RU76987U1 - PNEUMATIC HYDRAULIC UNIT - Google Patents

PNEUMATIC HYDRAULIC UNIT Download PDF

Info

Publication number
RU76987U1
RU76987U1 RU2008123083/22U RU2008123083U RU76987U1 RU 76987 U1 RU76987 U1 RU 76987U1 RU 2008123083/22 U RU2008123083/22 U RU 2008123083/22U RU 2008123083 U RU2008123083 U RU 2008123083U RU 76987 U1 RU76987 U1 RU 76987U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
energy
turbine
cylindrical body
unit
Prior art date
Application number
RU2008123083/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Волков
Станислав Алексеевич Воробьев
Евгений Александрович Коныгин
Сергей Иванович Скубиев
Original Assignee
Сергей Николаевич Волков
Станислав Алексеевич Воробьев
Евгений Александрович Коныгин
Сергей Иванович Скубиев
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 Сергей Николаевич Волков, Станислав Алексеевич Воробьев, Евгений Александрович Коныгин, Сергей Иванович Скубиев filed Critical Сергей Николаевич Волков
Priority to RU2008123083/22U priority Critical patent/RU76987U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU76987U1 publication Critical patent/RU76987U1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Abstract

Полезная модель относится к пневмогидравлическим агрегатам и может использоваться в качестве альтернативного и экологически чистого преобразователя низкопотенциальной тепловой энергии водной среды или сбрасываемой с АЭС воды в водоемы в электрическую энергию. Пневмогидравлический агрегат за счет преобразования энергии сжатого воздуха, пропускаемого через водную среду, осуществляет отбор низкопотенциальной тепловой энергии воды, создает направленную подъемную силу водо-воздушной среды и преобразует в цилиндрических корпусах движение водо-воздушной среды в механическое вращение турбины и генератора электрического тока. Пневмогидравлический агрегат позволяет преобразовать энергию сжатого воздуха, утилизировать низкопотенциальную энергию воды, сбрасываемую с АЭС в водоемы, не требует высокоуровневого резервуара, при этом снижается температура водной среды, улучшает экологию и газовый состав воды за счет насыщения ее кислородом, также позволяет использовать тепловую энергию Солнца и энергию тепла, запасенную в воде и воздухе. Заявленный технический результат достигается за счет того, что пневмогидравлический агрегат, содержащий соединенный с источником сжатого воздуха цилиндрический корпус с установленной с возможностью вращения на вертикальной оси гидротурбиной, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, два цилиндрических корпуса коноидально соединенных между собой коллектором, в каждом из цилиндрических корпусов помещен гидроагрегат-гидротурбина с генератором электрического тока, причем первый цилиндрический корпус выполнен с возможностью подачи через него снизу сжатого воздуха, второй цилиндрический корпус в верхней части снабжен направляющим аппаратом, функцией которого является тангенциальная подача воды на гидротурбину второго гидроагрегата.The utility model relates to pneumohydraulic units and can be used as an alternative and environmentally friendly converter of low potential thermal energy of the aquatic environment or water discharged from nuclear power plants into water bodies into electrical energy. Pneumohydraulic unit, by converting the energy of compressed air passed through the aqueous medium, selects low-potential thermal energy of water, creates a directed lifting force of the air-water medium and converts the movement of the water-air medium in cylindrical cases into mechanical rotation of the turbine and electric current generator. The pneumatic-hydraulic unit allows you to convert the energy of compressed air, to utilize the low-potential energy of water discharged from nuclear power plants into water bodies, does not require a high-level reservoir, while the temperature of the aquatic environment decreases, it improves the ecology and gas composition of the water due to its saturation with oxygen, and also allows the use of solar thermal energy and heat energy stored in water and air. The claimed technical result is achieved due to the fact that the pneumohydraulic unit comprising a cylindrical body connected to a compressed air source with a hydraulic turbine mounted to rotate on a vertical axis, characterized in that it contains at least two cylindrical bodies conoidally connected to each other by a collector, in each of the cylindrical bodies placed hydro-turbine with an electric current generator, and the first cylindrical body is made with the possibility of Aci therethrough of compressed air from the bottom, the second cylindrical body at the top is provided with guide vanes, the function of which is tangential water supply to the hydraulic turbine of the second hydraulic unit.

Description

Область примененияApplication area

Полезная модель относится к пневмогидравлическим агрегатам и может использоваться в качестве альтернативного и экологически чистого преобразователя низкопотенциальной тепловой энергии водной среды, сбрасываемой с АЭС воды в водоемы, также позволяет использовать энергию Солнца и энергию тепла, запасенную в воде и воздухе в электрическую энергию.The utility model relates to pneumohydraulic units and can be used as an alternative and environmentally friendly converter of low-potential thermal energy of an aqueous medium discharged from a nuclear power plant into water bodies, and also allows the use of solar energy and heat energy stored in water and air into electrical energy.

