WO2013095178A1 - Способ и установка для получения электрической энергии - Google Patents

Способ и установка для получения электрической энергии Download PDF

Info

Publication number
WO2013095178A1
WO2013095178A1 PCT/RU2011/001010 RU2011001010W WO2013095178A1 WO 2013095178 A1 WO2013095178 A1 WO 2013095178A1 RU 2011001010 W RU2011001010 W RU 2011001010W WO 2013095178 A1 WO2013095178 A1 WO 2013095178A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
liquid
rotor
flow
intakes
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/001010
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Юрий Семенович ПОТАПОВ
Илья Викторович РОДИОНОВ
Иван Викторович РОДИОНОВ
Original Assignee
Potapov Yuriy Semenovich
Rodionov Llya Viktorovich
Rodionov Ivan Viktorovich
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 Potapov Yuriy Semenovich, Rodionov Llya Viktorovich, Rodionov Ivan Viktorovich filed Critical Potapov Yuriy Semenovich
Priority to PCT/RU2011/001010 priority Critical patent/WO2013095178A1/ru
Publication of WO2013095178A1 publication Critical patent/WO2013095178A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/10—Alleged perpetua mobilia
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/02—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with radial flow at high-pressure side and axial flow at low-pressure side of rotors, e.g. Francis turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/16—Air or water being indistinctly used as working fluid, i.e. the machine can work equally with air or water without any modification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/13—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines
    • F05B2240/132—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines creating a vortex or tornado effect
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the invention relates to the field of obtaining electric energy, and can be used in energy, industry, and as an electric generator in aviation, shipbuilding, automotive, transport by rail, and in domestic conditions.
  • the inventive method and installation work without burning traditional fuels (coal, firewood, oil, gas, nuclear fuel, hydrogen) and without harmful exhaust gases or harmful emissions, and are not dependent on natural wind, solar radiation or liquid movement.
  • the main disadvantage of the closest analogue is a direct dependence on the natural wind speed. As a rule, the production of electrical energy is suspended due to the lack of the necessary air flow rate. All modern wind farms have this drawback regardless of the design of the wind turbine.
  • Another disadvantage of the considered wind power installation is that it is necessary to install the wind turbine on a high support, which is fixed on a massive slab of concrete. This is necessary for its stability during strong winds (more than 20 m / s). Naturally, such a design increases the cost of the project and leads to a large consumption of materials.
  • underwater currents are not constant in speed and direction, which also reduces the efficiency of these hydroelectric stations.
  • Such hydropower stations can be used on rivers, but rivers must be of great depth and with a constant speed of water movement of at least 3 m / s, which is rare.
  • such an underwater power plant with a capacity of 60 kW and a turbine diameter of 5 m is manufactured.
  • the objective of the present invention is to provide a method and installation for producing electric energy, working independently and regardless of the speed of the natural wind flow or the speed of the fluid. Such an installation should work with high efficiency and low noise, using the kinetic and potential environmental energies.
  • a method for producing electric energy including the creation of an artificial free flow of gas or liquid, which is directed by means of intakes into the vortex chamber of at least one turbine having conical and cylindrical cowls and a group of guide holes and / or vanes, through which an incident flow of gas or liquid to the rotor, which is kinematically connected with an electric generator configured to provide electric electric energy of the consumer and the electric motor drive into the rotation of the gas or liquid intakes, which is installed with a given radius of rotation, whereby provide the necessary flow rate.
  • fences are made according to the Segner wheel type.
  • free-gas method or liquids impart rotation and constant speed, ensuring operation of at least one turbine and associated generator with maximum load.
  • the incoming gas or liquid flow can be twisted in the direction of rotation of the turbine rotor by means of a vortex chamber with tangentially mounted intakes.
  • gas or liquid intakes can rotate at least 0.5 meters in radius with a predetermined speed by means of an electric motor and gearbox.
  • they can supply part of the generated electrical energy to the electric drive motor in rotation of the gas or liquid intakes.
  • the incident gas or liquid flow can be pre-twisted, compressed, accelerated, and then re-twisted and guided to the rotor working surface at an angle of no more than 90 ° by means of a conical and annular cowl and a swirl chamber.
  • heavy gases gas mixtures, air or air mixed with heavy gases can be used as the gas.
  • the present invention describes an apparatus for generating electrical energy, comprising an electric generator, a rotor kinematically connected to said electric generator, a device for twisting, compressing and holding an incoming flow of gas or liquid, provided with a group of guide vanes and / or holes twisting the gas flow or fluid in the direction of rotation of the rotor, a vortex chamber with gas or liquid intakes and means for transmitting energy to the consumer and own needs.
  • the rotor can be made in the form of a disk, and a group of blades and / or holes can be located in its peripheral part and at an angle to the surface of the rotor disk, and these blades and / or holes can be provided with a concave working surface, made with the possibility of creating a reactive effect .
  • These holes can be made cylindrical, square, conical or in the form of nozzles.
  • the installation may include a group of guide vanes and / or holes made with the possibility of directing the incoming flow of gas or liquid onto the rotor at an angle of 90 ° C by preliminary twisting it in the direction of rotation of the rotor.
  • the swirling of the air or liquid flow is also carried out in the vortex chamber during the tangential introduction of air or liquid from intakes rotating in a given medium at a predetermined speed.
  • the installation may include an annular cowl mounted with the ability to completely hold the incoming flow of gas or liquid and its full direction on the working surface of the guide vanes and / or holes of the rotor.
  • the installation may include intakes of gas or liquid, a conical fairing with blades to increase the speed of the incoming flow of gas or liquid and create the necessary pressure of the specified flow on the rotor.
  • the installation may include intakes of gas or liquid, installed with the possibility of rotation and create an artificial free flow of gas or liquid.
  • the installed radius of rotation may be at least 0.5 m.
  • Figure 1 presents a diagram of a turbine with an electric generator and a vortex chamber.
  • Figure 2 presents the installation diagram with a small-bladed turbine and two air intakes on the vortex chamber.
  • Fig.3 presents a diagram of a plant operating in a liquid (H 2 0), view from above.
