ГОРНАЯ АВТОНОМНАЯ ВОЗДУШНО-ТЯГОВАЯ УСТАНОВКА
AUTONOMOUS MINING AERIAL TRACTION INSTALLATION

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии без использования топлива и подвода энергии извне, являясь альтернативным источником энергии.
Известна горная воздушно-тяговая электростанция, содержащая вертикальный воздуховод, установленный в нем воздушный двигатель, кинематически соединенный с электрогенератором. Воздуховод выполнен в виде горной выработки, изолированной от поступления в нее подземных вод, устье которой является коллектор, представленный сухими теплыми (или горячими) породами, характеризующиеся вызванной или природной сообщенной трещиноватостью, сообщенный со входом горной выработки. Каналом сообщения входа воздуховода с атмосферой является сам геотермальный коллектор, простирающийся до пересечения с поверхностью рельефа горной местности, либо одна дополнительная горная выработка или несколько дополнительных горных выработок, сооруженных с дневной поверхности до геотермального коллектора и расположенных вокруг горной выработки. Электростанция снабжена побудителем движения воздуха, вентилятором в горной выработке (см. патент РФ №2444645, МПК F03D 3/04, 2009 г.). Эта электростанция выбрана в качестве прототипа.
Наличие побудителя воздуха в горной выработке, который необходимо дополнительно снабжать электроэнергией, является недостатком прототипа. Также к недостаткам можно отнести тот факт, что в качестве воздуховода применяется горная выработка, которая имеет шероховатую, не гладкую поверхность, трение воздушного потока о которую будет создавать дополнительные потери мощности. Также значительная скорость воздушного потока будет вызывать разрушение воздуховода, который состоит из горной породы и, соответственно, с течением времени будет разрушаться, а выносимая горная пыль будет забивать турбину, находящуюся в верхней части трубы, что будет вызывать дополнительные эксплуатационные затраты. Укрепление же горной выработки не представляется возможным при такой ее длине и сложной конфигурации, при том что с укреплением сразу же возникнет проблема с техническим обслуживанием укрепленной выработки, поддержанием ее в исправном состоянии, прокладка же внутри горной выработки трубы «убивает» все преимущества данного изобретения, так как это несет за собой дополнительные финансовые затраты. Также возникают проблемы с изоляцией воздуховода от подземных вод, что несет за собой очередные вложения. К тому же, мощность электростанции будет снижаться за счет остывания горячего воздуха при контакте с холодными стенками воздуховода, хотя в изобретении и предлагается теплоизолировать стенки горных выработок, но не говорится каким способом, остается лишь догадываться, каких финансовых вложений это потребует при заданной длине и конфигурации воздуховода. Подводя итог всему вышесказанному, возникает вопрос о целесообразности такого выбора воздуховода, мнимости экономии на его строительстве, если вместе с этой «экономией» возникает целый ряд вопросов и дополнительных затрат.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков в разработанной конструкции горной воздушно-тяговой электростанции, повышение ее эффективности и снижении эксплуатационных затрат и затрат на строительство.
Решение данной технической задачи достигается тем, что горная автономная воздушно-тяговая установка содержит воздуховод в виде трубы, проложенной вдоль склона горы, и установленный в ней воздушный двигатель, кинематически связанный с электрогенератором, и побудитель воздуха, согласно изобретению, воздуховод представляет собой последовательно соединенные сегменты из труб разного диаметра, таким образом, что диаметр труб с каждым соединением постепенно уменьшается от максимального в месте забора воздуха до минимального в месте установки воздушного двигателя, при этом нижняя часть воздуховода помещена в геотермальную емкость, а входное отверстие воздуховода расположено вне геотермальной емкости, причем побудитель воздуха установлен в верхней части воздуховода и выполнен в виде нагнетателя воздуха, состоящего из лопастей, приводимых в движение потоком ветра.
Создание воздуховода из последовательно соединенных сегментов из труб разного диаметра, таким образом, что диаметр труб с каждым соединением постепенно уменьшается от максимального в месте забора воздуха до минимального в месте установки воздушного двигателя, с размещением нижней части воздуховода в геотермальной емкости, с расположением входного отверстия воздуховода вне геотермальной емкости, и установкой побудителя воздуха в верхней части воздуховода с выполнением его в виде нагнетателя воздуха, состоящего из лопастей, приводимых в движение потоком ветра - составляют новизну данного технического решения.
В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи (фиг. 1 - фиг. 4):
фиг. 1 изображает схему горной автономной воздушно-тяговой установки с горизонтальным забором воздуха (поперечное сечение, вид сбоку);
фиг. 2 изображает схематичный вид сверху под 45 градусов на горную автономную воздушно-тяговую установку, имеющую с воздуховодом соединенные дополнительные воздуховоды, сходящиеся в верхней части в один единый;
фиг. 3 изображает горную автономную воздушно-тяговую установку с вертикальным забором воздуха и имеющую в месте забора воздуха систему зеркал;
фиг. 4 изображает то же, что и на фиг. 3, но ее схематичный вид сверху на место забора воздуха с системой зеркал.
Горная автономная воздушно-тяговая установка (фиг. 1) состоит из гористой местности 1, на которую уложены через подставки 2 сегменты трубы воздуховода 3, скрепленные посредством соединения 4 и образующие единую труб, нижнее основание которой помещено в геотермальную емкость 5, в которую через впускную трубу 6 поступает горячая вода из геотермального источника 7 и вытекает из выпускной трубы 8, к воздуховоду посредством механического соединения 9 присоединяется турбина 10, кинематически соединенная с электрогенератором 11, выход которого соединен посредством кабеля 12 с преобразователем электрической энергии 13, соединенный с распределительным устройством 14, в трубе также установлен шибер 15, в верхней части воздуховода установлен нагнетатель воздуха 16, который посредством потока ветра 17 создает разряжение воздуха и формирует поток воздуха 18, поступающего в воздуховод.