Уровень техникиState of the art

Известен из теории и практики гидравлический агрегат с осевой пропеллерной гидравлической турбиной, содержащий проточную часть корпуса, с размещенным в ней с возможностью вращения рабочим колесом, соединенным валом с генератором. Данный гидравлический агрегат использует потенциальную энергию воды высокоуровневого резервуара через воздействие ее на лопасти рабочего колеса. Однако в этом гидравлическом агрегате турбина преобразует только механическую энергию воды, и не используется отбор тепловой энергии воды.It is known from theory and practice that a hydraulic unit with an axial propeller hydraulic turbine containing a flow part of the housing, with an impeller placed in it with the possibility of rotation, connected by a shaft to a generator. This hydraulic unit uses the potential energy of the water of a high-level reservoir through its impact on the impeller blades. However, in this hydraulic unit, the turbine converts only the mechanical energy of the water, and the selection of the thermal energy of the water is not used.

Известен из теории и практики также гидравлический агрегат с диагонально-осевой гидравлической турбиной, лопасти рабочего колеса которой расположены под острым углом к вертикальной оси и используют механическую энергию воды высокоуровневого резервуара. В этом гидравлическом агрегате КПД (коэффициент полезного действия) для этой турбины выше, чем в предыдущем варианте, но в данной схеме гидроагрегата не используется тепловая энергия, запасенная в воде.Also known from theory and practice is a hydraulic unit with a diagonal-axial hydraulic turbine, the impeller blades of which are located at an acute angle to the vertical axis and use the mechanical energy of water from a high-level tank. In this hydraulic unit, the efficiency (coefficient of performance) for this turbine is higher than in the previous version, but this hydraulic unit scheme does not use the thermal energy stored in the water.

Известен гидроагрегат (см. Щапов Н.М., Турбинное оборудование гидростанций, М., -Л., Госэнергоиздат, 1961, с.281-283, рис.16-24), в котором рабочее колесо приводится во вращательное движение от восходящего потока воды, а направляющий аппарат находится ниже рабочего колеса, отсасывающий направляющий аппарат находится выше рабочего колеса. Конструкция гидроагрегата позволяет наиболее полно использовать энергию воды за счет некоторого увеличения столба воды над рабочим колесом, что повышает КПД гидроагрегата. В данном агрегате повышение эффективности достигается A well-known hydraulic unit (see N. Shchapov, Turbine equipment of hydroelectric power stations, M., -L., Gosenergoizdat, 1961, p. 281-283, Fig. 16-24), in which the impeller is rotationally driven from the upward flow water, and the guide vane is below the impeller, the suction guide vane is above the impeller. The design of the hydraulic unit allows the most complete use of the energy of the water due to some increase in the water column above the impeller, which increases the efficiency of the hydraulic unit. In this unit, increased efficiency is achieved

за счет наиболее полного использования напора воды. Но и в этом случае также не используется тепловая энергия, запасенная в воде.due to the most complete use of water pressure. But in this case also, the thermal energy stored in the water is not used.

Известна "Энергоизвлекающая пневмогидравлическая турбина" (патент РФ №2120058), содержащая осевое пропеллерное рабочее колесо, установленное в корпусе, размещенном в емкости с водой или водоеме, соединенное с источником сжатого воздуха. Данное устройство не требует высокоуровневого резервуара и преобразует энергию сжатого воздуха. Но и в этом случае также не полностью используется запасенная в воде тепловая энергия и подъемная сила водо-воздушной смеси, увеличивающейся при вертикальном движении вверх за счет расширения пузырьков воздуха в процессе отбора тепловой энергии из воды и понижения статического давления.Known "Energy-extracting pneumohydraulic turbine" (RF patent No. 212,058), containing an axial propeller impeller mounted in a housing located in a container with water or a reservoir connected to a source of compressed air. This device does not require a high-level tank and converts the energy of compressed air. But even in this case, the thermal energy stored in the water and the lifting force of the water-air mixture, which increases with vertical upward movement due to the expansion of air bubbles in the process of taking thermal energy out of the water and lowering the static pressure, are also not fully used.

Известна «Пневмогидравлическая турбина» (патент РФ N 2170364) характеризующаяся увеличенным числом рабочих колес, соединенных зубчатой передачей с вертикальным валом вне корпуса турбины. Данное решение выбрано за прототип.Known "Pneumohydraulic turbine" (RF patent N 2170364) is characterized by an increased number of impellers connected by a gear transmission with a vertical shaft outside the turbine housing. This solution is chosen as a prototype.

Пневмогидравлическая турбина содержит цилиндрический корпус, имеющий трубу слива и заполнения, соединенный с источником сжатого воздуха. Выше дна корпуса закреплена турбина с зазором между стенками корпуса. В корпусе турбины на вертикальной оси размещены с возможностью вращения рабочие колеса, соединенные зубчатой передачей с вертикальным валом, размещенным вне корпуса турбины. Вал соединен с генератором. Но, данное устройство требует сложную кинематическую схему объединения турбинных колес, а именно: распределенный редуктор, который размешается в водной среде, требует сложного конструктивного решения, технологических отверстий в корпусе пневмогидравлической турбины, сложной системы обслуживания, снижает надежность устройства, и уменьшает КПД устройства.Pneumohydraulic turbine contains a cylindrical body having a drain and fill pipe connected to a source of compressed air. A turbine is fixed above the bottom of the casing with a gap between the casing walls. In the turbine housing on the vertical axis are rotatably mounted impellers connected by a gear transmission with a vertical shaft located outside the turbine housing. The shaft is connected to the generator. But, this device requires a complex kinematic scheme for combining turbine wheels, namely: a distributed gearbox, which is placed in an aqueous medium, requires a complex design solution, technological holes in the body of a pneumohydraulic turbine, a complex maintenance system, reduces the reliability of the device, and reduces the efficiency of the device.