  • An artificial, swirling incident flow rotates the turbine rotor at a constant optimal speed, which ensures the continuous receipt of electrical energy in the nominal mode.
  • the installation is equipped with conical and annular fairings, a group of guide vanes and / or holes and a rotor with small blades or inclined holes.
  • conical and annular fairings As devices for swirling, compressing and holding an incoming flow of gas or liquid, it is possible to use a vortex chamber with intakes of the working medium of the cone and annular fairings.
  • the rotor is kinematically connected to the generator.
  • the installation is mounted on the frame.
  • the drive for rotating the intakes works continuously and autonomously from the plant’s own electricity (i.e., generated by it) or from the network.
  • the efficiency of the method and device is not less than 75%.
  • its operation occurs with a rotation radius of not less than 0.5 meters with a tangential (angular) speed, but not more than 60 m / s.
  • two or more two gas or liquid intakes are installed on the rotating vortex chamber, having a rotation radius of at least 0.5 m.
  • part of the generated electric energy goes to the consumer up to 75%, and the other part goes to the rotation of the intakes and vortex cameras (up to 25%).
  • the installation starts from an external current source, battery, mechanically, or from a mobile power station.
  • one row of intakes with swirl chambers is mounted vertically above the others.
  • the required number of vertical energy modules is recruited to increase power.
  • the number of such modules can be arbitrary (2, 3, 4, 5, 6, etc.). However, it is more preferable to use two or another even number of modules (4, 6, 8, etc.).
  • the occupied area and dimensions of the proposed vertical power plant are several times smaller than those of the similar-sized wind power plants currently in use.
  • gas or liquid intakes at a power plant can be made of a pipe that has less resistance to the flow of incident gas or liquid.
  • the frequency of rotation of the intakes depends on the required speed of the incoming flow.
  • the speed of the incident flow is usually equal to the angular (tangential) speed of a point located at a certain radius of rotation. For example, a free air velocity of more than 10 m / s is needed. We take a radius of rotation of 2.5 meters. Then, at 60 rpm of intakes, the speed of the incoming air flow, at the extreme point, will be equal to 15 m / s.
  • a tornado vortex stream is additionally created and its additional acceleration and compression by cone flow increases the power and generation of electric energy for consumers.
  • the implementation of a small-bladed turbine in which the holes and / or guide vanes are similar to small blades, will work better than a traditional wind farm, since its speed is two to three times higher and the losses are much lower.
  • the holes and / or blades in the rotor can be made cylindrical, straight and concave at the required angle to the plane of the disk - rotor. They can also be conical or in the form of nozzles, which can help accelerate the rotation of the rotor and create a reactive effect.
  • the upper part of the rotor with blades or holes is closed by an annular cowl, which significantly reduces the loss of its rotation in the air of a gas or liquid medium.
  • the proposed installation operates in a steady optimal mode (i.e., in the mode generated the necessary amount of energy is sufficient to maintain the work of itself and consumers)
  • the power can be transferred from the rotor to the generator without an accelerating multi-stage gearbox (multiplier).
  • multiplier multi-stage gearbox
  • a speed reducer will be needed.
  • a group of mechanical elements of a conventional wind turbine is not required in the new method and device. This increases reliability, reduces maintenance and extends the life of the proposed installation.
  • the proposed method and installation for energy production can operate continuously, autonomously throughout the year, having an annual efficiency of 98%, and not 25%, as in traditional wind farms, which depend on the natural wind flow.
  • the additional use of simultaneously a group of turbines allows you to give even more energy to the consumer.
  • the noise characteristics of the proposed power plants are lower than conventional ones, they do not have the formation of infrasound, since the ends of small blades or holes are closed by an annular cowl. Therefore, the proposed installation can be placed near the facility using the generated electricity, which will reduce the cost of installing and repairing the power line.
  • the manufacture of the described turbines with annular cowls positively affects the rotor speed.
  • the absence of traditional large blades in the proposed turbine dramatically increases the frequency of rotation and energy production.
  • the rotor rotates due to the formation of the pressure of the oncoming flow of gas or liquid and the reactive effect (also used in rocket and aircraft construction), and not due to the lifting force of the wing.
  • a torque is generated simultaneously on all working surfaces of the turbine rotor, which increases the characteristics of the turbine.
  • the working surfaces of the turbine rotor are all surfaces of the holes or small blades of the rotor and its annular cowls, which hold the flow of gas or liquid and accelerate it.
  • Electricity production by the proposed method and installation does not depend on gusts of natural wind, therefore it is autonomous, uniform and adjustable, which is very important for the continuous supply of electricity to the consumer.
  • the installation is installed under a canopy or in a container with gas or liquid.
  • the installation is not affected by precipitation and solar radiation, which increases its service life.
  • the roof or canopy above the installation is made of inexpensive but durable materials.
  • a protective net is installed, which prevents birds or animals from entering the working area, but provides air access.
  • the flow of liquid or gas is twisted in the direction of rotation of the turbine rotor by means of a tangential entry into the vortex chamber and guide holes and / or blades and leaves tangential to the path of rotation of the intakes. It is possible to supply a part of the generated electric energy to the drive electric motor in rotation of the gas (air) or liquid intakes through a frequency speed regulator.
  • the intakes of gas (air) or liquid are installed so that the flow of gas (air) or liquid rotates like a tornado in a vortex chamber.
  • FIG. 1 an example shows a turbine with a generator and a vortex chamber for implementing the method and operation of the device when receiving electric energy by rotating the rotor by suppressing an incoming swirling flow.
  • the device includes an electric generator 1, an annular cowl 2, guide vanes 3 that rotate the air flow, a turbine rotor with vanes 4, a front and rear conical cowls 5, preliminary capture vanes 6, an annular cowl of the rotor 7, gas or liquid intakes 8, a vortex camera 9.
  • FIG. 2 shows the installation diagram with two gas intakes
  • Intakes 8 are driven by a motor (electric motor) 10, by means of a gearbox 1 1.
  • the intakes 8 rotate with a constant optimal speed.
  • the engine 10 is connected to a power source for starting 12 (network).
  • the installation is equipped with a casing 13, with a protective mesh 14, covers 15.
  • the gearbox 1 1 is connected to the vortex chamber 9 through a sleeve (not shown).
