Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2167334

ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Имя изобретателя: Чердаков П.А.; Чердакова О.А. 
Имя патентообладателя: Иркутский энергетический колледж
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 2000.01.27 

Электростанция предназначена для выработки электрической энергии путем преобразования потенциальной энергии воды. Преобразователь энергии воды в энергию воздушного потока состоит из нескольких сифонных трубопроводов, по которым вода перетекает из верхнего бьефа в нижний бьеф. Верхняя часть каждого из сифонов, т.е. область с наибольшим значением вакуума, соединена отдельным воздуховодом с коллектором, где размещается воздушная турбина, соединенная с электрогенератором. Конструкция электростанции позволяет расширить область применения плотинных гидроэлектростанций.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к технике выработки электрической энергии, в частности к нетрадиционным источникам энергии.

Известно устройство, преобразующее энергию морских волн в электрическую энергию (см. Кириллин В.А. Энергетика. Главные проблемы. - М.: Знание, 1990, с. 72-73), которое представляет собой плавающую на воде платформу, разделенную на открытые снизу секции, заполненные воздухом. Волны, проходя под платформой, сжимают поочередно находящийся в секциях воздух. Установленная на пути потока воздуха, перетекающего из секции с большим давлением в секцию с меньшим давлением, воздушная турбинка, соединенная с электрическим генератором, будет преобразовывать энергию волн в электрическую энергию.

Недостатками данного устройства являются небольшая мощность, выход из работы во время штиля? а и громоздкость, т.к. данное устройство должно иметь большие линейные размеры, с тем чтобы колебания платформы под действием волн были небольшими. Кроме этого, направление протекания воздуха из одной секции в другую будет периодически меняться, а это приводит к периодической остановке воздушной турбинки и генератора, что еще более снижает мощность электростанции и требует использования специального обратимого генератора.

Известна и гидропневматическая электростанция (A.M. Gorlov. A New Opportunity for Hydro: Using Air Turbines for Generating Electricity. Hydro Review, September 1992, Volume 11, Number 5), состоящая из герметичного гидровоздушного конвертора, преобразующего энергию воды в энергию воздушного потока, плотины, создающей перепад воды относительно нижнего бьефа и энергоблока, в котором размещены воздушные турбогенераторы. Основным элементом этой электростанции является водо- и воздухонепроницаемый конвертор, сооружаемый из бетона и размещаемый в русле реки. Он может выполняться одно- и двухкамерным. По мнению автора разработки более эффективным является двухкамерный конвертор, состоящий из двух идентичных камер, связанных между собой воздуховодом, в котором размещена воздушная турбина.

Обе камеры оборудованы системой впускных и выпускных затворов, которые обеспечивают опорожнение одной камеры при заполнении другой и наоборот. Когда одна камера заполняется, воздух из нее через воздухопровод выходит в камеру, которая опорожняется, вращая при этом воздушную турбину.

В данном устройстве направление движения воздушного потока в воздухопроводе и будет периодически изменяться, что приведет к следующему циклу работы турбины и генератора: разгон - достижение максимальной скорости вращения - замедление вращения - остановка и т.д. по тому же циклу, что ведет к снижению мощности электростанции и и требует использования обратимого генератора. По данным автора прототипа при перепаде уровней верхнего и нижнего бьефов 6,5 футов (1,98 м) давление (напор), под действием которого движется по воздуховоду воздушный поток, составляет 13 футов водного столба (3,96 м вод.ст. = 38,86 кПа) для более совершенного двухкамерного конвертора (см. там же).

Конвертор данной электростанции, особенно двухкамерный, представляет из себя довольно сложную, громоздкую конструкцию, включающую в себя четыре попеременно открывающихся и закрывающихся затвора, оси и шарниры которых постоянно находятся в воде, что снижает надежность данного устройства и суживает область его применения (из-за невозможности применения электростанции такого типа на ручьях и малых реках).

Задачей настоящего изобретения является увеличение мощности электростанции и расширение области ее применения.

Указанный технический результат достигается тем, что преобразователь энергии воды в энергию воздушного потока выполнен в виде батареи сифонных трубопроводов, верхняя часть каждого из которых соединяется воздухопроводом с общим коллектором, в котором располагается воздушная турбинка.