Задачей полезной модели является создание пневмогидравлического агрегата, преобразующего энергию сжатого воздуха, тепловую энергию водной среды, кинетическую энергию водо-воздушного и водяного потоков с одновременным улучшением газового состава воды за счет насыщения ее кислородом атмосферного воздуха и повышение КДП.The objective of the utility model is to create a pneumohydraulic unit that converts the energy of compressed air, the thermal energy of the aquatic environment, the kinetic energy of the water-air and water flows, while improving the gas composition of the water by saturating it with atmospheric oxygen and increasing the KDP.

Технический результат: пневмогидравлический агрегат позволяет за счет преобразования энергии сжатого воздуха, пропускаемого через водную среду, Effect: pneumohydraulic unit allows for the conversion of energy of compressed air passed through an aqueous medium,

осуществлять отбор низкопотенциальной тепловой энергии воды, создает направленную подъемную силу водо-воздушной среды и преобразует в цилиндрических корпусах движение водо-воздушной среды в механическое вращение турбины и генератора электрического тока. Пневмогидравлический агрегат позволяет преобразовать энергию сжатого воздуха, утилизировать низкопотенциальную энергию воды, сбрасываемую с АЭС в водоемы, не требует высокоуровневого резервуара, при этом снижается температура водной среды, улучшает экологию и газовый состав воды за счет насыщения ее кислородом, также позволяет использовать тепловую энергию Солнца и энергию тепла, запасенную в воде и воздухе.to carry out the selection of low-potential thermal energy of water, creates a directed lifting force of the water-air medium and converts the movement of the water-air medium in cylindrical bodies into mechanical rotation of the turbine and electric current generator. The pneumatic-hydraulic unit allows you to convert the energy of compressed air, to utilize the low-potential energy of water discharged from nuclear power plants into water bodies, does not require a high-level reservoir, while the temperature of the aquatic environment decreases, it improves the ecology and gas composition of the water due to its saturation with oxygen, and also allows the use of solar thermal energy and heat energy stored in water and air.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На Фиг.1 показана конструктивная схема устройства пневмогидравлического агрегата, где: 1 - Блок коммутации и управления, 2 - Компрессор, 3 - Резервуар, 4 - Уровень воды, 5 - Генератор тока первого гидроагрегата, 6 - Вал первого гидроагрегата, 7 - Гидротурбина первого гидроагрегата, 8 - Первый цилиндрический корпус, 9 - Воздуховод, 10 -Сепаратор воздуха, 11 - коллектор, 12 - Генератор тока второго гидроагрегата, 13 - Цепь электрического выхода генератор тока первого гидроагрегата, 14 - Цепь электрического выхода генератор тока второго гидроагрегата, 15 - Редуктор генератор тока второго гидроагрегата, 16 - Направляющий аппарат второго цилиндрического корпуса с тангенциальным вводом воды во второй цилиндрический корпус, 17 - Гидротурбина второго гидроагрегата, 18 - Второй цилиндрический корпус, 19 - Вал второго гидроагрегата, 20 - Заливная горловина, 21 - Сливная горловина.Figure 1 shows a structural diagram of the device of a pneumohydraulic unit, where: 1 - Switching and control unit, 2 - Compressor, 3 - Tank, 4 - Water level, 5 - Current generator of the first hydraulic unit, 6 - Shaft of the first hydraulic unit, 7 - Hydroturbine of the first hydraulic unit, 8 - First cylindrical body, 9 - Air duct, 10 - Air separator, 11 - collector, 12 - Current generator of the second hydraulic unit, 13 - Electrical output circuit of the current generator of the first hydraulic unit, 14 - Electric output circuit of the current generator of the second hydraulic unit, 15 - Reducto alternator second hydraulic unit 16 - guide vane of the second cylindrical body with a tangential inlet of water into the second cylindrical body 17 - Turbine second hydraulic unit 18 - second cylindrical body 19 - Val second hydraulic unit 20 - Filler neck, 21 - drain spout.

На Фиг.2 приведена схема направляющего аппарата с тангенциальным вводом воды во второй цилиндрический корпус, где 22 - Гидротурбина.Figure 2 shows a diagram of a guide vane with tangential water inlet into the second cylindrical body, where 22 is a Hydroturbine.

Реализация полезной моделиUtility Model Implementation

Заявленный технический результат достигается за счет того, что пневмогидравлический агрегат, содержащий соединенный с источником сжатого воздуха цилиндрический корпус с установленной с возможностью вращения на вертикальной оси гидротурбиной, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, два цилиндрических корпуса коноидально соединенных между собой коллектором, в каждом из цилиндрических корпусов помещен гидроагрегат - гидротурбина с генератором электрического тока, причем первый цилиндрический корпус выполнен с возможностью подачи через него The claimed technical result is achieved due to the fact that the pneumohydraulic unit comprising a cylindrical body connected to a compressed air source with a hydraulic turbine mounted to rotate on a vertical axis, characterized in that it contains at least two cylindrical bodies conoidally connected to each other by a collector, in each of the cylindrical bodies placed a hydraulic unit - a turbine with an electric current generator, and the first cylindrical body is made with the possibility of testify through

снизу сжатого воздуха, второй цилиндрический корпус в верхней части снабжен направляющим аппаратом, функцией которого является тангенциальная подача воды на гидротурбину второго гидроагрегата.bottom of the compressed air, the second cylindrical body in the upper part is equipped with a guide apparatus, the function of which is the tangential supply of water to the turbine of the second hydraulic unit.

