Способ получения электроэнергии
ELECTRIC POWER PRODUCTION METHOD

Область техники. Способ получения электроэнергии электростанции за счет естественной тяги от нагревателя, получаемой от прохождения воздухопотока через него относится к технике получения электрической энергии, в частности, к электростанциям со сквозным каналом для естественной тяги, которую создают за счет прохождения воздушного потока по нему при нагреве этого потока от 110 градусов Цельсия и более с последующим выходом его в атмосферу через выпускную трубу высотой 10 метров и более. Отличительной особенностью данного изобретения является то, что электростанции работают при любых погодных условиях и обеспечивают свое нормальное функционирование, работают с постоянной частотой тока в 50 герц при изменении потребительской нагрузки. Известны ветреные электростанции, где ветроколесо с генератором крепится на привязном аэростате, а электроэнергия передается по кабелю (патент США №4073516,1978 год, автор А. Клинг), ветроустановка, где аэростат, ветряк и генератор представляют единое целое (патент США №4350896, 1982 год, автор У.Бенуа), «Электростанция с постоянной тягой от паронагревателя, патент №2657369 22 сентября 2016 г, автор Карпухин М.Г.). Которая содержит помещение, сквозной канал, турбину, электрогенератор, паронагреватель с выпускной трубой. Сквозной канал состоит из сборного входного сопла, обтянутого водонепроницаемой синтетической тканью, соединительных рукавов из той же ткани, соединяющих входное сопло и паронагреватель с помещением, в котором располагаются турбина, связанная гибкой связью для передачи вращательного движения находящемуся там же генератору, электрооборудование электростанции, выносная труба на паронагревателе имеет длину от 10 м. и более и изготовлена из жаростойкой прорезиненной ткани на синтетической основе с утепленной внешней стороной, которая нижнем концом закреплена за паронагреватель, а ее верхний конец крепится с помощью электролебедок тремя углеполимерными тросами, вертикальность выносной трубы при этом обеспечивают «ребра жесткости», представляющие собой три рукава из той же ткани, направленные вертикально вверх и заполненные сжатым воздухом, при этом температура в теплообменнике составляет от 110 градусов Цельсия и выше. Данное изобретение принято за прототип предлагаемому автором изобретению. К недостаткам указанного способа получения электроэнергии от электростанции относится схема нагрева воздушного потока паром и сложная конструкция паронагревателя, требующая мощную оболочку паронагревателя для защиты от давления пара при его нагреве выше 140 градусов Цельсия и отсутствие автоматического поддержания в вырабатываемом электростанцией токе частоты 50 герц, при изменении потребительской нагрузки на электростанцию. Решение данной технической проблемы с получением технического результата позволит обеспечить замену мощных магистральных электрических сетей электростанциями, снабжающими электричеством жилищно-бытовой комплекс страны, на предложенные в изобретении электростанции, работающие от воздушного потока, что даст обеспечение дешевой энергией, значительное улучшение экологии, исключение возможности технологических аварий в мегаполисах страны.
Первый недостаток убирают использованием для нагрева нагревателя высокотемпературных нагревательных проводов, второй, применением автоматического устройства обеспечивающего постоянное выравнивание скорости вращения вала турбины, при любом изменении потребительской нагрузки на электростанцию, что обеспечивает получение, вырабатываемого тока частотой 50 герц. Предложенные решения приносят получение требуемого технического результата, обеспечивая замену мощных магистральных электрических сетей электростанциями, снабжающими электричеством жилищно-бытовой комплекс страны, на предложенные в изобретении электростанции, работающие от воздушного потока. Обеспечение страны дешевой энергией, значительное улучшение экологии страны, практически, полное исключение возможности случаев крупных технологических катастроф и аварий в мегаполисах страны.
Раскрытие изобретения.