  • Engine 10 mounted on frame 16.
  • Fig.3 presents a diagram of a plant operating in a liquid (H 2 0), a top view.
  • the generator 1, the frame 16 with the electric motor 10 and the gearbox 1 1 are closed hermetically.
  • the principle of operation of the installation on the natural wind flow and the oncoming flow of gas or liquid is significantly different.
  • the speed of the incident flow of gas or liquid in our method is constant and may not be lower than 12 m / s.
  • the calculated angular velocities and the actual velocity of the incident flow of gas or liquid coincide. Therefore, the dimensions of the proposed installation can be reduced several times (with the same power) than traditional large-bladed wind farms.
  • the presented installation works as follows. Electric current from the network 12 is supplied to an electric motor 10, which rotates the gearbox 1 1.
  • the gearbox 1 1 is kinematically connected with a movable vortex chamber 9, on which rotating intakes of gas or liquid 8 are mounted. They (8) rotate at a predetermined speed.
  • the incoming flow of gas or liquid is swirled at a predetermined speed in the vortex chamber 9, enters the pre-capture vanes 6, is compressed by the housing 5, held by the annular cowl 2, and rotated by guides 3 and presses on the blades of the rotor 4, which rotates the generator 1.
  • the inventive method and installation allow the production of electric energy efficiently, autonomously, environmentally friendly way and without burning traditional fuel, as they are used together inertia, Coriolis force, kinetic and potential energy.
  • the moment of inertia arising from rotating intakes of gas or liquid and the vortex chamber helps to reduce the energy costs (by analogy with the flywheel) for their rotation, which was confirmed during testing of the installation.
  • the installation consists of a small number of parts, its reliability increases dramatically.
  • the estimated service life of the installation can reach 85 thousand hours or more, since there are no rapidly wearing parts.
  • Her term of work is 30 years or more.
  • An installation was made, including an electric generator 1, a rotor 4 with an annular fairing 7, guide vanes 3, an annular fairing 2, a conical fairing 5 (at an angle of 90 °), with preliminary gripping blades 6.
  • the inner diameter of the annular fairing 2 is 1200 mm.
  • the number of blades on the rotor 4 and guide vanes 3 is thirty-two.
  • the rotor 4 is mounted on the axis of the generator 1.
  • the air intakes 8 are mounted on a movable vortex chamber 9. It (9) is kinematically connected with the output shaft of the gearbox 1 1.
  • the gearbox 1 1 rotates from the electric motor 10 connected to the network 12.
  • the power of the electric motor 10 is 1, 1 kW
  • the gear ratio of the gearbox 1 1 is 39.
  • the number of revolutions of the electric motor is 1400 rpm. Therefore, the intakes 8 rotate at a speed of 35.8 rpm The radius of rotation is 3.75 meters.
  • the generator 1 of the turbine 4 generates the rated power and enters the operation mode, which allows providing electricity to both the installation and the consumer. It should be noted that the power consumption of the electric motor 10 decreased to 0.72 kW. The installation works with virtually no noise.
  • a plant with water intakes for the production of electrical energy has been manufactured.
  • the installation includes a frame 16, an electric motor 10 with a power of 2.2 kW, a gearbox 1 1, an annular fairing 2, a diameter of 550 mm, a conical fairing 5 at an angle of 70 °, guide vanes 3 at an angle of 45 °.
  • the generator 1 with a power of 7.5 kW is installed on the casing 13 and hermetically closed.
  • the installation is closed hermetically and with the electric generator immersed in water.
  • the turbine 4 has 16 blades and 16 guide vanes 3 mounted at an angle of 45 °.
  • the electric motor 10 drive water intakes 8 in rotation has a power of 2.2 kW at 1400 rpm.
  • the gearbox 1 1 has a gear ratio
  • the radius of rotation is set to 2, 1 meter.
  • Launching the installation is carried out analogously to example 1.
  • the water intakes 8 rotate at a speed of 23 rpm, and the incoming liquid flow has a speed of 5 m / s.
  • the turbine and generator operate in nominal mode. In steady state, the generator is switched to an electric motor
  • the results obtained indicate that the proposed method and installation for generating electricity works stably in gas and liquid and regardless of environmental conditions.
  • the production of useful electricity for consumers by this installation can be up to 75% of the total electricity generated.
  • a mixture of heavy gases of argon (Ar) and nitrogen (N) is taken in a proportion by weight of one kilogram of argon per two kilograms of nitrogen.
  • the installation has the form shown in FIG. 2, but the rotation direction of the intakes 8 and the vortex chamber 9 are opposite to the rotation of the turbine rotor with blades 4.
  • the installation is launched similarly to that shown in example 1.
  • the power of the electric motor of the drive 10 is equal to 1, 1 kW.
  • the rotation speed of the gas mixture intakes is 35.8 rpm with a radius of rotation equal to 3.75 meters, the free-stream velocity of the gas mixture will be 14.4 m / s.
  • generator 1 At this free-stream velocity of the heavy gas mixture, generator 1 generates 7.5 kWh of electrical energy. This allows you to provide electrical energy to the consumer and the electric motor drive in rotation gas mixture intakes.
  • a water-based installation is taken (see Example 2) shown in FIG. 3, and install it in a sealed container.
  • the volume of the container is filled with non-freezing liquid (- 40 ° C).
  • the shaft of the generator 1 is kinematically connected with the turbine 4, in which the blades are rotated 180 °, which ensures the rotation of the liquid in the opposite direction with respect to the intakes 8.
  • the turbine 4 is equipped with sixteen blades.
  • the power of the electric motor 10 is 3 kW at 1400 rpm.
  • the gearbox 1 1 has a gear ratio of 1: 60.
  • the rotation radius is set at 2.0 m.
  • the installation is started analogously to example 1.
  • the fluid flow at a speed of 5 m / s enters the vortex chamber 9 through the intakes 8.
  • the flow is accelerated and fed into the guide holes 3, where it is rotated by 45 ° and is supplied to the blades 4, which rotate the turbine rotor kinematically connected to the generator 1.
  • the generated electric energy is supplied to consumers, and part of it goes to the electric drive motor 10.
  • the installation works stably under continuous load at Usova temperature to - 40 ° C.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области получения электрической энергии посредством искусственного создания набегающего потока газа или жидкости на энергетический модуль (турбину) с использованием заборников газа или жидкости вихревой камеры, цилиндрического и конического обтекателей. Вихревая камера закручивает, сжимает воздушный поток и направляет его на рабочую поверхность безлопастного или мелколопастного ротора. Ротор выполнен так, что создается реактивный эффект на его рабочих поверхностях. Это улучшает характеристики турбины. В предлагаемом способе получения электроэнергии используется момент инерции, сила Кориолиса, кинетическая и потенциальная энергия потока, а также собственный электропривод. Эффективность способа не менее 75% При этом экономится традиционное топливо и снижаются выбросы СО2 в атмосферу.