В предложенном пневмогидравлическом агрегате существенно то, что он не требует высокоуровневого резервуара. Возникающий восходящий водо-воздушный поток в первом цилиндрическом корпусе, приводит к снижению в нем гидравлического давления, что приводит к перетеканию воды по коллектору, коноидально соединяющему цилиндрические корпуса, от второго к первому цилиндрическому корпусу и, соответственно, к поступлению через направляющий аппарат второго цилиндрического корпуса равного количества воды на турбину второго гидроагрегата.In the proposed pneumohydraulic unit, it is essential that it does not require a high-level tank. The resulting ascending water-air flow in the first cylindrical body leads to a decrease in hydraulic pressure in it, which leads to the flow of water along the collector, conoidally connecting the cylindrical bodies, from the second to the first cylindrical body and, accordingly, to the flow through the guide apparatus of the second cylindrical body equal amount of water to the turbine of the second hydraulic unit.

В предложенном пневмогидравлическом агрегате, в первом цилиндрическом корпусе восходящий водо-воздушный поток, действующий на гидротурбину первого гидроагрегата, создается в результате замещения и перетока вытесненной воды, охлажденным в теплоизолированной расширительной системе компрессора, расширяющимся объемом воздуха. Изменение объема воздуха - увеличение объема пузырьков - происходит в результате его нагрева (отбора тепла из водной среды) и снижения гидравлического давления по мере всплытия пузырьков воздуха. Возникающий восходящий поток водо-воздушной смеси преобразуется гидротурбиной в механическую энергию и, генератором тока механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию. При этом, теплота отбираемая воздухом из водной среды, создает восходящий водо-воздушный поток с кинетической энергией в количестве большей, чем затрачено энергии на сжатие воздуха в компрессоре (изотермный КПД компрессора не превышает 0,6).In the proposed pneumohydraulic unit, in the first cylindrical body, an upward water-air flow acting on the hydraulic turbine of the first hydraulic unit is created as a result of displacement and overflow of displaced water, cooled in a thermally insulated expansion system of the compressor, expanding the volume of air. A change in air volume — an increase in the volume of bubbles — occurs as a result of its heating (heat removal from the aqueous medium) and a decrease in hydraulic pressure as air bubbles rise. The resulting upward flow of the water-air mixture is converted by hydraulic turbine into mechanical energy and, by a current generator, the mechanical energy of rotation is converted into electrical energy. In this case, the heat taken by air from the aqueous medium creates an upward water-air flow with kinetic energy in an amount greater than the energy expended in compressing the air in the compressor (the isothermal efficiency of the compressor does not exceed 0.6).

Компенсация объема воды, вытесняемая поступающим и расширяющимся воздухом в первый цилиндрический корпус, заменяется равным количеством воды, поступающей из второго цилиндрического корпуса по коноидально соединенному коллектору, где гидростатическое давление в два раза выше, чем в первом цилиндрическом корпусе. При этом, кинетическая энергия движение воды во втором цилиндрическом корпусе преобразуется гидравлической турбиной второго гидравлического агрегата, а механическая энергия вращения гидравлической турбины преобразуется генератором тока второго гидравлического агрегата.Compensation of the volume of water displaced by the incoming and expanding air into the first cylindrical body is replaced by an equal amount of water coming from the second cylindrical body through a conoidally connected manifold, where the hydrostatic pressure is two times higher than in the first cylindrical body. In this case, the kinetic energy of the movement of water in the second cylindrical body is converted by a hydraulic turbine of the second hydraulic unit, and the mechanical energy of rotation of the hydraulic turbine is converted by the current generator of the second hydraulic unit.

Через направляющий аппарат 16 (см. Фиг.2), размещенный в верхней части второго цилиндрического корпуса на гидравлическую турбину 22 тангенциально поступает вода в Through the guide apparatus 16 (see Figure 2), located in the upper part of the second cylindrical body, the hydraulic turbine 22 tangentially flows water into

объеме равном объему, перетекающему через коллектор коноидально соединяющий первый и второй цилиндрические корпуса и равный объему вытесняемой воды из первого цилиндрического корпуса.volume equal to the volume flowing through the collector conoidally connecting the first and second cylindrical bodies and equal to the volume of water displaced from the first cylindrical body.

