Гидроэлектростанция отрицательных температур с воздушно-гидропреобразовательным приводом
NEGATIVE-TEMPERATURE HYDROELECTRIC PLANT WITH AIR-HYDRAULIC CONVERSION DRIVE

Область техники к которым относится изобретение
Гидроэлектростанция отрицательных температур с воздушно-гидропреобразовательным приводом. Относится к установкам, применимым в теплоэнергетике, гидроэнергетике и электротехнике.
Уровень техники
Гидроэлектростанция отрицательных температур с воздушно-гидропреобразовательным приводом относится к автономным электростанциям, которые применимы в теплоэнергетики с применением электронагревательных элементов в пределах этого уровня с учетом обеспечения теплом, электроэнергией городов, поселков, учреждений и т.д. в зимнее время года с использованием энергии холода.
Сущность изобретения
2
Сущность изобретения состоит в том, что в качестве энергии используется энергия холода отрицательных температур окружающего воздуха и в качестве получения этой энергии взято природное явление замерзания воды в замкнутом пространстве с учетом отсутствия кристаллов льда других веществ и при абсолютной неподвижности и абсолютного давления в пределах 1-ой атмосфере и с учетом минерализации воды, где с учетом солей содержащие в воде меняется температура кристаллизации воды (замерзания и расширения) NaCl - проваренная соль (NaCl - 5 гром/литр - замерзание -0,38°C 50 г/литр замерзание -3,78°C, при 100 г/литр замерзание -7,44°C предел 224 г/литр замерзание при -21,9°C) с обязательным учетом абсолютная плотность воды равна +4°C, начальный процесс кристаллизации с учетом что этот процесс - происходит в виде резкого толчка направленного действия в данном случае в силовом цилиндре с зафиксированным нижним основанием и подвижным верхним основанием с учетом увеличения объема на 11% и с избыточным давлением 2500 кг/см с учетом резкого толчка направленного действия, где через рычажный механизм передается энергия холода на воздушно гидропреобразовательный привод на воздушногидравлический цилиндр, где в полости поршня предусмотрена воздушная подушка, которая смягчает ударную волну и создается рабочее давление в воздушно-гидравлическом цилиндре, и при достижении рабочего давления производиться подача воды на гидротурбины с условием параллельной работы нескольких гидропреобразовательных приводов и с учетом равномерной нагрузки на гидротурбины с последовательным распределением рабочего давления, что обеспечивает режим работы генератора, с учетом того, что вода для использования проходит предварительную подготовку с учетом абсолютной плотности +4°C - начало кристаллизации тем самым создавая минимальное время замерзания воды в рабочих цилиндрах, тем самым создается стабильный эффективный режим работы, с учетом уменьшения до минимума процесса замерзания (кристаллизация) и при автоматическом регулировании последовательности подачи нагрузки на гидротурбины, удаление льда, подготовительный процесс подготовки воды, это обеспечивает заданный режим работы гидростанции.
Прототип: Инновационный патент KZ 29434 А4, 25.12.2014 - "Способ получения электро-тепловой энергии в зоне отрицательных температур и гидроэлектростанция для его осуществления".
Работа гидроэлектростанции
Гидроэлектростанция отрицательных температур с воздушно-гидропреобразовательным приводом работает в режиме «зима» в температурном графике отрицательных температур окружающего воздуха, т.е. когда режим замерзания рабочей воды в силовых рабочих цилиндрах станций использованием энергии холода будет создавать избыточное давление для работы гидроприводов.
Предварительно производится подготовка рабочей воды до необходимого температурного уровня, дозирования, подачу подготовленной воды в рабочие цилиндры и после рабочего цикла удаление и утилизация льда за пределы станции.
Воздушно-гидропреобразовательные приводы связаны через трубопроводы высокого давления с распределительным узлом с клапанами и контролем рабочего давления, где производится последовательно подачей рабочей воды на гидрогенераторную турбину, гидропреобразовательные приводы. При окончании рабочего цикла производится повторное включение привода в работу. Распределительный узел работает в автоматическом режиме с учетом нагрузки на генератор подключая в работу определнное количество воздушно-гидропреобразоваетльных приводов.
Сброшенная рабочая вода с гидротурбины генератора поступает в накопительную емкость и после чего, после рабочих циклов воздушно-гидропреобразоваетльных приводов, происходит восстановление-закачка воды с использованием насосов в рабочую емкость с учетом контроля уровня рабочей воды и уровня воздушной подушки.