Предлагаемое изобретение осуществляют за счет естественной тяги - разрежения которое создается за счет разности плотностей наружного атмосферного воздуха и газов в газоходах или вытяжной вентиляционной трубе, (в нашем случае, нагретого воздуха в выносной трубе нагревателя); естественная тяга возрастает с увеличением высоты вытяжной или дымовой трубы, (а в нашем случае выносной трубы), с уменьшением температуры атмосферного воздуха и с увеличением температуры газов в трубе (Политехнический словарь. «Советская энциклопедия», М, 1980, стр. 545). Способ получения электроэнергии на электростанции за счет естественной тяги от нагревателя в ее сквозном канале, заключающийся в том, что сквозной канал выполняют состоящим из входного сопла, который обтягивают водонепроницаемой синтетической тканью, соединительных рукавов из той же ткани, входное сопло соединяют с нагревателем, турбину соединяют с гибкой связью с электрогенератором для передачи вращательного движения, выносную трубу выполняют из жаростойкой прорезиненной ткани на синтетической основе с утепленной внешней стороной, все составные части электростанции располагают на деревянном перекрытии металлического помоста в защитном помещении, перед турбиной располагают автоматический центробежный маятник, который кинетически соединяют с валом турбины для управления его скоростью вращения, реагирующий на изменение потребительской нагрузки на электростанции с помощью регулирующей задвижки шибера, поддерживая частоту тока 50 герц, в нагревателе для создания естественной тяги нагревом воздушного потока в сквозном воздушном канале используют высокотемпературные нагревательные провода, которые обеспечивают в нагревателе температуру от 110 градусов и выше, при этом электростанцию оборудуют аккумуляторами для пуска электростанции после случаев аварийных остановок, выносную трубу устанавливают и крепят на нагревателе, длину которой выполняют от 10 м. и более. Вышеуказанная совокупность существенных признаков обеспечивает получения требуемого технического результата от предлагаемого изобретения. Работа электростанции происходит за счет воздушного потока создаваемого естественной тягой в ее сквозном воздушном канале-воздуховоде за счет работы нагревателя. Скорость воздушного потока в сквозном воздушном канале воздуховода предлагаемого способа получения электроэнергии регулируют несколькими параметрами. Одними из них являются площадь входного сопла и площадь выходного отверстия регулирующей задвижки управляющего работой электростанции устройства, которые существенно влияют на нее. Согласно закону Бойля-Мариотта, который излагается в следующей редакции. При постоянной температуре объем данной массы газа обратно пропорционален давлению, под которым он находится, иначе: произведение давления р газа на его объем V есть величина постоянная: pV=C=const. Постоянная С пропорциональна числу грамм-молекул взятой массы газа и абсолютной температуре. (Малая советская энциклопедия, 3 издание, том 1, стр. 1095). В соответствии с общеизвестным уравнением Бернулли воздух, входящий в поперечное сечение входного сопла, под действием естественной тяги увеличивает скорость прохождения во столько раз, во сколько площадь поперечного сечения выходного сопла меньше площади поперечного сечения входного сопла, что позволяет ее регулировать. Увеличение скорости воздушного потока также возможно за счет увеличения температуры нагрева воздушного потока нагревателем и увеличения длины выпускной трубы. Использование данного уравнения позволяет регулировать скорость вращения турбины электростанции. Для чего используют устройство для регулировки скорости вращения турбины электростанции, которым автоматически регулируют площадь поперечного сечения выходного сопла, увеличивая или уменьшая ее и этим уменьшая или увеличивая скорость воздушного потока в воздуховоде электростанции и, соответственно, скорость вращения турбины, которая вращает генератор. Данное устройство называется шибер. Все факторы, влияющие на изменение мощности электростанции отражаются на изменении скорости вращения вала турбины. Поэтому в предлагаемом изобретении используют устройство для регулировки скорости вращения вала турбины реагирующее на изменение скорости вращения вала турбины. Оно, кинетически связано с валом турбины и, следовательно, с генератором, регулируя работу электростанции. Генератор ускоряет свое вращение при уменьшении выходного отверстия шибера, которое одновременно является выходным соплом Шибер устанавливают перед входом воздушного потока в турбину. Турбину связывают с генератором гибкой кинетической связью. Выходное отверстие турбины соединительным рукавом соединяют с входным отверстием нагревателя, в котором воздушный поток проходит по его трубам, подогреваемым высокотемпературным нагревательным проводом, обеспечивая их нагрев от 110 градусов и выше и после прохождения им нагревателя через выпускную трубу выходит в атмосферу. Нагреватель с внешней стороны теплоизолируют общеизвестным утеплителем, как и внешнюю сторону выпускной трубы. Она нижней стороной крепится к нагревателю, а ее верхний конец закрепляют тросами трех электрических лебедок, расположенных на одинаковом расстоянии от центра выпускной трубы через 120 градусов. Вертикальность трубы обеспечивают прикрепленные к трубе три шланга заполненные сжатым воздухом.
Осуществление изобретения.