Расход воды перетекающий через второй цилиндрический корпус и коллектор коноидально соединяющий первый и второй цилиндрические корпуса пневмогидравлического агрегата определяется из условия, что Q=VK, где VK - объем воздуха после всплытия, который равенThe water flow flowing through the second cylindrical body and the collector conoidally connecting the first and second cylindrical bodies of the pneumohydraulic unit is determined from the condition that Q = V K , where V K is the volume of air after ascent, which is equal to

Vk=VH(1+t1-t2/273)·PV k = V H (1 + t 1 -t 2/273) · P

где VH - производительность источника сжатого воздуха на выходе из расширительной системы, м3/с; t1 - температура воды, °С; t2 - температура воздуха °С, с учетом понижения температуры при падении давления в расширительной системе (около 24°С на 1 атм.), что позволяет строить электростанции на водоемах с малой глубиной без высокоуровневого резервуара (водохранилища) и эффективно осуществляя отбор тепловой энергии от водной среды; Р - коэффициент давления - (Нм:10 м=1).where V H is the capacity of the source of compressed air at the outlet of the expansion system, m 3 / s; t 1 - water temperature, ° C; t 2 - air temperature ° С, taking into account the decrease in temperature when the pressure drops in the expansion system (about 24 ° С per 1 atm.), which allows you to build power plants in shallow reservoirs without a high-level reservoir (reservoir) and effectively carry out the selection of thermal energy from the aquatic environment; P is the pressure coefficient - (Nm: 10 m = 1).

Скорость движения воды по коллектору, коноидально соединяющему первый и второй цилиндрические корпуса, определяется по известной формуле гидравлики (Кудинов В.А., Карташов Э.М., Гидравлика, - М, Высш. Шк., 2006, 175 с; ил., с.164-167).The speed of water movement along the collector conoidally connecting the first and second cylindrical bodies is determined by the well-known hydraulics formula (Kudinov V.A., Kartashov E.M., Hydraulics, - M, Vyssh. Shk., 2006, 175 s; ill., p. 164-167).

, ,

гдеWhere

H1 - высота напора воды в первом цилиндрическом корпусе,H1 is the height of the water head in the first cylindrical body,

Н2 высота напора воды во втором цилиндрическом корпусе,H2 is the height of the water head in the second cylindrical body,

Пневмогидравлический агрегат (см. Фиг.1) содержит: блок коммутации и управления 1, подключенный к внешней электрической энергосети для первичного запуска компрессора 2, цепи запуска компрессора 2 соединяющие компрессор 2 и блок коммутации и управления 1, цепи электрического выхода 13 генератора тока 5 первого гидроагрегата, цепи электрического выхода 14 генератора тока 12 второго гидроагрегата, цепи подключения внешних потребителей электрической энергии к блоку коммутации и управления 1; резервуар 3 с заливной 20 и сливной 21 горловинами, уровень воды 4 в резервуаре 3; выход расширителя сжатого воздуха компрессора 2 соединен воздуховодом 9 с сепаратором 10 первого цилиндрического корпуса 8, внутри которого размещена гидротурбина 7 на валу 6 первого гидроагрегата, присоединенного к Pneumohydraulic unit (see Figure 1) contains: a switching and control unit 1 connected to an external electrical network for the initial start-up of compressor 2, a compressor start circuit 2 connecting the compressor 2 and a switching and control unit 1, electrical output circuit 13 of the current generator 5 of the first hydraulic unit, electric output circuit 14 of the current generator 12 of the second hydraulic unit, the circuit for connecting external consumers of electric energy to the switching and control unit 1; reservoir 3 with filler 20 and drain 21 necks, water level 4 in reservoir 3; the output of the compressed air expander of the compressor 2 is connected by an air duct 9 to a separator 10 of the first cylindrical body 8, inside which a hydraulic turbine 7 is located on the shaft 6 of the first hydraulic unit attached to

генератору тока 5; коллектор 11 коноидально соединен с первым цилиндрическим корпусом 8 и вторым цилиндрическим корпусом 18, который в верхней части соединен с направляющим аппаратом 16 второго цилиндрического корпуса; гидротурбина 17 размещена на валу 19, который через редуктор 15 подсоединен к генератору тока 12 второго гидроагрегата.current generator 5; the collector 11 is conoidally connected to the first cylindrical body 8 and the second cylindrical body 18, which in the upper part is connected to the guide apparatus 16 of the second cylindrical body; a hydraulic turbine 17 is placed on the shaft 19, which is connected through a gearbox 15 to the current generator 12 of the second hydraulic unit.

При работе пневмогидравлического агрегата воздух с выхода расширителя сжатого воздуха компрессора 2 через воздуховод 9 поступает в сепаратор 10, где происходит дробление воздуха на большее количество воздушных пузырей, наиболее полно отбирает теплоту от воды, запасенную при таянии льда (скрытая теплота плавления равная 80 кал/г), отобранную системой охлаждения при сжатии воздуха или другим источником горячей воды, например, поступающей через заливную горловину 20 резервуара 3, а, увеличиваясь в объеме пузыри, увеличивают и силу плавучести, в большем объеме вытесняет воду из первого цилиндрического корпуса 8, чем, если бы под столб воды подавалась вода и при КПД, равном 1, могло бы быть получено количество энергии, равное затраченному (принцип гидроаккумулирующей электростанции), при этом на замену перетекающей воды через верхний срез первого цилиндрического корпуса 8, через коллектор 11, коноидально соединяющий первый цилиндрический корпус 8 и второй цилиндрический корпус 18 из второго цилиндрического корпуса 18 поступает равное количество, вытесненному объему воды, воздействуя на гидротурбину 7 первого гидроагрегата, приводя во вращательное движение вал 6, и, соответственно, генератор тока 5.During the operation of the pneumohydraulic unit, the air from the outlet of the compressed air expander of the compressor 2 through the duct 9 enters the separator 10, where air is crushed into a larger number of air bubbles, it most fully removes the heat from the water stored during ice melting (latent heat of fusion equal to 80 cal / g ), selected by the cooling system during compression of the air or another source of hot water, for example, coming through the filler neck 20 of the tank 3, and, increasing in volume, the bubbles also increase the buoyancy force, in displaces water from the first cylindrical body 8 with a larger volume than if water were supplied under a column of water and at an efficiency equal to 1, an amount of energy equal to expended could be obtained (principle of a pumped storage power plant), while replacing flowing water through the upper cut the first cylindrical body 8, through the collector 11, conoidally connecting the first cylindrical body 8 and the second cylindrical body 18 from the second cylindrical body 18 receives an equal amount of displaced water volume, acting to a hydraulic turbine 7 of the first hydraulic unit, bringing the shaft 6 into rotation, and, accordingly, the current generator 5.