Description

СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Область техники
Изобретение относится к области получения электрической энергии, и может быть использовано в энергетике, промышленности, и как электрогенератор в авиации, судостроении, автомобилестроении, транспорте на железной дороге, и в бытовых условиях. Заявляемые способ и установка работают, не сжигая традиционных видов топлива (уголь, дрова, нефть, газ, ядерное топливо, водород) и без вредных выхлопных газов или вредных излучений, и не зависят от природного ветра, солнечного излучения или движения жидкости.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известны различные способы получения электрической энергии с использованием двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных двигателей, работающих на традиционных видах топлива. При работе этих двигателей сжигается топливо и ухудшается экологическое состояние атмосферы. Известны также способы получения электрической энергии за счет преобразования солнечной энергии. Однако эффективность солнечных батарей, например, Е19/318 США едва достигает 19,5%. Со временем их эффективность постоянно снижается из-за загрязнения поверхности солнечных батарей. Вместе с этим солнечные батареи занимают, как правило, большие площади и являются дорогостоящими изделиями. Несмотря на эти недостатки, солнечные батареи находят применение для производства электрической энергии в солнечные дни. Также известны солнечные электростанции с двигателем Стирлинга и КПД, равном 32%, но они работают только днем в солнечную погоду.
В настоящее время созданы ветростанции, имеющие лопастные ветротурбины больших диаметров (до 100 м), которые кинематически связаны с электрическим генератором.
При скорости ветра 10-12 м/с, но не более 15 м/с, современные ветростанции вырабатывают электрическую энергию в номинальном режиме.
Наиболее близкая к заявленному изобретению ветровая энергетическая установка описана в патенте на изобретение RU N2 2177562 от 27.12.2001 г., авторы: Потапов Ю.С., Потапов С.Ю., Толмачев Г.Ф. В этом изобретении турбина выполнена из мелких лопастей, перед которыми установлен конический обтекатель. Конический обтекатель направляет поток на лопасти, что дополнительно увеличивает его скорость. При этом турбина работает и с меньшими скоростями воздушного потока, и с большими оборотами. Турбина с мелкими лопатками и коническим обтекателем кинематически связана с электрогенератором, который вырабатывает электрическую энергию для потребителей. Но в этом патенте описывается ветровая турбина, которая, как правило, устанавливается на высоте от земли 10 м и более. Чем выше от земли устанавливается ветровая турбина, тем больше вероятность получить необходимый ветровой поток.
Основным недостатком наиболее близкого аналога является прямая зависимость от природной скорости ветра. Как правило, производство электрической энергии приостанавливается из-за отсутствия необходимой скорости воздушного потока. Этот недостаток имеют все современные ветростанции независимо от конструкции ветровой турбины. Другим недостатком рассматриваемой ветроэнергетической установки является то, что необходимо ветровую турбину устанавливать на высокую опору, которая закрепляется на массивной плите из бетона. Это необходимо для ее устойчивости во время сильного ветра (более 20 м/с). Естественно такая конструкция удорожает проект и приводит к большому расходу материалов.
Еще одним недостатком рассматриваемой ветростанции является отсутствие направляющих ветер лопаток и кольцевого обтекателя. Это приводит к снижению КПД ветровой турбины, так как воздушный поток попадает на лопатки турбины не под оптимальным углом. Затем воздушный поток отражается от лопаток и уходит по радиусу в разные стороны за счет центробежных сил. Из-за этих явлений воздушный поток не производит достаточно полной работы на ветровой турбине и, следовательно, снижается ее КПД до 30%. Также известно, что коэффициент использования ветрового потока на станциях не может превышать 59%, при этом так называемый коэффициент Бетца не превышает 40%.
Другим известным способом получения электрической энергии являются гидростанции различного типа. Хорошо известны гидроэлектростанции гравитационного типа. Для их работы необходимо строительство гигантских плотин, которые увеличивают верхний уровень воды. Вода из водохранилища сбрасывается на гидротурбины, вращает их и вращает электрогенератор. Недостатком гидроэлектростанций такого типа является высокая стоимость сооружения плотин и нарушение экологии от гигантских водохранилищ, а также низкий КПД гидротурбины. За последнее время получили развитие подводные гидростанции, работающие от природных подводных течений в морях и океанах. Однако подводные течения необходимой скорости имеются не у всех побережий морей и океанов. Кроме того, эффективность таких лопастных гидротурбин не на много выше, чем у современных ветростанций. К тому же подводные течения не постоянны по скорости и направлению, что также снижает КПД этих гидростанций. Можно использовать такие гидростанции на реках, но реки должны быть большой глубины и с постоянной скоростью движения воды, не менее 3 м/с, что бывает редко. Например, в США изготавливается такая подводная электростанция мощностью 60 кВт с диаметром турбины 5 м.
Задачей настоящего изобретения является создание способа и установки для получения электрической энергии, работающих автономно и независимо от скорости природного ветрового потока или скорости движения жидкости. Такая установка должна работать с высоким КПД и малым шумом, используя кинетическую и потенциальную энергии окружающей среды.
Раскрытие изобретения
Для достижения указанных технических результатов разработан способ получения электрической энергии, включающий создание искусственного набегающего потока газа или жидкости, который направляют посредством заборников в вихревую камеру по меньшей мере одной турбины, имеющей конический и цилиндрический обтекатели и группу направляющих отверстий и/или лопаток, посредством которых ускоряют набегающий поток газа или жидкости на ротор, который кинематически связывают с электрическим генератором, выполненным с возможностью обеспечения электрической энергией потребителя и электромотора привода во вращение заборников газа или жидкости, которую устанавливают с заданным радиусом вращения, посредством чего обеспечивают необходимую скорость потока. Заборники изготавливаются по типу Сегнерова колеса.
В одном из вариантов осуществления способа набегающему потоку газа или жидкости придают вращение и постоянную скорость, обеспечивающую работу по меньшей мере одной турбины и связанного с ней генератора с максимальной нагрузкой.
Набегающий поток газа или жидкости могут закручивать в направлении вращения ротора турбины посредством вихревой камеры с тангенциально установленными заборниками.
В другом варианте осуществления заборники газа или жидкости могут вращать по радиусу по меньшей мере 0,5 метра с заданной скоростью посредством электромотора и редуктора.
Еще в одном варианте могут осуществлять подачу части вырабатываемой электрической энергии на электромотор привода во вращение заборников газа или жидкости.
Кроме того, в одном из вариантов осуществления набегающий поток газа или жидкости могут предварительно закручивать, сжимать, ускорять, а затем повторно закручивать и направлять на рабочую поверхность ротора под углом не более 90° посредством конического и кольцевого обтекателей и вихревой камеры.
В другом варианте при вращении заборников газа или жидкости могут использовать силу Кориолиса, момент инерции, кинетическую, потенциальную энергии набегающего потока газа или жидкости и часть вырабатываемой электрической энергии идет на собственные нужды.
Также могут одновременно создавать реактивный эффект на всех рабочих поверхностях ротора.
Во всех вариантах осуществления изобретения в качестве газа могут использовать тяжелые газы, газовые смеси, воздух или воздух в смеси с тяжелыми газами.
Кроме того, настоящее изобретение описывает установку для получения электрической энергии, включающую электрический генератор, ротор, кинематически связанный с указанным электрическим генератором, устройство закручивания, сжатия и удержания набегающего потока газа или жидкости, снабженное группой направляющих лопаток и/или отверстий, закручивающих поток газа или жидкости в направлении вращения ротора, вихревую камеру с заборниками газа или жидкости и средство передачи энергии потребителю и на собственные нужды.
