УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Устройство относится к области энергетики и предназначено для преобразования энергии воздушного потока по подземным выработкам и наземным трубопроводам в электрическую энергию.
Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранное в качестве прототипа устройство для получения электроэнергии, воздушный поток под действием разности атмосферного давления в воздуховоде восходящего потока засасывается в воздуховод нисходящего потока и проходит через зазор вниз к заглушке, где под воздействием естественной тяги устремляется вверх через воздуховод восходящего потока, на выходе воздуховода восходящий поток воздуха приводит во вращение электрогенератор (см. описание к свидетельству РФ на полезную модель №9899, МПК 6 F03D1/00, опубл. 16.05.1999).
Недостатком этого устройства является низкий КПД.
Целью настоящего устройства является повышение эффективности использования воздушного потока.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для получения электроэнергии содержит подземную выработку с расположенным в ней калорифером и турбогенераторами первой ступени, расположенными по пути движения воздушного потока. Устройство может иметь до четырех турбогенераторов первой ступени, причем воздушные потоки после их прохождения объединены в общий поток, подключенный к входу турбогенератора второй ступени. При этом для регулирования воздушного потока на входе в турбогенераторы установлены диафрагмы.
Энергоустановка работает по принципу разности атмосферного давления и температурного режима между высотными диапазонами (метод вытяжной трубы). В результате этого процесса образуется воздушный поток, энергия которого из кинетической превращается в электрическую с помощью применения генератора. Этот совершенно новый способ выработки электроэнергии можно применять в любом регионе мира. Тогда не понадобится прокладывать линии высоковольтных передач, которые часто страдают от капризов погоды. В 21 веке этот способ будет вытеснять такие источники электроэнергии как ТЭЦ, АЭС, ГЭС, которые будут уходить в прошлое из-за их не экологичности, эксплуатационной дороговизны, опасности.
Существуют два способа получения воздушного потока.
Первый способ получения воздушного потока.
Для получения искусственного постоянного воздушного потока для выработки электроэнергии в тех регионах, которые имеют горные возвышенности от 200 и более метров. Первоначально в горном массиве проходят от трех до четырех штолен под небольшим положительным углом. В конце этих штолен пробивают вертикальные выработки в горном массиве, далее в пройденных выработках возводят аэродинамические вертикальные стволы до поверхности возвышенности. Стволы монтируют как из железобетона, так и с применением посадочных колец, методом наращивания расчетного диаметра. Стволы при возведении тепло и влаго -изолируют с внешней стороны по всей окружности. Это делается для уменьшения теплопотерь ствола в горном массиве. Подобную работу проводят и с подводящими штольнями к этим стволам. Внутренняя часть стволов футируется по всей их окружности для уменьшения коэффициента трения воздушного потока проходящего в ламинарном режиме. В конструкцию устройства входят тепловые экраны (поз. 12), фиг. 1. Каждый тепловой экран соединен со своей штольней. Воздушный поток, проходя вдоль тепловых экранов, прогревается через прозрачные перекрытия (поз. 11) инфракрасными лучами. Основными источниками тепла для прогрева воздушного потока являются электрокалориферы (поз. 10), установленные в конце штолен, перед устьями стволов. Днище тепловых экранов изготовлено из черного материала, который быстро прогревает движущийся воздушный поток. Нагретый воздушный поток от тепловых экранов поступает к штольням (поз. 9), от штолен далее к аэродинамическим стволам (поз. 7), далее к турбогенераторам первой ступени (поз. 5). Далее, воздушный поток, проходя через турбогенераторы первой ступени, поступает в ресивер (поз. 3). В ресивере он аккумулируется и превращается в закручивающийся общий воздушный поток, который образуется от работы турбогенераторов первой ступени. В верхней области ресивера установлен турбогенератор второй ступени (поз. 2). В этом случае воздушный поток уже в закрученном состоянии поступает в протяженную область аэродинамического ствола и выбрасывается в атмосферу. При постоянно закрученном состоянии воздушный поток выполняет функцию природного смерча, что позволяет ускорить исходящий воздушный поток. При этом режиме значительно повышается эффективность использования воздушного потока. Второй способ получения воздушного потока.
Географические регионы, которые не имеют горных возвышенностей, высотой несколько сотен метров, а имеют холмообразные возвышенности до 50 метров. Такие возвышенности существуют почти во всех регионах планеты, при необходимости их можно создать искусственно. На этой возвышенности строят высотное здание или промышленное сооружение, в цоколе которого монтируют турбогенераторы первой ступени, фиг. 2. Первая ступень турбогенератора размещена в ресивере. Верхняя область ресивера соединяется с аэродинамическим стволом, который проходит внутри этого здания и выходит на поверхность кровли. В верхней области кровли размещен турбогенератор второй ступени. От подножья возвышенности холма проходят нисходящие аэродинамические стволы, предназначенные для увеличения атмосферного давления. С помощью разности атмосферного давления находящегося в нижней области аэродинамических стволов и кровли высотного здания, создается воздушный поток. Он движется через соединенные со стволами квершлаги (поз. 14), при работающих электрокалориферах (поз. 10). Далее воздушный поток поступает через восходящие стволы вращая турбогенераторы, расположенные в ресивере. Из ресивера по аэродинамическому стволу, пройденному внутри здания, проходя через турбогенератор второй ступени поток выбрасывается в атмосферу. Весь процесс движения воздушного потока происходит приточно-вытяжным методом. Эти энергоустановки можно применять в горнопромышленных предприятиях, выработки которых находятся на глубине геотермальных пород, из которых постоянно выделяется тепло. Тогда этот энергокаскад будет работать в постоянном режиме, осуществляя одновременно вентиляцию выработок.