Переток воды из второго цилиндрического корпуса 18 по коллектору 11 компенсируется поступлением воды через направляющий аппарат 16 второго цилиндрического корпуса 18, что приводит к гидравлическому воздействию на гидротурбину 17 второго гидроагрегата, вращательное движение гидротурбины 17 передается через вал 19 и редуктор 15 на генератор тока 12 второго гидроагрегата.The water flow from the second cylindrical body 18 through the collector 11 is compensated by the flow of water through the guide apparatus 16 of the second cylindrical body 18, which leads to a hydraulic effect on the hydraulic turbine 17 of the second hydraulic unit, the rotational movement of the hydraulic turbine 17 is transmitted through the shaft 19 and the gear 15 to the current generator 12 of the second hydraulic unit .

При этом вектор движения воды поступающей из направляющего аппарата 16 во второй цилиндрический корпус 18 складывается из двух составляющих векторов:In this case, the vector of movement of water coming from the guide apparatus 16 into the second cylindrical body 18 is composed of two component vectors:

вектора тангенциальной скорости - VКР,tangential velocity vector - V KR ,

вектора вертикальной скорости - VB,vertical velocity vectors - V B ,

вектора суммарной скорости - VС,vector of total speed - V C ,

Таким образом, в заявляемом техническом решении «пневмогидравлический агрегат» при фиксированных затратах на создание подъемной силы водо-воздушной смеси по Thus, in the claimed technical solution "pneumatic-hydraulic unit" at a fixed cost to create the lifting force of the air-water mixture

сравнению с прототипом, обладает техническими возможностями по крайней мере увеличить практически в два раза производство электрической.Compared with the prototype, it has the technical capabilities to at least almost double the production of electric.

Принимая за основу типовую методику оценки энергетических возможностей гидроагрегатов, оценим получаемый энергетический результат на прототипе.Based on a typical methodology for assessing the energy capabilities of hydraulic units, we evaluate the resulting energy result on the prototype.

Для варианта прототипа сила, воздействующая на гидротурбину 7 первого гидроагрегата снизу, равна силе притяжения единицы массы воды и равна силе выталкивания единицы объема подведенного воздуха.For the prototype, the force acting on the hydraulic turbine 7 of the first hydraulic unit from below is equal to the force of attraction of a unit mass of water and equal to the force of pushing out a unit volume of supplied air.

Расчет мощности ведется по формуле расчета мощности гидравлической турбины, когда в весовом эквиваленте при плотности воды 1000 кг/м3 и силе плавучести 1 м3=1000 кгс 9,81·Q - сила, приложенная в течение секунды.The power calculation is carried out according to the formula for calculating the power of a hydraulic turbine, when in a weight equivalent at a water density of 1000 kg / m 3 and buoyancy force 1 m 3 = 1000 kgf 9.81 · Q is the force applied for a second.

Мощность определяется по формуле:Power is determined by the formula:

N=9,8·Q·H·η,N = 9.8 · Q · H · η,

где 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения; Q- расход воды, м3/с; Н - напор, м; η - КПД (коэффициент полезного действия), N - мощность в кВт.where 9.81 m / s 2 - acceleration of gravity; Q is the flow rate of water, m 3 / s; N - pressure, m; η - efficiency (efficiency), N - power in kW.

Легко видеть, что оценка энергетической мощности, получаемой на гидротурбине 17 заявляемого пневмогидравлического агрегата, так же может быть оценена по приведенной формуле.It is easy to see that the estimate of the energy capacity obtained on the hydraulic turbine 17 of the inventive pneumohydraulic unit can also be estimated by the above formula.

Следует отметить, что потери обусловленные изменением кинетического момента движущейся водяной среды из второго цилиндрического корпуса 18 через коноидальное сопряжение с коллектором 11, коноидально соединяющимся с первым цилиндрическим корпусом 8 зависит от диаметра и длины коллектора. В нашем случае при размерах превышающих десятки сантиметров, например, 100 см, потерями можно пренебречь (Кудинов В.А., Карташов Э.М., Гидравлика, - М, Высш. Шк., 2006,175 с; ил., с.164-167). Технико-экономический эффект заявляемого технического решения пневмогидравлический агрегат также очевиден, при стоимости компрессорной установки равной стоимости компрессора прототипа производится электрической энергии в два раза больше.It should be noted that the losses caused by the change in the kinetic moment of the moving water medium from the second cylindrical body 18 through the conoidal interface with the collector 11, conoidally connected to the first cylindrical body 8 depends on the diameter and length of the collector. In our case, with dimensions exceeding tens of centimeters, for example, 100 cm, losses can be neglected (Kudinov V.A., Kartashov E.M., Gidravlika, - M, Vyssh. Shk., 2006.175 s; ill., P. 164-167). The technical and economic effect of the claimed technical solution of the pneumohydraulic unit is also obvious, with the cost of a compressor unit equal to the cost of the prototype compressor, electric energy is produced twice as much.