Выполнение преобразователя в виде сифонов позволяет резко увеличить мощность электростанции, т.к. вакуум в верхней части сифона достигает 7 метров водного столба (68,65 кПа) (см. Чугаев P.P. Гидравлика. - Л.: Энергоиздат, 1982, с. 222), причем достичь такого значения вакуума можно при небольшом перепаде уровней в верхнем и нижнем бьефах, т.к. величина вакуума в сифоне в основном зависит от высоты поднятия верхней части сифона над уровнем воды в верхнем бьефе и определяется по следующей зависимости (см. там же, с. 221):



где h' - высота поднятия верхней части сифона над уровнем воды в верхнем бьефе;

- полный коэффициент сопротивления, учитывающий потерю напора от входа в сифон до его верхней части;

v - скорость течения воды в сифоне;

g - ускорение свободного падения.

Развиваемая турбиной мощность в общем случае вычисляется по формуле (см. Гидроэлектрические станции. / Под ред. Карелина В.Я., Кривченко Г.Я. - М., 1987, с. 21):

N = ·g·Q·H·_эн.об.,

где - плотность воздуха;

g - ускорение свободного падения;

Q - расход воздушного потока;

H - действующий напор (перепад давлений);

_эн.об. - КПД энергетического оборудования.

Гидропневматическая концепция производства электроэнергии по данным исследований (см. A.M. Goriov. A New Opportunity for Hydro: Using Air Turbines for Generating Electricity. Hydro Review, September 1992, Volume 11, Number 5) эффективна при напорах на плотине до 13 футов (3,96 м), а при больших напорах предпочтительнее гидравлические турбины. Как видно из вышесказанного, при таких условиях перепад давлений, под действием которого движется воздушный поток, а следовательно, и расход воздушного потока, выше у сифона (при одинаковом диаметре воздуховода). При этом расход воздуха, а значит и мощность станции могут быть многократно увеличены при увеличении числа сифонов в батарее. Последнее ограничивается только расходом реки.

К тому же изготовлены сифоны могут быть довольно просто из обычных стальных или пластмассовых труб. При этом не требуется, как в случае строительства прототипа, отвода реки в другое русло.

Установить предлагаемую электростанцию можно на небольших водотоках, причем в некоторых случаях даже без плотины - на реках, имеющих естественные перепады (пороги), что расширяет область ее применения.

На фиг. 1 изображен общий вид гидропневматической электростанции, а на фиг. 2 - схема, поясняющая принцип ее работы.

Конструкция состоит из плотины 1, на которой закреплена батарея сифонных трубопроводов 2, каждый из которых посредством воздуховодов 3 сообщается с коллектором, где располагается воздушная турбина 4, и далее с атмосферой. Вакуум-насос 5 подключен к устью воздуховода и соединяется с последним при помощи вентилей 6 и 7. Все перечисленные составляющие электростанции за исключением сифонов и большей части воздуховодов располагаются в энергоблоке 8.

Гидропневматическая электростанция работает следующим образом. Перед пуском электростанции закрывается вентиль 7, а вентиль 6 открывается и включается вакуум-насос 5, создавая в сифонах давление меньше атмосферного. В результате через сифонные трубопроводы 2 начинается движение воды из верхнего бьефа в нижний. После этого вентиль 6 закрывается, а вентиль 7 открывается и за счет разности давлений, возникающей из-за наличия вакуума в сифоне, начинается движение воздушного потока из атмосферы через воздушную турбину 4 и воздуховоды 3 в сифонные трубопроводы 2. Под воздействием воздушного потока турбина вращается и соединенный с ней генератор вырабатывает электрическую энергию. Во избежание прекращения течения воды в трубопроводах 2 подвод воздуха по воздуховодам 3 регулируется вентилем 7 и не должен уменьшать расход воды на более чем 0,2 максимального, когда каждый трубопровод 2 работает полным сечением (без подвода воздуха).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Гидропневматическая электростанция, включающая низконапорную плотину, преобразователь энергии воды в энергию воздушного потока, воздушный турбогенератор, отличающаяся тем, что преобразователь энергии выполнен в виде батареи сифонных трубопроводов, верхняя часть каждого из которых соединена воздуховодами с коллектором, в котором расположена воздушная турбина.

Версия для печати
Дата публикации 16.01.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов