ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ РЕАКТИВНАЯ ГИДРОТУРБИНА

Полезная модель относится к машиностроению, гидроэнергетике, и к электрохимии.
Известны различные способы и устройства преобразования энергии воды в иные виды энергии, например, ее кинетической энергии в механическую энергию вращения различных гидротурбин, в том числе и реактивного типа, путем использование кинетической энергии потока воды, используемой, например, в гидроэлектростанциях. Однако эти известные устройства в реализации достаточно ограничены, не могут быть применены автономно, потому что требуют наличия независимого потока жидкости, воды. Известен способ прямого преобразования химической энергии воды в механическую энергию поступательного движения тела (патент SU 792003). Химическая энергия воды высвобождают в известном изобретении из воды путем электрического разряда в ней и образования электрогидравлического удара и возникающей от него волны давления жидкости. Эта волна давления воды и движет поршень известного водяного мотора. Однако это изобретение, несмотря на все его достоинства, не позволяет осуществить непосредственное преобразование волны давления жидкости во вращение гидротурбины. И поэтому оно не позволяет произвести прямое преобразование химической энергии воды в замкнутом и постоянном объеме рабочей камеры, в кинетическую энергию вращения механического рабочего органа - ротора турбины, что снижает его эффективность и существенно сужает его сферу применения.
Цель изобретения состоит в разработке полезной модели устройства электростатической автономной реактивной гидротурбины, для прямого преобразования химической энергии воды в кинетическую энергию вращения гидротурбины посредством потенциальной энергии сильного знакопостоянного
Наиболее близким устройством по конструкции и того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является типовая реактивная гидравлическая турбина, содержащая рабочее колесо с главным входным осевым отверстием, соединенное внутренними периферийными полыми каналами с выходными тангенциальными реактивными соплами, размещенными по внешнему периметру колеса, и оснащенное осевым впускным полым патрубком.
(Прототип - Большой энциклопедический словарь, т.2 с.247, М., 1991 г.
Сущность работы прототипа состоит в принудительном вращении ротора реактивной гидротурбины при выходе воды под давлением из ее реактивных сопел. Исходная подача воды в эту турбину осуществляется через ее главное осевое отверстие от независимого созданного потока воды в реке. Производительность такой реактивной гидротурбины зависит от интенсивности и давления первичного потока жидкости, причем ее регулируют изменением скорости вращения ротора.
При всех достоинствах прототипа, (простота и надежность) энергетическая эффективность его применения достаточно мала, поскольку для его работы требуется наличие или первичного независимого потока жидкости или энергетически затратное создание такого потока жидкости нужных параметров.. Поэтому известная реактивная гидротурбина пока не может производить дешевую механическую энергию без подвода извне независимого потока жидкости (воды).
Целью изобретения является модернизация известной реактивной гидротурбины для повышения ее энергетической эффективности и (или) получения посредством нее из исходно неподвижной жидкости, например, воды - дешевой механической энергии. Технический результат, данной полезной модели состоит в техническом усовершенствовании известного устройства, необходимом для достижения поставленной цели.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство реактивной гидротурбины, содержащей рабочее колесо с главным входным осевым отверстием, соединенным внутренними периферийными полыми каналами с выходными тангенциальными реактивными соплами, размещенными по внешнему периметру колеса, и оснащенное осевым впускным полым патрубком, дополнительно снабжена внешним кольцевым ободом-отражателем, коаксиально размещенным с рабочим колесом, и электростатическим нагнетателем жидкости, содержащим электрический маломощный источник знакопостоянного высокого напряжения (несколько киловольт) и ускоряющий электрод, выполненный в виде электрически соединенных между собою, металлических игольчатых электродов, размещенных внутри ее осевого впускного патрубка и параллельно вдоль него, с их остриями, размещенными вблизи главного входного осевого отверстия турбины, причем разноименные выходные электрические потенциалы этого электрического источника электрически присоединены к ускоряющему электроду и к внешнему ободу-отражателю, причем параметры электрического напряжения и
параметры конструкции электродов выбирают из условия максимальной взрывной электронной эмиссии с остриев электродов.
На рис.1 упрощенно показано предлагаемое устройство.