Характеристика компрессора.Compressor characteristic.

Источник сжатого воздуха - компрессор поршневой ВП2-10/9.The source of compressed air is a piston compressor VP2-10 / 9.

Стоимость - 20000 У.Е.Cost - 20,000 USD

Производительность - 0,167 м3/с.Productivity - 0.167 m3 / s.

Конечное давление, МПа - 0,9 (9 Атмосфер).Final pressure, MPa - 0.9 (9 Atmospheres).

Мощность на валу компрессора - 56,5 КВт.The power on the compressor shaft is 56.5 kW.

Стоимость гидроагрегата пропеллерного типа 350 У.Е. за 1 кВт электрической мощности.The cost of a propeller type hydraulic unit is 350 U.E. per 1 kW of electric power.

Стоимость гидроагрегата мощностью 50 кВт соответственно составит 17500 У.Е.The cost of a hydraulic unit with a capacity of 50 kW, respectively, will be 17500 U.

Стоимость конструктивных элементов крепления и резервуара -5500 У.Е.The cost of structural elements of the fastening and the tank is 5500 U.E.

Оценка стоимости прототипа.Assessment of the cost of the prototype.

20000+17500+5500=43000 У.Е.20000 + 17500 + 5500 = 43000 U.E.

Производимая электрическая энергия - 50 кВт.The generated electric energy is 50 kW.

Удельная стоимость прототипа на 1 кВт - 43000/50=860 У.Е.The unit cost of the prototype per 1 kW is 43000/50 = 860 U.E.

Оценка стоимости заявляемого пневмогидравлического агрегата.Estimated cost of the inventive pneumohydraulic unit.

20000+17500+17500+5500=60500 У.Е.20000 + 17500 + 17500 + 5500 = 60500 U.E.

Производимая электрическая энергия - 100 кВт.The generated electric energy is 100 kW.

Удельная стоимость заявляемого пневмогидравлического агрегата на 1 кВт - 60500/100=605 У.Е.The unit cost of the inventive pneumohydraulic unit per 1 kW - 60500/100 = 605 U.E.

Характеристика пневмогидравлического агрегата.The characteristic of the pneumohydraulic unit.

Первый цилиндрический корпус определим с высотой водяного столба равного 2 м и определим необходимую мощность двигателя компрессора на подвод воздуха под этот столб воды, с учетом атмосферного давления, исходя из данных технической характеристики компрессора:The first cylindrical body will be determined with a water column height of 2 m and we will determine the required power of the compressor engine to supply air under this column of water, taking into account atmospheric pressure, based on the compressor technical data:

N=(2 м·56,5 кВт)/(90 м+10 м)=1,13 КВтN = (2 m 56.5 kW) / (90 m + 10 m) = 1.13 kW

На всей высоте установки будет наблюдаться восходящий поток водо-воздушной смеси, в котором независимая от глубины погружения тела выталкивающая сила позволяет разместить не менее 5 рабочих колес - гидротурбин. Энергетический режим предлагаемой гидротурбины протекает в более выгодных условиях, чем в известном насосе «Эрлифт», так как переток воды происходит ниже уровня воды в турбине, то есть в условиях, близких к условиям невесомости, без значительного подъема воды в корпусе турбины, на что в насосе расходуется основное количество энергии.At the entire installation height, an upward flow of the water-air mixture will be observed, in which the buoyancy force, independent of the body immersion depth, allows you to place at least 5 impellers - turbines. The energy regime of the proposed hydraulic turbine proceeds under more favorable conditions than in the well-known Erlift pump, since water flows below the water level in the turbine, that is, in conditions close to zero gravity, without significant water rise in the turbine body, which the pump consumes the bulk of the energy.

Примем КПД турбины равным 0,9. В этом случае мощность равна:We take the turbine efficiency equal to 0.9. In this case, the power is equal to:

N=9,81·0,167·2·5·0,9=14,7 кВтN = 9.81 · 0.167 · 2 · 5 · 0.9 = 14.7 kW

Таким образом, получена энергия, в 13 раз превышающая затраченную энергию: 14,7 КВт / 1,13 КВт=13Thus, the energy obtained is 13 times the energy expended: 14.7 kW / 1.13 kW = 13

Без потери общности рассуждений, примем, что и мощность, полученная на второй гидротурбине 17 гидроагрегата, имеет какую же величину - 14,7 кВт.Without loss of generality of reasoning, we assume that the power obtained on the second hydraulic turbine 17 of the hydraulic unit has the same value - 14.7 kW.

Таким образом, полученная мощность на основе заявляемого пневмогидравлического агрегата составит 29,4 кВт электрической энергии.Thus, the resulting power based on the inventive pneumohydraulic unit will be 29.4 kW of electric energy.

