-тяговая установка содержит воздуховод в виде трубы, проложенной вдоль склона горы, и установленный в ней воздушный двигатель, кинематически связанный с электрогенератором, и побудитель воздуха, согласно изобретению, воздуховод представляет собой последовательно соединенные сегменты из труб разного диаметра, таким образом, что диаметр труб с каждым соединением постепенно уменьшается от максимального в месте забора воздуха до минимального в месте установки воздушного двигателя, при этом нижняя часть воздуховода помещена в геотермальную емкость, а входное отверстие воздуховода расположено вне геотермальной емкости, причем побудитель воздуха установлен в верхней части воздуховода и выполнен в виде нагнетателя воздуха, состоящего из лопастей, приводимых в движение потоком ветра.The solution to this technical problem is achieved by the fact that the mountain autonomous air-traction unit contains an air duct in the form of a pipe laid along the mountain slope, and an air engine installed in it, kinematically connected with an electric generator, and the air inducer according to the invention, the air duct are sequentially connected segments pipes of different diameters, so that the diameter of the pipes with each connection gradually decreases from the maximum in the place of air intake to the minimum in the place of ki air motor, the lower part of the duct is placed in geothermal capacity, and air inlet opening is located outside the geothermal container, wherein air booster is installed in the upper part of the duct and is designed as air blower consisting of a blade driven by wind flow.

Создание воздуховода из последовательно соединенных сегментов из труб разного диаметра, таким образом, что диаметр труб с каждым соединением постепенно уменьшается от максимального в месте забора воздуха до минимального в месте установки воздушного двигателя, с размещением нижней части воздуховода в геотермальной емкости, с расположением входного отверстия воздуховода вне геотермальной емкости, и установкой побудителя воздуха в верхней части воздуховода с выполнением его в виде нагнетателя воздуха, состоящего из лопастей, приводимых в движение потоком ветра - составляют новизну данного технического решения.Creating an air duct from series-connected segments of pipes of different diameters, so that the diameter of the pipes with each connection gradually decreases from the maximum at the air intake to the minimum at the installation site of the air engine, with the lower part of the duct in the geothermal tank, with the location of the inlet duct outside the geothermal tank, and the installation of a booster air in the upper part of the duct with its execution in the form of a blower air, consisting of blades, are reducible x in the movement of the wind flow - make up the novelty of this technical solution.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи (фиг. 1 - фиг. 4):The invention is further illustrated by an example of its specific implementation with reference to the accompanying drawings (Fig. 1 - Fig. 4):

фиг. 1 изображает схему горной автономной воздушно-тяговой установки с горизонтальным забором воздуха (поперечное сечение, вид сбоку);FIG. 1 shows a diagram of a mountain autonomous air-traction unit with horizontal air intake (cross section, side view);

фиг. 2 изображает схематичный вид сверху под 45 градусов на горную автономную воздушно-тяговую установку, имеющую с воздуховодом соединенные дополнительные воздуховоды, сходящиеся в верхней части в один единый;FIG. 2 depicts a schematic top view at 45 degrees on a mountain autonomous air-traction unit, having connected air ducts with the duct, converging in the upper part into one single air duct;

фиг. 3 изображает горную автономную воздушно-тяговую установку с вертикальным забором воздуха и имеющую в месте забора воздуха систему зеркал;FIG. 3 depicts a mountain autonomous air-traction unit with a vertical air intake and a system of mirrors in place of the air intake;

фиг. 4 изображает то же, что и на фиг. 3, но ее схематичный вид сверху на место забора воздуха с системой зеркал.FIG. 4 depicts the same as in FIG. 3, but its schematic view from above to the place of air intake with a system of mirrors.