Ротор может быть выполнен в виде диска, а группа лопаток и/или отверстий может быть расположена в его периферийной части и под углом к поверхности диска ротора, причем указанные лопатки и/или отверстия могут быть снабжены вогнутой рабочей поверхностью, выполненной с возможностью создания реактивного эффекта.
Указанные отверстия могут быть выполнены цилиндрическими, квадратными, коническими или в виде сопел.
В одном из вариантов осуществления установка может включать группу направляющих лопаток и/или отверстий, выполненных с возможностью направления набегающего потока газа или жидкости на ротор под углом 90°С предварительным закручиванием его в направлении вращения ротора.
Закручивание потока воздуха или жидкости осуществляется и вихревой камере при тангенциальном вводе воздуха либо жидкости от заборников вращающихся в данной среде с заранее заданной скоростью.
В другом варианте осуществления установка может включать кольцевой обтекатель, установленный с возможностью полного удержания набегающего потока газа или жидкости и его полного направления на рабочую поверхность направляющих лопаток и/или отверстий ротора.
Кроме того, установка может включать заборники газа или жидкости, конический обтекатель с лопатками для увеличения скорости набегающего потока газа или жидкости и создания необходимого давления указанного потока на ротор.
Также установка может включать заборники газа или жидкости, установленные с возможностью вращения и создания искусственного набегающего потока газа или жидкости. При этом установленный радиус вращения может составлять по меньшей мере 0,5 м.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена схема турбины с электрогенератором и вихревой камерой.
На фиг.2 представлена схема установки с мелколопастной турбиной и двумя заборниками воздуха на вихревой камере.
На фиг.З представлена схема установки, работающей в жидкости (Н20), вид сверху.
Варианты осуществления изобретения
Указанные технические результаты достигаются в данном способе получения электрической энергии, путем создания набегающего потока газа или жидкости необходимой скорости, в сочетании с вихревой камерой и мелколопастной турбиной либо безлопастной турбиной с отверстиями или мелкими лопастями, установленными под определенным углом к плоскости ротора.
Искусственный, вихревой набегающий поток вращает ротор турбины с постоянной оптимальной скоростью, что и обеспечивает непрерывное получение электрической энергии в номинальном режиме.
Установка снабжена коническим и кольцевым обтекателями, группой направляющих лопаток и/или отверстий и ротором с мелкими лопатками или наклонными отверстиями. В качестве устройств закручивания, сжатия и удержания набегающего потока газа или жидкости возможно использование вихревой камеры с заборниками рабочей среды конусного и кольцевого обтекателей. Ротор кинематически связан с генератором. Установка смонтирована на раме. Привод для вращения заборников работает непрерывно и автономно от собственной электроэнергии установки (т.е. вырабатываемой ею) либо от сети. Эффективность способа и устройства не менее 75%.
В одном из вариантов осуществления способа и установки для автономного производства электрической энергии ее работа происходит при радиусе вращения не менее 0,5 метра с тангенциальной (угловой) скоростью, но не более 60 м/с.
В другом варианте осуществления изобретения на вращающейся вихревой камере устанавливаются два или более двух заборников газа или жидкости, имеющих радиус вращения не менее 0,5 м. Обычно, часть вырабатываемой электрической энергии идет потребителю до 75%, а другая часть идет на вращение заборников и вихревой камеры (до 25%). Запускается установка от внешнего источника тока, аккумулятора, механически, либо от передвижной электрической станции.
Учитывая, что мощность турбины растет с увеличением скорости набегающего потока газа или жидкости в кубической степени, то мы получаем достаточно энергии и для потребителя, и для вращения заборников. Так как возникающее сопротивление вращению заборников практически растет линейно, то и затраты энергии на их вращение будут не очень велики. Это и обеспечивает получение высокого КПД.
В другом варианте осуществления изобретения устанавливается один ряд заборников с вихревыми камерами над другими вертикально. Таким образом, набирается необходимое количество вертикальных энергетических модулей для увеличения мощности. Количество таких модулей может быть произвольным (2, 3, 4, 5, 6, и т.д.). Однако более предпочтительным является использование двух или другого четного количества модулей (4, 6, 8 и т.д.) Занимаемая площадь и размеры предлагаемой вертикальной электростанции в несколько раз меньше, чем у аналогичных по мощности ветровых электростанций используемых в настоящее время.
В предложенном способе получения набегающего потока газа или жидкости возможно использование и обычных ветростанций, имеющих большие лопасти. Однако известные недостатки крупнолопастных ветростанций будут проявляться и в предлагаемом способе. (См. Таблицу 1 ). Поэтому использование традиционных ветростанций, при набегающем потоке воздуха, экономически не целесообразно из-за больших потерь мощности и больших габаритов.
Таблица N2 1
Figure imgf000008_0001
Из таблицы N2 1 видно, что суммарные потери у крупнолопастных турбин достигают 52%, а у мелколопастных турбин только 25%. Таким образом, использование мелколопастных турбин при набегающем потоке газа или жидкости будет предпочтительней.
В одном из вариантов осуществления изобретения, когда заборники газа или жидкости на электростанции могут быть выполнены из трубы, которая имеет меньшее сопротивление потоку набегающего газа или жидкости. Частота вращения заборников зависит от необходимой скорости набегающего потока. Скорость набегающего потока обычно равна угловой (тангенциальной) скорости точки, находящейся на определенном радиусе вращения. Например, необходима скорость набегающего потока воздуха более 10 м/с. Принимаем радиус вращения 2,5 метра. Тогда при 60 об/мин заборников скорость набегающего потока воздуха, в крайней точке, будет равна 15 м/с. При такой скорости воздушного потока даже традиционные ветростанции могут работать на полную мощность, но в предлагаемом способе еще дополнительно создается вихревой поток торнадо и его дополнительное ускорение и сжатие конусным обтеканием увеличивает мощность и выработку электрической энергии для потребителей.
В одном из вариантов осуществления мелколопастная турбина, у которой отверстия и/или направляющие лопатки подобны мелким лопастям, будет работать лучше традиционной ветростанции, так как ее обороты в два-три раза выше, а потери значительно ниже. Отверстия и/или лопасти в роторе могут выполняться цилиндрическими, прямыми и вогнутыми под необходимым углом к плоскости диска - ротора. Также они могут быть коническими или в виде сопел, что может способствовать ускорению вращения ротора и созданию реактивного эффекта. Верхняя часть ротора с лопастями или отверстиями закрыта кольцевым обтекателем, что существенно снижает потери на его вращение в воздухе газовой или жидкостной среде.
Учитывая, что предлагаемая установка работает в установившемся оптимальном режиме (т.е. в режиме вырабатываемом необходимое количество энергии, достаточном для поддержания работы себя и потребителей), то передача мощности от ротора на генератор может осуществляться без ускоряющего многоступенчатого редуктора (мультипликатора). Наоборот, в некоторых случаях, при высоких скоростях вращения ротора будет необходим понижающий обороты редуктор. В нашем способе отсутствует необходимость применения системы управления механизмом поворота в направлении природного ветра, а также применения механизма поворота лопастей. Группа механических элементов обычной ветровой установки не требуется в новом способе и устройстве. Это повышает надежность, сокращает техническое обслуживание и увеличивает срок службы предлагаемой установки. Повышая коэффициент быстроходности ротора турбины возможно увеличить выход вырабатываемой энергии при больших скоростях набегающего потока газа от 30 м/с до 60 м/с, что практически неосуществимо при крупнолопастных ветротурбинах из-за срыва воздушного потока на лопастях при скоростях ветра более 15 м/с. Поэтому число часов использования установленной мощности предлагаемой турбины, с набегающим потоком, будет значительно больше, по сравнению с традиционными ветровыми турбинами, имеющими огромные лопасти диаметром 100 метров и более.