Технико-экономическая эффективность может быть определена через сроки окупаемости вариантов прототипа и заявляемого пневмогидравлического агрегата, а также в использовании фактически готовой энергии экологически абсолютно чистым и дешевым способом.Feasibility can be determined through the payback period of the prototype options and the inventive pneumohydraulic unit, as well as in the use of virtually finished energy in an environmentally friendly and cheap way.

Оценим срок окупаемости прототипа.Estimate the payback period of the prototype.

Тариф - 0,054 У.Е. за 1 кВт (приблизительно 1 руб.20 копеек за 1 кВт)Tariff - 0.054 U.E. per 1 kW (approximately 1 rub. 20 kopecks per 1 kW)

Число часов в году 8760 часNumber of hours in a year 8760 hours

Срок окупаемости прототипа составитThe payback period of the prototype will be

43000/(8760×0,054×50)=1,8 года.43000 / (8760 × 0.054 × 50) = 1.8 years.

Срок окупаемости заявляемого пневмогидравлического агрегата составит 60500/(8760×0,054×100)=1,28 года.The payback period of the claimed pneumohydraulic unit will be 60500 / (8760 × 0.054 × 100) = 1.28 years.

Преимущество заявляемого пневмогидравлического агрегата перед прототипом очевидно, как по сроку окупаемости, так и по производимой электрической энергии (производится в два раза больше электрической энергии, чем прототипом) на основе экологически чистой технологии, обеспечивающей улучшение качества воды, снижение ее температуры и улучшения микроклимата территории.The advantage of the inventive pneumohydraulic unit over the prototype is obvious both in terms of payback period and in the electric energy produced (twice as much electric energy is produced as the prototype) based on environmentally friendly technology that improves water quality, reduces its temperature and improves the microclimate of the territory.

Claims (1)

Пневмогидравлический агрегат, содержащий соединенный с источником сжатого воздуха цилиндрический корпус с установленной с возможностью вращения на вертикальной оси гидротурбиной, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, два цилиндрических корпуса коноидально соединенных между собой коллектором, в каждом из цилиндрических корпусов помещен гидроагрегат - гидротурбина с генератором электрического тока, причем первый цилиндрический корпус выполнен с возможностью подачи через него снизу сжатого воздуха, второй цилиндрический корпус в верхней части снабжен направляющим аппаратом, функцией которого является тангенциальная подача воды на гидротурбину второго гидроагрегата.
Figure 00000001
Pneumohydraulic unit containing a cylindrical body connected to a source of compressed air with a hydraulic turbine mounted for rotation on a vertical axis, characterized in that it contains at least two cylindrical bodies conoidally connected to each other by a collector, a hydraulic unit - a hydro turbine with an electric current generator, wherein the first cylindrical body is configured to supply compressed air through it from below, the second cylindrical to rpus in the upper part is provided with guide vanes, the function of which is tangential water supply to the hydraulic turbine of the second hydraulic unit.
Figure 00000001
RU2008123083/22U 2008-06-10 2008-06-10 PNEUMATIC HYDRAULIC UNIT RU76987U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008123083/22U RU76987U1 (en) 2008-06-10 2008-06-10 PNEUMATIC HYDRAULIC UNIT

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008123083/22U RU76987U1 (en) 2008-06-10 2008-06-10 PNEUMATIC HYDRAULIC UNIT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU76987U1 true RU76987U1 (en) 2008-10-10

Family

ID=39928208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008123083/22U RU76987U1 (en) 2008-06-10 2008-06-10 PNEUMATIC HYDRAULIC UNIT

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU76987U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3256716B1 (en) Hydro-pneumatic energy storage system
US4041710A (en) Hydraulic prime mover device
EP3014114B1 (en) Floating turbine
CN103047085B (en) Comprehensive deep sea energy utilizing system
US9683542B2 (en) Power generating device utilizing oscillating water for converting into wave power
US8143740B1 (en) Apparatus for storing and using wind energy
US9243609B2 (en) Density engines and methods capable of efficient use of low temperature heat sources for electrical power generation
US20100117364A1 (en) Buoyancy hydro power generator and method
JP2015031288A (en) Ocean deep buoyancy power generation system
GB2471538A (en) Power generator using compressed air to turn an underwater generator
CN201221433Y (en) Bidirectional six-operating condition tide machine unit
CN202971047U (en) Deep-sea energy comprehensive utilization system
GB2370614A (en) Wind-driven power generating apparatus having an hydraulic turbine
CN201606189U (en) Vertical-shaft aerogenerator
CN103343727B (en) Overtopping wave energy power generation device
CN2937535Y (en) Hydraulic underwater windmill generator
CN203463220U (en) Overtopping wave energy convertor
CN201068836Y (en) Drop height-free long vane column-shaped hydroturbine
CN112211771A (en) Oscillating water column type wave energy power generation device combined with Tesla turbine
RU76987U1 (en) PNEUMATIC HYDRAULIC UNIT
RU78530U1 (en) PNEUMATIC HYDRAULIC DEVICE
CN212716978U (en) Multistage power generation system
CN213116530U (en) Hydraulic ladder type water wheel power generation device
RU83546U1 (en) PNEUMATIC HYDRAULIC UNIT
EP2454488B1 (en) Hydraulic pressure transducer and hydraulic system

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20090611