Горная автономная воздушно-тяговая установка (фиг. 1) состоит из гористой местности 1, на которую уложены через подставки 2 сегменты трубы воздуховода 3, скрепленные посредством соединения 4 и образующие единую труб, нижнее основание которой помещено в геотермальную емкость 5, в которую через впускную трубу 6 поступает горячая вода из геотермального источника 7 и вытекает из выпускной трубы 8, к воздуховоду посредством механического соединения 9 присоединяется турбина 10, кинематически соединенная с электрогенератором 11, выход которого соединен посредством кабеля 12 с преобразователем электрической энергии 13, соединенный с распределительным устройством 14, в трубе также установлен шибер 15, в верхней части воздуховода установлен нагнетатель воздуха 16, который посредством потока ветра 17 создает разряжение воздуха и формирует поток воздуха 18, поступающего в воздуховод.Mountain autonomous air-traction installation (Fig. 1) consists of mountainous terrain 1, on which segments of duct 3 are fastened through supports 2, fastened by connecting 4 and forming a single pipe, the lower base of which is placed in geothermal tank 5, into which through intake pipe 6 receives hot water from the geothermal source 7 and flows out of the exhaust pipe 8, a turbine 10 connected kinematically to an electric generator 11 is connected to the duct through mechanical connection 9, the output of which is ene via cable 12 to the transducer electrical energy 13 is connected with a control device 14 in the tube is also mounted gate 15 at the top of the duct is installed blower 16, which by means of a wind flow 17 creates air discharge and generates a flow of air 18 entering the duct.

На фиг. 2 изображен схематичный вид сверху под 45 градусов на горную автономную воздушно-тяговую установку по фиг. 1, отличающуюся тем, что с воздуховодом 18 соединенные дополнительные воздуховоды 19, 20, сходящиеся в верхней части в один единый.FIG. 2 shows a schematic top view at 45 degrees on the mountain autonomous air-traction unit according to FIG. 1, characterized in that the duct 18 connected additional air ducts 19, 20, converging in the upper part into one single.

Фиг. 3 изображает горную автономную воздушно-тяговую установку по фиг. 1, отличающуюся тем, что осуществляется вертикальный забор воздуха и на место забора воздуха 21 через систему зеркал 22, расположенной вокруг воздуховода под некоторым углом α, отражается солнечный луч 23 от солнца 24.FIG. 3 depicts a mountain autonomous air-traction unit according to FIG. 1, characterized in that the vertical air intake is carried out and the sunbeam 23 from the sun 24 is reflected to the place of air intake 21 through a system of mirrors 22 located around the duct at a certain angle α.

На фиг. 4 изображено то же, что и на фиг. 3, но ее схематичный вид сверху на место забора воздуха 21 с системой зеркал, состоящей из зеркальных сегментов 25.FIG. 4 shows the same as in FIG. 3, but its schematic view from above to the place of air intake 21 with a system of mirrors consisting of mirror segments 25.

Рассмотрим работу данной горной автономной воздушно-тяговой установки (ГАВ-ТУ).Consider the work of this mountain autonomous air-traction unit (GAV-TU).