Предлагаемая электростатическая реактивная гидротурбина в одном из самых простых вариантов показана на рис.1, и состоит из рабочего колеса 1 с кольцевым внешним по отношению к колесу 1 отражателем 7, главным осевым входным отверстием 2, гидравлически соединенными внутри колеса 1 внутренними полыми каналами 3 с реактивными тангенциальными соплами 4, и с впускным осевым патрубком 5,. в который введен и жестко закреплен ускоряющий электрод 6, размещенный параллельно и внутри патрубка 5, с острием на его рабочем конце и с длиной электрода 6, достаточной для размещения его острия, вблизи или в самой плоскости главного входного осевого отверстия 2 турбины 1, (конструкция электрода и его расположение в патрубке 5 - для упрощения чертежа на рис.1 не показаны), причем данное устройство дополнительно снабжено электрическим источником 8 высокого напряжения (несколько десятков киловольт), причем разноименные выходные высоковольтные электрические потенциалы этого электрического источника 8 электрически присоединены к ускоряющему электроду 6 и ко второму кольцевому электроду - внешнему цилиндрическому полому ободу-отражателю 7. По-существу, электрический источник 8 вместе с игольчатым электродом 6 и вторым кольцевым электродом-ободом - отражателем 7 предназначены для реализации простейшего электростатического нагнетателя жидкости в рабочее колесо 1 этой реактивной гидротурбины. На рис.1 показаны реактивные струи жидкости 9, истекаемой из реактивных сопел 4, обеспечивающие возникновения момента вращения колеса 1, и стрелкой - направление вращения рабочего колеса 1. На рис.1 для упрощения чертежа не показаны многие вспомогательные узлы данного устройства, в частности, не показаны накопительный резервуар с жидкостью (водой), гидравлически соединенный с впускным осевым патрубком 6 и не показан обратный контур возврата жидкости, после ее выхода струями 9 из сопел 4 и последующего отекания по ободу-отражателю 7, необходимый для непрерывной циркуляции жидкости путем возврата ее вновь или в накопительную емкость или через обратный клапан во впускной патрубок 6.
Устройство работает следующим образом.
Вначале заливают рабочую жидкость (воду) в накопительную емкость, размещенную например, над турбиной, открывают запорный кран (емкость и кран на рис.1 не показаны) и подают эту жидкость через впускной осевой патрубок 5 и далее через главное входное осевое отверстие 2 внутрь конструкции рабочего колеса 1 турбины. После
прохода жидкости через осевое отверстие 2 и далее через внутренние каналы 3 и реактивные сопла 4 возникают реактивные струи 9 и начинается реактивное вращение колеса 1 турбины вследствие возникновения реактивного момента на валу колеса 1 от реактивных струй 9 жидкости из реактивных сопел 4
Причем отметим, что дополнительный реактивный момент вращения колеса 1 возникает путем силового углового отталкивания колеса 1 этими струями от обода-отражателя 7. Затем вводят в работу и электростатический нагнетатель-ускоритель жидкости, состоящий из электродов 6, 7 и электрического источника 8, для чего включают маломощный высоковольтный источник напряжения 8 и подают электрические потенциалы высокого напряжения от этого источника 8 одновременно на игольчатый электрод 6 и второй кольцевой электрод-обод 7. С острых игл электрода 6, на которых напряженность электрического поля многократно повышается, как следствие, начинается мощная электронная эмиссия, которая практически мгновенно электрически заряжает жидкость вблизи этих игл. Как следствие, между рабочим острым концом электрода 6 и этой заряженной жидкостью вблизи него возникают электрические силы отталкивания, и как электрореологическим поршнем заряженная порция воды с ускорение выталкивает из впускного патрубка 3 остальную жидкость в главное осевое отверстие 2, вследствие чего и возникает дополнительное ускорение струй 9 жидкости с реактивных сопел 4. Это электростатическое ускорение электрически заряженных струй 9 еще более усиливается вследствие дополнительного их ускорения электрическим полем в промежутке от торцов сопел 4 до обода-отражателя 7 из-за существования значительной разности потенциалов (несколько десятков киловольт) между ними. Отметим, что чем больше возникает величина электронной эмиссии с игл электрода 6, тем интенсивнее работает электростатический нагнетатель жидкости, тем выше скорость реактивных струй 9 и, как следствие, тем больше вращающий реактивный момент рабочего колеса 1
Регулирование момента вращения колеса 1 и выходной полезной мощности на валу такой электростатической реактивной гидротурбины достигается регулированием параметров выходного высоковольтного источника напряжения 8