Все составные части предложенной автором электростанции располагают на высоте от 1-1,5 м. от земной поверхности, что обеспечивает чистоту воздушного потока от снега и других атмосферных осадков, этой же цели служит защитное помещение, в котором размещают все части электростанции. Входное сопло электростанции собирают с помощью болтов, из металлических труб, диаметром 40 мм. и обтягивают водонепроницаемой синтетической, склеенной общеизвестным полиуретановым клеем, тканью, которая имеет конусную форму, ее окончание соединяют крепежными деталями к входному отверстию шибера, отверстие которого, закрываемое его задвижкой и есть выходное сопло. Поперечные площади сечений входного сопла и выходного сопла шибера определяются опытным путем при помощи измерения скорости вращения генератора тахометром до получения его скорости, обеспечивающей получения тока 50 герц при практически нулевой нагрузки при полностью открытой запорной задвижки шибера, что обеспечивает возможность руководить работой электростанции уменьшая площадь поперечного сечения выходного сопла шибера, увеличивая скорость струи воздушного потока, за счет чего увеличивают скорость вращения турбины, чем обеспечивают частоту тока в 50 герц при изменении потребительской нагрузки. Учитывая, что все факторы, влияющие на работу электростанции приводят к изменении скорости вращения турбины автор использует автоматический регулятор скорости, основным органом которого является центробежный маятник, воспринимающий изменение числа оборотов электростанции и воздействующий через распределительное устройство на регулирующий аппарат электростанции. Он состоит из центробежного регулятора с грузами, вращающимися вместе с валом турбины электростанции. При увеличении частоты вращения грузы расходятся и перемещают муфту, управляющую положением регулирующей заслонки шибера, вверх, увеличивая площадь выходного сопла и, соответственно увеличивая подачу воздуха в турбину, что приводит к уменьшению скорости вращения турбины, при уменьшении скорости вращения они сходятся и муфта опускает заслонку, уменьшая площадь выходного сопла, увеличивая скорость вращения. Систему регулирования настраивают так, чтобы при номинальной частоте вращения муфта и заслонка шибера, регулирующая поступление воздуха находились во вполне определенном положении. Система регулирования, в которой регулятор скорости воздействует непосредственно на задвижку, влияющую на поступающее количество воздуха, называется системой прямого регулирования и имеет общеизвестное признание. В нагревателе также применяют общепринятые высокотемпературные нагревательные провода обеспечивающие нагрев труб нагревателя от 110 градусов Цельсия и выше, не требующие для специалистов описания их конструкции. Защитное помещение располагают на деревянном перекрытии металлической конструкции из прямоугольных труб 70×40×4 закрепленных в бетонном основании, все составные части электростанции также устанавливают и крепят на нем же на указанной ранее высоте. Начало помещения располагают перед входным соплом, на расстоянии 1-1,5 м., что обеспечивает защиту оборудования электростанции от атмосферных осадков, оно затянуто с торца предохранительной сеткой с мелкой ячейкой для защиты от всех представителей фауны. Помещение оборудуют проходом ко всем частям электростанции. Входное сопло, шибер, турбина, генератор и нагреватель крепят к его деревянному полу, толщиной 70 мм металлическими болтами. Выходное отверстие шибера соединяют соединительным рукавом с входным отверстием турбины электростанции, аналогично соединяют выходное отверстие турбины с входным отверстием нагревателя. Все соединения осуществляют через общеизвестные уплотнительные прокладки, кроме соединения с нагревателем, на котором используют общеизвестные жаростойкие уплотнительные прокладки. Нагреватель состоит из сборного металлического ящика с толщиной стенок равной 2 мм., состоящего из двух составных частей, горизонтальной и вертикальной, размерами: длина-2000 мм; ширина-1000 мм.; высота-560 мм. В горизонтальной, размещают приемную камеру воздушного потока, из которой выходят 18 металлических труб диаметром 108 мм., расположенных в три ряда, с расстоянием между трубами и трубами и стенками нагревателя-50 мм., служащих для нагрева воздушного потока. Трубы размещаются в нем в три слоя и пройдя горизонтальный участок нагревателя с помощью прямоугольных отводов, они переходят в вертикальный участок, который заканчивают выходной камерой, где воздушный поток объединяют и выводят через выпускную трубу в атмосферу. Приемную и выходную камеры изготавливают общеизвестной сваркой, размерами: 1. длиной-200 мм.; 2. шириной-860 мм.: 3. высотой-530 мм.. Трубы нагревателя обматывают высокотемпературным нагревательным проводом, который и нагревает их от 110 градусов Цельсия и выше. Первичный нагрев труб нагревателя производят, при запуске электростанции, используя сторонний источник энергии, а после ее запуска нагревательный провод обслуживают током от собственной электростанции. Нагреватель имеет отдельный разъем для подключения стороннего источника электрической энергии для запуска электростанции с последующим переходом на его работу от своего генератора. Он оборудован термометром для контроля за температурой. Внешние стенки нагревателя теплоизолируют общеизвестным утеплителем, как и внешнюю сторону выпускной трубы. Выпускную трубу электростанции изготавливают из синтетической жаростойкой ткани, диаметр которой зависит от мощности электростанции, Нижним концом ее крепят на выходной камере теплообменника, выход из которой имеет форму трубы, что удобно для крепления на ней выпускной трубы. Ее вертикальность задают тремя шлангами, наполненными сжатым воздухом, их прикрепляют к выпускной трубе мягким креплением через 1,5-2 метра, длина выпускной трубы от 10 и более метров. Верхнюю часть выпускной трубы закрепляют тремя тросами от электрических лебедок. Выход выпускной трубы через крышу защитного помещения гидроизолируют, обеспечивая отсутствия поступлений атмосферных осадков внутрь защитного помещения. Все электроприборы и электросхемы электростанции соединяют изолированными проводами обеспечивая ее нормальную работу. В случае аварии электростанция оборудована аккумуляторами, что обеспечивает ее запуск после ремонта. Количество аккумуляторов подсчитывают исходя из мощности, необходимой для достижения нагревателем температуры 140 градусов Цельсия и выше.