Предлагаемый способ и установка для производства энергии могут работать непрерывно, автономно в течение года, имея годовой коэффициент полезного действия 98%, а не 25%, как у традиционных ветростанций, которые зависят от природного ветрового потока. Дополнительное использование одновременно группы турбин позволяет давать еще больше энергии потребителю. При этом шумовые характеристики предлагаемых электростанций ниже, чем у обычных, у них нет образования инфразвука, так как концы мелких лопастей или отверстий закрыты кольцевым обтекателем. Следовательно, предлагаемая установка может быть размещена вблизи объекта, использующего произведенную электроэнергию, что сократит расходы на установку и ремонт линии электропередачи.
Можно отметить и то, что изготовление описанных турбин с кольцевыми обтекателями положительно влияет и на скорость вращения ротора. Отсутствие традиционных крупных лопастей в предлагаемой турбине резко увеличивает частоту вращения и выработку энергии. В предлагаемом изобретении, ротор вращается за счет образования давления набегающего потока газа или жидкости и реактивного эффекта (используемого также в ракето- и самолетостроении), а не за счет подъемной силы крыла. При этом крутящий момент образуется одновременно на всех рабочих поверхностях ротора турбины, что повышает характеристики турбины. Рабочими поверхностями ротора турбины являются все поверхности отверстий или мелких лопаток ротора и его кольцевые обтекатели, которые удерживают поток газа или жидкости и ускоряют его.
Практика показала, что потери на трение в такой турбине достигают 20%, но суммарные потери по сравнению с лопастями традиционных ветростанций в два раза ниже. Габаритные размеры предлагаемой турбины в 5 раз меньше, чем диаметр лопастей у традиционных ветростанций, а, следовательно, и вес ее значительно меньше при одинаковой мощности. Испытание мелколопастной турбины с направляющими лопатками и/или отверстиями показало, что при одинаковой скорости потока, ее мощность в несколько раз выше, чем у обычной ветровой турбины с крупными лопастями, где работает подъемная сила, как у крыла самолета. Современные установки по преобразованию энергии ветра в электроэнергию достигли, отчасти границы своей экономичности. Однако, предлагаемый способ и установка могут существенно повысить экономичность процесса преобразования энергии газа или жидкости за счет набегающего потока на скоростях от 30 м/с и до 60 м/с. В этом диапазоне скоростей обычные ветростанции не работают или работают плохо.
Естественно, что этот большой энергетический потенциал возможно реализовать на практике в предлагаемом способе и установке. Увеличивая скорость набегающего потока газа или жидкости и уменьшая габариты турбины. Так как мощность турбины возрастает в кубической степени к скорости набегающего потока газа или жидкости, то и рост количества дополнительной энергии будет весьма значительным. При таких скоростях ветра более 15 м/с, лопасти обычных ветростанций попадают в закритический режим (это режим сваливания "крыла", аналогично сваливанию крыла в авиации). Поэтому и мощность у них резко падает, а выработка электроэнергии резко снижается.
Производство электроэнергии предлагаемым способом и установкой не зависит от порывов природного ветра, поэтому оно автономно, равномерно и регулируемо, что очень важно для непрерывного обеспечения электроэнергией потребителя.
В заявляемом способе отпадает необходимость в каких-либо накопителях энергии или аккумуляторах, а это значительно упрощает установку, уменьшает ее габариты и увеличивает ее энергопроизводительность.
В одном из вариантов осуществления изобретения установка устанавливается под навесом или в контейнере с газом или жидкостью. На установку не действуют атмосферные осадки и солнечное излучение, что увеличивает ее срок службы. Крыша или навес над установкой изготавливаются из недорогих, но прочных материалов. В нижней и верхней части крыши устанавливается защитная сетка, которая препятствует попаданию в рабочую зону птиц или животных, но обеспечивает доступ воздуха.
Описанный выше процесс образования набегающего потока газа или жидкости на турбину приводится здесь только в общих чертах для понимания сущности изобретения. При закручивании молекул воздуха по криволинейной траектории в вихревой камере и направляющих лопатках и/или отверстиях их движение становится менее хаотичным, причем под действием трения центробежных сил и самопроизвольного нагрева начинается ускорение движения молекул газа или жидкости в направлении закрутки ротора. При этом ускорение движения молекул происходит и в направлении, оставленном свободным для расширения, в нашем случае, в направлении выхода из направляющих лопаток или отверстий, и кольцевого обтекателя на роторе турбины. Набегающий поток имеет заранее заданную скорость, необходимую для оптимальной работы турбины и электрогенератора. Поток жидкости или газа закручивается в направлении вращения ротора турбины посредством тангенциального входа в вихревую камеру и направляющих отверстий и/или лопаток и уходит по касательной к траектории вращения заборников. Подачу части вырабатываемой электрической энергии на электромотор привода во вращение заборников газа (воздуха) или жидкости возможно осуществлять через частотный регулятор оборотов. При этом заборники газа (воздуха) или жидкости установлены так, чтобы поток газа (воздуха) или жидкости вращался как торнадо в вихревой камере.
Причем, если в обычных газовых турбинах молекулы газа под давлением ударяют в лопатки турбины под углом около 30°, то в данном изобретении, возможно направлять молекулы газа (воздуха) или жидкости на рабочую поверхность турбины под углом 90°.
Закручивание потока перед ротором ускоряет движение и расход молекул газа или жидкости, чего не достигается в обычных ветростанциях. Известно, что, при закручивании потока расход газа или жидкости увеличивается, а, следовательно, увеличивается, и кинетическая энергия молекул, а значит мощность турбины возрастает. При выборе направления вращения заборников газа и воздуха и ротора турбины используется кориолисова сила.
Подобный эффект не используется ни в одном из известных способов и установок для преобразования энергии газа (воздуха) или жидкости в электрическую энергию. Вместе с этим газ (воздух) или жидкость не изменяет своего физико-химического состояния, они остаются экологически чистым. Соответственно, предлагаемый способ и установка отличаются в лучшую сторону по экологическим и шумовым характеристикам. Часть шума создаваемого ротором турбины и направляющими лопатками и/или отверстиями гасится кольцевым обтекателем и крышей контейнера, а общие шумовые характеристики небольшие из-за отсутствия крупных лопастей, которые и создают шумовое поле или низкочастотные колебания (инфразвук).
Кроме этого, наряду с повышением КПД и упрощением конструкции, отсутствие крупных лопастей, фундамента, можно отметить также дополнительные положительные эффекты изобретения, как значительное повышение надежности в работе, уменьшение габаритов установки, уменьшение веса. Возможно получение различного диапазона выходной мощности, вплоть до очень высокой, используя группы модулей, установленных в вертикальной плоскости, или увеличивая скорость набегающего потока газа или жидкости. Использование группы энергетических модулей на одной раме повышает мощность установки. Предлагаемый способ обеспечивает электрической энергией двигатель привода с установленными заборниками газа и жидкости, он работает непрерывно и длительное время независимо от скорости природного ветра.
На фиг. 1 в качестве примера приведена турбина с генератором и вихревой камерой для осуществления способа и работы устройства при получении электрической энергии посредством вращения ротора поддавлением набегающего закрученного потока. В этом варианте устройство включает электрогенератор 1 , кольцевой обтекатель 2, направляющие лопатки 3, поворачивающие воздушный поток, ротор турбины с лопатками 4, передний и задний конический обтекатели 5, лопатки предварительного захвата 6, кольцевой обтекатель ротора 7, заборники газа или жидкости 8, вихревую камеру 9.
На фиг. 2 представлена схема установки с двумя заборниками газа
(воздуха) 8, установленными тангенциально на вихревую камеру 9. Заборники 8, приводятся во вращение двигателем (электромотором) 10, посредством редуктора 1 1. Вращение заборников 8 происходит с постоянной оптимальной скоростью. Двигатель 10 подключен к источнику энергии для старта 12 (сеть). Установка снабжена кожухом 13, с защитной сеткой 14, крышками 15. Соединение редуктора 1 1 с вихревой камерой 9 осуществляется через муфту (не показана). Двигатель 10, установлен на раме 16.
На фиг.З представлена схема установки, работающей в жидкости (Н20), вид сверху. Электрогенератор 1 , рама 16 с электромотором 10 и редуктором 1 1 закрыты герметично.
Принцип работы установки на природном ветровом потоке и набегающем потоке газа или жидкости существенно отличается. Скорость набегающего потока газа или жидкости в нашем способе постоянна и может быть не ниже 12 м/с. Расчетные угловые скорости и действительная скорость набегающего потока газа или жидкости совпадают. Поэтому габариты предлагаемой установки можно уменьшить в несколько раз (при одинаковой мощности), чем у традиционных крупнолопастных ветростанций.
Представленная установка работает следующим образом. Электрический ток от сети 12 подается на электромотор 10, который вращает редуктор 1 1. Редуктор 1 1 , кинематически связан с подвижной вихревой камерой 9, на которой установлены вращающиеся заборники газа или жидкости 8. Они (8) вращаются с заранее заданной скоростью. На концах заборников 8 установлена вихревая камера 9, кинематически связанная с кольцевым обтекателем 2. Набегающий поток газа или жидкости с заранее заданной скоростью закручивается в вихревой камере 9, попадает на лопатки предварительного захвата 6, сжимается корпусом 5, удерживается кольцевым обтекателем 2, поворачивается направляющими 3 и давит на лопатки ротора 4, который вращает генератор 1.
При получении номинального электрического тока переключаем питание электромотора 10, на генератор 1. Установка продолжает вращаться с заданной скоростью. Генератор 1 непрерывно дает ток потребителю. Полезная работа такой установки может достигать высоких значений, а с использованием четырех и более заборников газа или жидкости в предлагаемой конструкции КПД установки будет не менее 75%.
Таким образом, заявляемый способ и установка позволяют производить электрическую энергию эффективно, автономно, экологически чистым способом и без сжигания традиционного топлива, так как используются совместно момент инерции, сила Кориолиса, кинетическая и потенциальная энергия. При этом момент инерции, возникающий при вращающихся заборниках газа или жидкости и вихревой камере, способствует снижению затрат энергии (по аналогии с маховиком) на их вращение, что подтвердилось при испытаниях установки.
Учитывая, что установка состоит из небольшого количества деталей, надежность ее резко возрастает. Расчетный ресурс работы установки может достигать 85 тысяч часов и более, так как отсутствуют быстро изнашивающиеся детали. Срок ее работы 30 лет и более.
Пример 1
Изготовлена установка, включающая электрогенератор 1 , ротор 4 с кольцевым обтекателем 7, направляющие лопатки 3, кольцевой обтекатель 2, конический обтекатель 5 (под углом 90°), с лопатками предварительного захвата 6. Внутренний диаметр кольцевого обтекателя 2 равен 1200 мм. Количество лопаток на роторе 4 и направляющих лопаток 3 равно тридцати двум. Электрогенератор 1 , мощностью 5,5 кВт. Ротор 4 установлен на оси генератора 1. Заборники воздуха 8 установлены на подвижной вихревой камере 9. Она (9) кинематически связана с выходным валом редуктора 1 1. Редуктор 1 1 вращается от электромотора 10, подключенного к сети 12. Мощность электромотора 10 равна 1 , 1 кВт.
Передаточное отношение редуктора 1 1 равно 39. Число оборотов электромотора равно 1400 об/мин. Следовательно, заборники 8 вращаются со скоростью 35,8 об/мин. Радиус вращения равен 3,75 метра. Получаем скорость набегающего потока воздуха 14,4 м/с. При такой скорости набегающего потока воздуха, через 7 секунд, генератор 1 турбины 4 вырабатывает номинальную мощность и выходит на режим работы, позволяющий обеспечивать электроэнергией и установку, и потребителя. Следует отметить, что потребляемая мощность электромотора 10 уменьшилась до 0,72 кВт. Установка работает практически без шума.
Пример 2
Изготовлена установка с заборниками воды для производства электрической энергии. Установка включает в себя раму 16, электромотор 10 мощностью 2,2 кВт, редуктор 1 1 , кольцевой обтекатель 2, диаметром 550 мм, конический обтекатель 5 под углом 70°, направляющие лопатки 3 под углом 45°. Генератор 1 мощностью 7,5 кВт установлен на кожухе 13 и герметично закрыт.
Установка закрыта герметично и с электрогенератором погружена в воду.
Турбина 4 имеет 16 лопаток и 16 направляющих лопаток 3, установленных под углом 45°. Электромотор 10 привода заборников воды 8 во вращение имеет мощность 2,2 кВт при 1400 об/мин. Редуктор 1 1 имеет передаточное отношение
1 :60. Радиус вращения установлен 2, 1 метра. Запуск установки осуществляем аналогично примеру 1. Заборники воды 8 вращаются со скоростью 23 об/мин, а набегающий поток жидкости имеет скорость 5 м/с. С такой скоростью набегающего потока жидкости турбина и генератор работают в номинальном режиме. При установившемся режиме генератор переключаем на электромотор
10, а остальную электроэнергию подаем к потребителю. Установка работает стабильно и почти бесшумно с высокой эффективностью.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что предлагаемый способ и установка для получения электроэнергии работает стабильно в газе и жидкости и независимо от природных условий. Производство полезной электроэнергии для потребителей данной установкой может составлять до 75% от общей вырабатываемой электроэнергии.
Пример 3
Берут смесь тяжелых газов аргона (Аг) и азота (N) в пропорции по весу один килограмм аргона на два килограмма азота. Получаем негорючую смесь тяжелее воздуха. Заключаем установку в герметичный контейнер по контуру рамы 16, но без нижней и верхней сетки 14, показанной на фиг. 2. Заполняем объем контейнера смесью тяжелых газов (Аг + N). Конструктивно установка имеет вид, показанный на фиг. 2, но при этом направление вращения заборников 8 и вихревой камеры 9 противоположны вращению ротора турбины с лопатками 4.
Запуск установки осуществляется аналогично приведенному в примере 1. Мощность электромотора привода 10 - равна 1 , 1 кВт. Скорость вращения заборников газовой смеси равна 35,8 об/мин при радиусе вращения, равном 3,75 метра, скорость набегающего потока газовой смеси будет 14,4 м/с. При такой скорости набегающего потока тяжелой смеси газов генератор 1 вырабатывает 7,5 кВт в час электрической энергии. Это позволяет обеспечить электрической энергией потребителя и электромотор привода во вращении заборников газовой смеси. При вращении заборников газовой смеси 8, в закрытом контейнере происходитобразование вихревого потока по направлению их вращения, но выходящий поток газовой смеси из ротора турбины 4 тормозит вращающийся поток газовой смеси и обеспечивает непрерывную работу всей установки с более высокими техническими характеристиками.
Пример 4.
Берут установку, работающую в воде (см. пример 2), показанную на фиг. 3, и устанавливают ее в герметичный контейнер. Объем контейнера заполняют незамерзающей жидкостью (- 40°С). Устанавливают генератор 1 , мощностью 1 1 кВт в герметичный блок. Вал генератора 1 кинематически связан с турбиной 4, у которой лопасти повернуты на 180°, что обеспечивает вращение жидкости в противоположную сторону по отношению к заборникам 8. Турбина 4 снабжена шестнадцатью лопастями. Мощность электромотора 10 равна 3 кВт при 1400 об/мин. Редуктор 1 1 имеет передаточное число 1 :60. Радиус вращения установлен 2,0 м. Запуск установки осуществляем аналогично примеру 1. Поток жидкости со скоростью 5 м/с попадает в вихревую камеру 9, через заборники 8. На коническом обтекателе 5 поток ускоряется и подается в направляющие отверстия 3, где поворачивается на 45° и подается на лопатки 4, которые вращают ротор турбины, кинематически связанный с генератором 1. Вырабатываемая электрическая энергия подается потребителям, а часть ее идет на электрический мотор привода 10. Установка работает устойчиво в режиме непрерывной нагрузки при минусовой температуре до - 40°С.
Промышленная применимость
На практике использование заявляемых способа и установки позволит уменьшить количество сжигаемого топлива и улучшит экологическую ситуацию. Использование предлагаемого способа и установки в промышленности по сравнению с известными позволит повысить КПД и уменьшить габариты и вес электростанций. Особый интерес для промышленности и транспорта представляет использование этого способа вырабатывания электрической энергии для создания электромобилей, электрических летательных аппаратов, электровозов для железных дорог, электрических кораблей, а также электрическое снабжение космических станций и аппаратов.

Claims

Формула изобретения
1. Способ получения электрической энергии, включающий создание искусственного набегающего потока газа или жидкости, который направляют посредством заборников в вихревую камеру по меньшей мере одной турбины, имеющей конический и цилиндрический обтекатели и группу направляющих отверстий и/или лопаток, посредством которых ускоряют набегающий поток газа или жидкости на ротор, который кинематически связывают с электрическим генератором, выполненным с возможностью обеспечения электрической энергией потребителя и электромотора привода во вращение заборников газа или жидкости и вихревой камеры, которую устанавливают с заданным радиусом вращения, посредством чего обеспечивают необходимую скорость потока.
2. Способ по п. 1 , в котором придают набегающему потоку газа или жидкости постоянную скорость, обеспечивающую работу по меньшей мере одной турбины и связанного с ней генератора при максимальной нагрузке.
3. Способ по п. 2, в котором набегающий поток газа или жидкости закручивают в направлении вращения ротора турбины посредством вихревой камеры с тангенциально установленными заборниками.
4. Способ по п. 3, в котором заборники газа или жидкости вращают по радиусу по меньшей мере 0,5 метра с заданной скоростью посредством электромотора привода и редуктора.
5. Способ по п. 4, в котором осуществляют подачу части вырабатываемой электрической энергии на электромотор привода во вращение заборников газа или жидкости.
6. Способ по п. 1 , в котором набегающий поток газа или жидкости предварительно закручивают, сжимают, ускоряют, затем повторно закручивают и направляют на рабочую поверхность ротора под углом не более 90° посредством конического и кольцевого обтекателей и вихревой камеры.
7. Способ по п. 6, в котором при вращении используют силу Кориолиса, момент инерции, кинетическую, потенциальную энергии набегающего потока газа или жидкости и часть вырабатываемой собственной электрической энергии.
8. Способ по п. 7, в котором одновременно создают реактивный эффект на всех рабочих поверхностях ротора.
9. Способ по любому из п. 1 -8, в котором в качестве газа используют тяжелые газы, газовые смеси, воздух или воздух в смеси с тяжелыми газами.
10. Установка для получения электрической энергии, включающая электрический генератор, ротор, связанный с указанным электрическим генератором, устройство закручивания, сжатия и удержания набегающего потока воздуха, газа или жидкости, снабженное группой направляющих лопаток и/или отверстий, закручивающих поток газа или жидкости в направлении вращения ротора, вихревую камеру с заборниками газа или жидкости и средство передачи энергии потребителю и на собственные нужды.
1 1. Установка по п. 10, в которой ротор выполнен в виде диска, а группа лопаток и/или отверстий расположена в его периферийной части и под углом к поверхности диска ротора, причем указанные лопатки и/или отверстия снабжены вогнутой рабочей поверхностью, выполненной с возможностью создания реактивного эффекта.
12. Установка по п. 1 1 , в которой указанные отверстия выполнены цилиндрическими, квадратными, коническими или в виде сопел.
13. Установка по п. 1 1 , которая включает группу направляющих лопаток и/или отверстий, выполненных с возможностью направления набегающего потока газа или жидкости на ротор под оптимальным углом с предварительным закручиванием его в направлении вращения ротора.
14. Установка по п. 13, которая включает кольцевой обтекатель, установленный с возможностью полного удержания набегающего потока газа или жидкости и его полного направления на рабочую поверхность лопаток и/или отверстий ротора.
15. Установка по п. 14, которая включает заборники газа или жидкости, конический обтекатель с лопатками для увеличения скорости набегающего потока газа или жидкости и создания необходимого давления указанного потока на ротор.
16. Установка по п. 15, которая включает вихревую камеру, установленную с возможностью вращения и создания искусственного набегающего потока газа или жидкости, при этом установленный радиус вращения составляет по меньшей мере 0,5 м.
PCT/RU2011/001010 2011-12-21 2011-12-21 Способ и установка для получения электрической энергии WO2013095178A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2011/001010 WO2013095178A1 (ru) 2011-12-21 2011-12-21 Способ и установка для получения электрической энергии

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2011/001010 WO2013095178A1 (ru) 2011-12-21 2011-12-21 Способ и установка для получения электрической энергии

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013095178A1 true WO2013095178A1 (ru) 2013-06-27

Family

ID=48668897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/001010 WO2013095178A1 (ru) 2011-12-21 2011-12-21 Способ и установка для получения электрической энергии

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2013095178A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9234081B2 (en) 2010-06-08 2016-01-12 King Abdulaziz City For Science And Technology Method of manufacturing a nitro blue tetrazolium and polyvinyl butyral based dosimeter film
US9932959B2 (en) 2011-03-10 2018-04-03 King Abdulaziz City For Science And Technology Shrounded wind turbine configuration with nozzle augmented diffuser

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008043165A2 (en) * 2006-10-10 2008-04-17 Rafael Camilotti Power generating device
KR20090117566A (ko) * 2008-05-09 2009-11-12 이상하 송풍기등을 이용한 인공풍력발전
KZ24403A4 (en) * 2010-08-05 2011-08-15 Kuznecov Pavel Vladimirovich Independent energetic device
WO2012026840A1 (ru) * 2010-08-26 2012-03-01 Олтэнэтив Энэджи Рисеч Кампэни Элтиди Способ и солнечная ветростанция для производства электрической энергии

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008043165A2 (en) * 2006-10-10 2008-04-17 Rafael Camilotti Power generating device
KR20090117566A (ko) * 2008-05-09 2009-11-12 이상하 송풍기등을 이용한 인공풍력발전
KZ24403A4 (en) * 2010-08-05 2011-08-15 Kuznecov Pavel Vladimirovich Independent energetic device
WO2012026840A1 (ru) * 2010-08-26 2012-03-01 Олтэнэтив Энэджи Рисеч Кампэни Элтиди Способ и солнечная ветростанция для производства электрической энергии

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G. S. LANDSBERG.: "Elementarny uchebnik fiziki. Book 1. Mekhanika. Teplota.", MOLEKULARNAYA FIZIKA. MOLEKULARNAYA FIZIKA., 1995, MOSCOW, pages 210 *
O. F.KABARDIN.: "Fizika, spravochnye materialy.", PROSVESCHENIE, 1991, MOSCOW, pages 51 - 53, XP008172378 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9234081B2 (en) 2010-06-08 2016-01-12 King Abdulaziz City For Science And Technology Method of manufacturing a nitro blue tetrazolium and polyvinyl butyral based dosimeter film
US9932959B2 (en) 2011-03-10 2018-04-03 King Abdulaziz City For Science And Technology Shrounded wind turbine configuration with nozzle augmented diffuser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2645187C2 (ru) Вертикально-осевая ветровая и гидравлическая турбина с регулированием потока
US8072091B2 (en) Methods, systems, and devices for energy generation
RU2583168C2 (ru) Способ генерации электроэнергии на основе накопления энергии, использующий природную энергию, и система генерации электроэнергии
WO2008134868A1 (en) System and method for extracting power from fluid
US20100171314A1 (en) Vertically Oriented Wind Tower Generator
WO2002101233A1 (fr) Dispositif de generation d'electricite par pompage d'air
US8134246B1 (en) Fluid driven generator
US20120282092A1 (en) Method and devices for compact forced velocity turbines
WO2011095397A2 (en) A bidirectional water turbine
WO2012026840A1 (ru) Способ и солнечная ветростанция для производства электрической энергии
JP2017075597A (ja) 格納容器収納式フライホイール一体型垂直軸風車発電機
Williamson et al. Experimental optimisation of a low-head pico hydro turgo turbine
US9537371B2 (en) Contra rotor wind turbine system using a hydraulic power transmission device
Ehsan et al. A proposal of implementation of ducted wind turbine integrated with solar system for reliable power generation in Bangladesh
WO2013095178A1 (ru) Способ и установка для получения электрической энергии
WO2017160825A1 (en) Wind energy harvesting utilizing air shaft and centrifugal impellor wheels
CN116745518A (zh) 能够设置于移动体的风力发电装置
WO2013002665A1 (ru) Способ и установка для получения электрической энергии
RU2210000C1 (ru) Роторный ветродвигатель
RU2261362C2 (ru) Аэротермодинамическая ветроэнергетическая установка (атву)
Chong et al. Design and wind tunnel testing of a Savonius wind turbine integrated with the omni-direction-guide-vane
RU2802564C1 (ru) Ветросолнечная энергетическая установка
Anjum et al. Common vertical axis Savonius-Darrieus wind turbines for low wind speed highway applications
RU2802563C1 (ru) Ветросолнечная энергетическая установка
RU217787U1 (ru) Ветросолнечная энергетическая установка

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11878013

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11878013

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1