Горная автономная воздушно-тяговая установка по фиг. 1. В гористой местности 1 сооружена труба, проложенная вдоль склона горы. Труба из себя представляет отдельные сегменты из труб 3, скрепленные между собой соединениями 4 таким образом, чтобы диаметр труб с каждым соединением постепенно уменьшался от максимального (в месте забора воздуха) до минимального (в месте установки турбины в самой верхней точке). Данное техническое решение позволяет получить монолитную трубу с постепенно уменьшающимся диаметром с минимальными затратами, изготовление же цельной трубы необходимой длины и нужной формы не представляется возможным. Постепенно уменьшающийся диаметр труб позволяет увеличить скорость движения воздуха в верхней части трубы (по закону Бернулли), соответственно, увеличить мощность установки. Еще одним плюсом такого соединения является то, что появляется возможность максимально точно повторить рельеф горы, не прибегая к сгибам труб, что достаточно проблематично. В том числе, если возникают какие-либо механические повреждения труб, то необходимо лишь заменить отдельный сегмент трубы, а не весь трубопровод целиком. Укладка трубы вдоль склона осуществляется на специальные подставки 2, которые позволяют вынести трубу на некоторое расстояние от поверхности земли и снизить нежелательное воздействие на нее осадков. Известно, что температура геотермальных вод постоянна круглый год и колеблется, в зависимости от источника, от 20 до 90 градусов, поэтому целесообразно соорудить специальную геотермальную водяную емкость 5, в которую будет поступать через впускную трубу 6 горячая вода 7 из геотермального источника и вытекать из нижнего ее основания через выпускную трубу 8, тем самым осуществляя циркуляцию воды в емкости. В емкость же помещена нижняя часть воздуховода, которая, нагреваясь от геотермальной воды, будет передавать тепло через стенки трубы, проходящему в ней воздуху 18, поступающего в воздуховод в нижнем его основании. Очевидно, что нагрев воздуха вызовет дополнительную разницу плотностей воздуха у основания горы и в самой верхней ее части. Таким образом, возникнет поток воздуха из области с большей его плотностью в область с меньшей плотностью: от основания воздуховода к его устью, а через него - в атмосферу, снизу вверх. В устье воздуховода установлено механическое соединение 9. Посредством механического соединения 9 к трубе присоединяется турбина 10, кинематически соединенная с электрогенератором 11, выход которого соединен посредством кабеля 12 с преобразователем электрической энергии 13, где электроэнергия преобразуется до требуемого (по показателям качества) уровня электроэнергии. От преобразователя энергия попадает на распределительное устройство 14 и передается дальше потребителям. В трубе также установлен шибер 15, который позволяет остановить ГАВ-ТУ посредством перекрытия сечения воздуховода. В самой верхней части трубы установлен нагнетатель воздуха 16, состоящий из лопастей, которые крутятся посредством проходящего потока ветра 17, тем самым выполняются функции побудителя воздуха, который создает первичный воздушный поток (для запуска установки) и в дальнейшем продолжает его поддерживать и усиливать.Mountain autonomous air-traction installation according to FIG. 1. In mountainous terrain 1 a pipe was laid, laid along the mountainside. The pipe is individual segments of pipes 3, fastened together by connections 4 so that the diameter of the pipes with each connection gradually decreases from the maximum (at the air intake) to the minimum (at the installation site of the turbine at the highest point). This solution allows you to get a monolithic pipe with a gradually decreasing diameter with minimal cost, the manufacture of a solid pipe of the required length and shape does not seem possible. The gradually decreasing diameter of the pipes allows to increase the speed of air movement in the upper part of the pipe (according to the Bernoulli law), respectively, to increase the capacity of the installation. Another advantage of such a connection is that it is possible to repeat the relief of the mountain as accurately as possible, without resorting to pipe bends, which is quite problematic. Including, if any mechanical damage to the pipes occurs, it is only necessary to replace a separate pipe segment, and not the entire pipeline. Pipe laying along the slope is carried out on special supports 2, which allow carrying the pipe some distance from the ground and reducing undesirable effects of precipitation on it. It is known that the temperature of geothermal waters is constant throughout the year and varies, depending on the source, from 20 to 90 degrees, therefore it is advisable to build a special geothermal water tank 5, into which hot water 7 will flow through the inlet pipe 6 and flow out of the lower its base through the exhaust pipe 8, thereby carrying out the circulation of water in the tank. In the tank is placed the lower part of the duct, which, heated from geothermal water, will transfer heat through the walls of the pipe, the air passing through it 18, entering the duct in its lower base. It is obvious that the heating of the air will cause an additional difference in the densities of air at the base of the mountain and in its uppermost part. Thus, there will be a flow of air from the region with its greater density to the region with a lower density: from the base of the duct to its mouth, and through it to the atmosphere, from the bottom up. A mechanical connection 9 is installed at the mouth of the duct. A mechanical connection 9 connects a turbine 10 to the pipe, kinematically connected to an electric generator 11, the output of which is connected via cable 12 to an electrical energy converter 13, where the electric power is converted to the required electric power level. From the converter, the energy flows to the switchgear 14 and is transmitted further to consumers. In the pipe is also installed gate 15, which allows you to stop GAV-TU by overlapping the cross section of the duct. At the very top of the pipe, an air blower 16 is installed, consisting of blades that rotate by means of a passing wind stream 17, thereby performing the functions of an air booster that creates the primary air flow (to start the installation) and continues to maintain and strengthen it.