На фиг. 2 изображен схематичный вид сверху под 45 градусов на горную автономную воздушно-тяговую установку по фиг. 1, отличающуюся тем, что с воздуховодом 18 соединенные дополнительные воздуховоды 19, 20, сходящиеся в верхней части в один единый.
Фиг. 3 изображает горную автономную воздушно-тяговую установку по фиг. 1, отличающуюся тем, что осуществляется вертикальный забор воздуха и на место забора воздуха 21 через систему зеркал 22, расположенной вокруг воздуховода под некоторым углом α, отражается солнечный луч 23 от солнца 24.
На фиг. 4 изображено то же, что и на фиг. 3, но ее схематичный вид сверху на место забора воздуха 21 с системой зеркал, состоящей из зеркальных сегментов 25.
Рассмотрим работу данной горной автономной воздушно-тяговой установки (ГАВ-ТУ).
Горная автономная воздушно-тяговая установка по фиг. 1. В гористой местности 1 сооружена труба, проложенная вдоль склона горы. Труба из себя представляет отдельные сегменты из труб 3, скрепленные между собой соединениями 4 таким образом, чтобы диаметр труб с каждым соединением постепенно уменьшался от максимального (в месте забора воздуха) до минимального (в месте установки турбины в самой верхней точке). Данное техническое решение позволяет получить монолитную трубу с постепенно уменьшающимся диаметром с минимальными затратами, изготовление же цельной трубы необходимой длины и нужной формы не представляется возможным. Постепенно уменьшающийся диаметр труб позволяет увеличить скорость движения воздуха в верхней части трубы (по закону Бернулли), соответственно, увеличить мощность установки. Еще одним плюсом такого соединения является то, что появляется возможность максимально точно повторить рельеф горы, не прибегая к сгибам труб, что достаточно проблематично. В том числе, если возникают какие-либо механические повреждения труб, то необходимо лишь заменить отдельный сегмент трубы, а не весь трубопровод целиком. Укладка трубы вдоль склона осуществляется на специальные подставки 2, которые позволяют вынести трубу на некоторое расстояние от поверхности земли и снизить нежелательное воздействие на нее осадков. Известно, что температура геотермальных вод постоянна круглый год и колеблется, в зависимости от источника, от 20 до 90 градусов, поэтому целесообразно соорудить специальную геотермальную водяную емкость 5, в которую будет поступать через впускную трубу 6 горячая вода 7 из геотермального источника и вытекать из нижнего ее основания через выпускную трубу 8, тем самым осуществляя циркуляцию воды в емкости. В емкость же помещена нижняя часть воздуховода, которая, нагреваясь от геотермальной воды, будет передавать тепло через стенки трубы, проходящему в ней воздуху 18, поступающего в воздуховод в нижнем его основании. Очевидно, что нагрев воздуха вызовет дополнительную разницу плотностей воздуха у основания горы и в самой верхней ее части. Таким образом, возникнет поток воздуха из области с большей его плотностью в область с меньшей плотностью: от основания воздуховода к его устью, а через него - в атмосферу, снизу вверх. В устье воздуховода установлено механическое соединение 9. Посредством механического соединения 9 к трубе присоединяется турбина 10, кинематически соединенная с электрогенератором 11, выход которого соединен посредством кабеля 12 с преобразователем электрической энергии 13, где электроэнергия преобразуется до требуемого (по показателям качества) уровня электроэнергии. От преобразователя энергия попадает на распределительное устройство 14 и передается дальше потребителям. В трубе также установлен шибер 15, который позволяет остановить ГАВ-ТУ посредством перекрытия сечения воздуховода. В самой верхней части трубы установлен нагнетатель воздуха 16, состоящий из лопастей, которые крутятся посредством проходящего потока ветра 17, тем самым выполняются функции побудителя воздуха, который создает первичный воздушный поток (для запуска установки) и в дальнейшем продолжает его поддерживать и усиливать.
Горная автономная воздушно-тяговая установка по фиг. 2. Устройство ГАВ-ТУ по фиг. 2 аналогично описанному выше устройству ГАВ-ТУ по фиг. 1 за исключением следующего отличия: с воздуховодом 18 соединены дополнительные воздуховоды 19, 20, сходящиеся в верхней части в один единый воздуховод и имеющие в своих нижних частях нагреватели в виде геотермальных емкостей 5. Таким образом, появляется возможность увеличить мощность установки за счет увлечения скорости потока воздуха в месте установки турбины 10.
Горная автономная воздушно-тяговая установка по фиг. 3 и 4. Преимущественно она отличается от ГАВ-ТУ по фиг. 1 тем, что забор воздуха в воздуховод происходит не горизонтально, а вертикально, тем самым появляется возможность установить на геотермальную емкость 5 систему зеркал 22, расположенную вокруг воздуховода под некоторым углом α таким образом, чтобы направить падающий солнечный луч 23 в сторону места забора воздуха 21 и тем самым дополнительно нагреть его и создать дополнительную разницу температур. На фиг. 4 показан схематичный рисунок сверху на место забора воздуховода 21, где установлена система зеркал, состоящая из зеркальных сегментов 25, расположенных по углом α от поверхности земли.
По сравнению с прототипом, заявляемая горная автономная воздушно-тяговая установка лишена отмеченных недостатков, она обладает повышенной эффективностью и характеризуется более низкими эксплуатационными и строительными затратами.