Конструктивные достоинства устройства и его монтаж.
Окружность расширенной области аэродинамического ствола, где будет стоять турбогенераторы, равномерно размечается для установки наклонных фундаментальных уступов. При следующей операции работ монтируется конусная конструкция (поз. 20), которая опускается в распорку фундаментальных уступов (поз. 21), фиг. 4. В результате этого монтажа образуются наклонные аэродинамические каналы (поз. 22). Эти каналы сужают расширенную верхнюю часть ствола в два раза. Это позволяет воздушному потоку проходя через эти аэродинамические каналы увеличить скорость в 1,8 раза.
Основным достоинством служит конусная конструкция для размещения генератора с редуктором и технических узлов, а также для обслуживания и профилактических работ.
Фиг. 4. Между фундаментальными уступами и наклонными аэродинамическими каналами устанавливают диафрагмы (поз. 23). С применением диафрагм производится регулировка рабочего процесса турбогенератора до нулевого режима (полной ее остановки). Это дает возможность проводить очередные профилактические работы турбогенераторов не останавливая их рабочий режим. При следующей операции работ монтируют фундаментальную платформу с парусообразной турбиной, фиг. 3. В фундаментальной платформе установлены диффузорные ниши, через которые движется по аэродинамическому стволу воздушный поток. Напротив каждого аэродинамического канала установлена парусная лопасть турбины (поз. 24), угол атаки парусных лопастей турбины расположен строго перпендикулярно поступающему воздушному потоку. Лопасти турбины в этом случае выполняют функцию паруса. Воздушный поток из аэродинамического ствола через диффузорные ниши наклонных аэродинамических каналов поступает к парусным лопастям и толкает их. В этом случае полностью отсутствует турбуленция при вращении турбины. Дополнительное достоинство устройства.
В центральной области лопастей турбины по всей их длине размещены радиальные каналы. По этим каналам перемещается балласт из стальных шаров, заполненных внутри свинцом или ртутью для увеличения их массы. Лопасти турбины сконструированы под определенным отрицательным углом к центру турбины, где размещается балласт. При вращении турбины создается центробежная сила и балласт по радиальным каналам перемещается в конечные области лопастей и стопорится этой силой. При снижении оборотов турбины с применением диафрагм, ослабевает центробежная сила и балласт по наклонным радиальным каналам перемещается в центральную область турбины. В этом случае происходит разгрузка лопастей турбины. Это достоинство увеличивает тяговую силу турбины.
Еще одним достоинством устройства является следующее: воздушный поток поступает по наклонным аэродинамическим каналам через диффузорные ниши и толкает парусные лопасти турбины. В процессе вращения турбины воздушный поток стремится вытолкнуть массу турбины с оси вала. В результате этого происходит разгрузка вала турбины и всего механизма. При этом снижается коэффициент трения всего технологического узла турбины.
Все эти конструктивные достоинства повышают эффективность использования воздушного потока.
Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", т.к. оно не известно из уровня техники.
Предложенное устройство является промышленно применимым, т.к. может быть реализовано существующими техническими средствами.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности полезной модели.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.
Полезная модель поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 схематично представлен общий вид устройства для получения электроэнергии, на фиг. 2 - устройство для получения электроэнергии в высотных зданиях с нисходящими стволами, на фиг. 3 - макет турбогенератора, на фиг. 4 - макет турбогенератора.
Позиции: 1 - выход аэродинамического ствола второй ступени; 2 -турбогенератор второй ступени; 3 - ресивер; 4 - корпус ресивера; 5 -турбогенераторы первой ступени; 6 - тепло-влагоизоляция; 7 -аэродинамический ствол; 8 - грунт; 9 - штольня; 10 - электрокалориферы; 11 - прозрачное перекрытие теплового экрана; 12 - теплопоглощающий экран; 13 - входное отверстие с решеткой для забора воздуха; 14 - квершлаг; 15 -ствол нисходящий; 16 - перекрытие от атмосферных осадков; 17 - цоколь здания; 18 - высотное здание; 19 - кровля; 20 - конусная конструкция; 21 -фундаментальные уступы; 22 - аэродинамические каналы; 23 - диафрагма; 24 - лопасти турбины; 25 - вал турбины; 26 - редуктор; 27 - генератор; 28 - генераторный отсек; 29 - люк генераторного отсека; 30 - балласт; 31 - фундаментальная платформа.
Таким образом, применение предложенного устройства для получения электроэнергии обеспечивает повышение эффективности использования воздушного потока.