Горная автономная воздушно-тяговая установка по фиг. 2. Устройство ГАВ-ТУ по фиг. 2 аналогично описанному выше устройству ГАВ-ТУ по фиг. 1 за исключением следующего отличия: с воздуховодом 18 соединены дополнительные воздуховоды 19, 20, сходящиеся в верхней части в один единый воздуховод и имеющие в своих нижних частях нагреватели в виде геотермальных емкостей 5. Таким образом, появляется возможность увеличить мощность установки за счет увлечения скорости потока воздуха в месте установки турбины 10.Mountain autonomous air-traction installation according to FIG. 2. The GAV-TU device of FIG. 2 is similar to the above-described device HAB-TU of FIG. 1 except for the following difference: additional ducts 19, 20 are connected to duct 18, converging in the upper part into one single duct and having heaters in their lower parts in the form of geothermal tanks 5. Thus, it becomes possible to increase the capacity of the installation due to the flow rate air at the installation site of the turbine 10.

Горная автономная воздушно-тяговая установка по фиг. 3 и 4. Преимущественно она отличается от ГАВ-ТУ по фиг. 1 тем, что забор воздуха в воздуховод происходит не горизонтально, а вертикально, тем самым появляется возможность установить на геотермальную емкость 5 систему зеркал 22, расположенную вокруг воздуховода под некоторым углом α таким образом, чтобы направить падающий солнечный луч 23 в сторону места забора воздуха 21 и тем самым дополнительно нагреть его и создать дополнительную разницу температур. На фиг. 4 показан схематичный рисунок сверху на место забора воздуховода 21, где установлена система зеркал, состоящая из зеркальных сегментов 25, расположенных по углом α от поверхности земли.Mountain autonomous air-traction installation according to FIG. 3 and 4. Preferably, it differs from the HAB-TU of FIG. 1 by the fact that the air intake into the air duct does not occur horizontally, but vertically, thus making it possible to install a system of mirrors 22 on the geothermal tank 5 located around the duct at a certain angle α in such a way as to direct the incident sun beam 23 towards the air intake site 21 and thereby further heat it and create additional temperature differences. FIG. 4 shows a schematic drawing from above to the place of the intake of the duct 21, where a system of mirrors is installed, consisting of mirror segments 25 arranged at an angle α from the ground surface.

По сравнению с прототипом, заявляемая горная автономная воздушно-тяговая установка лишена отмеченных недостатков, она обладает повышенной эффективностью и характеризуется более низкими эксплуатационными и строительными затратами.Compared with the prototype, the claimed mountain autonomous air-traction installation is devoid of marked shortcomings, it has increased efficiency and is characterized by lower operating and construction costs.

Claims

1. Mountain autonomous air-traction unit, containing an air duct in the form of a pipe, laid along a mountain slope, and an air engine installed in it, kinematically connected with an electric generator, and an air booster, characterized in that the duct pipe is sequentially connected segments of different pipes diameter, so that the diameter of the pipe with each connection gradually decreases from the maximum in the place of the air intake to the minimum at the installation site of the air engine, while the lower hour The duct is placed in a geothermal tank, and the inlet of the duct is located outside the geothermal tank, with the air booster installed in the upper part of the duct and designed as an air blower consisting of blades set in motion by the wind flow.

2. Mountain autonomous air-traction unit according to claim 1, characterized in that additional air ducts are connected to the duct, converging in the upper part into one single duct and having heaters in their lower parts in the form of geothermal tanks;

3. Mountain autonomous air-traction unit according to claim 1 or 2, characterized in that at the foot of the mountain, in the place of air intake into the duct, is a system of mirrors.