Режим работы станции автоматический с условием нагрузок генератора, температурного графика, а также технического обслуживания. Станция предусматривает режим основного оборудования и режим резерва. Станция закрытого типа в помещении которой должно поддерживаться температура не ниже +10°C для обеспечения работы гидроприводов станции.
Осуществление изобретения
Учитывая физическое явление замерзание воды в замкнутом объеме когда при определенных условиях - абсолютной неподвижности определенное содержание соли в воде; присутствие газа в воде; отсутствие кристаллов и других веществ в воде и где при замерзании (кристаллизации) происходит избыточное давление равное 2500 кг на см. квад. и проявляет себя в виде резкого толчка за значительный короткий промежуток времени и при наблюдении замерзании воды без газа когда при встряхивании происходит образование льда при последовательной кристаллизацией что и создает направленное действие избыточного давления за определенный промежуток времени что и используется в данном приводе;
так же предлагается изготовить три силовых цилиндра с разными объемами воды работающие на подъем рабочего веса и провести испытание определяя какая максимальная мощность может достигнута при разных отрицательных температура с разными объемами воды в цилиндрах выбор диаметров и как влияет это на процесс замерзания воды в цилиндрах - с учетом регистрации по времени замерзания воды в цилиндрах по времени подъема рабочего веса (меняя - увеличивая - рабочий вес и т д) и тем самым будут установлены силовые характеристики мощности на основе которых будет проектироваться вся станция (и за основу расчетов необходимо взять данные; 1 л с = 736 ватт и 1 л с = 75 кг поднятые за 1 сек на 1 метр и эти показатели могут использованы при получении мощности приводов и получив результаты испытаний дадут возможность спроектировать станции разной мощности и в зависимости от спроса.
Гидроэлектростанция отрицательных температур с воздушно-гидропреобразовательным приводом включает:
зафиксированное нижнее основание;
силовой рабочий цилиндр с рубашкой охлаждения и приводом подъема рабочего веса, давление которого, через рычажный механизм передается на полый поршень, имеющий воздушную подушку, который установлен в воздушногидравлическом цилиндре;
подвижное верхнее основание в верхней части которого, через поршень закреплен трубопровод для заливки воды в цилиндр с условием передвижения вверх и вниз вместе с поршнем с другим трубопроводом, входящим в водяной цилиндр, установленный стационарно;
реечный редуктор со стационарным корпусом с установленным в нем проходным валом с силовыми шестернями, на которых установлены фиксаторы рабочего хода рейки вертикального хода, которые входят в положение зацепления с силовыми шестернями и соединены с силовым рычагом при опускании рабочего веса;
преобразовательный электротехнический узел ПЭТУ-1-ОТ имеет корпус «А» с двухсторонним редуктором с проходным валом, к которому с двух сторон проведены проходные валы реечных редукторов, установлен генератор с силовым шкафом, шкаф автоматики и ввода ЛЭП;
причем преобразовательный электротехнический узел ПЭТУ-1-ОТ имеет спаренные приводы рабочих цилиндров, в которые входят реечные редукторы, связанные через проходные валы с приводом генератора, имеется силовой шкаф, где энергия генератора передается на трансформаторную подстанцию, муфты сцепления с продольным смещением и с фиксаторами установлены на проходном валу между редуктором для создания режима ремонта;
преобразовательный электротехнический узел - 1 имеет корпус «Б» - с емкостью рабочей воды с подвесным охладителем, с дозатором, с блоком распределения подготовленной воды, с насосом закачки, с силовым шкафом - шкаф воздухонагревателя для продувки трубопроводов, шкаф автоматики;
тепловой узел - 2 включает сетевые насосы - основной и резервный, шкафы сетевых насосов, шкаф автоматики, бойлеры объемного нагревания, вспомогательное оборудование для, поддержания номинального давления в трассе, подвод ЛЭП собственной и внешней сети;
бойлер объемного нагревания, состоящий из внутренней части в виде цилиндра, внутри которого помещены ТЭНы и наружной части, состоящей из двух половин, и на наружной части установлены ТЭНы, на внутренней части бойлера приварена лента в виде спирали и на наружной части так же приварена лента, и шаг лент совпадает, внутренняя и наружная части бойлера герметично соединены, также бойлер объемного нагревания имеет вход и выход сетевой воды.
Силовой рабочий цилиндр с рубашкой охлаждения и приводом подъема рабочего веса содержит насосы холодного воздуха для рубашки охлаждения рабочих цилиндров.
Подвижное верхнее основание в верхней части которого, через поршень закреплен трубопровод для заливки воды в цилиндр, с условием передвижения вверх и вниз вместе с поршнем, с другим трубопроводом входящим в водяной цилиндр, установленый стационарно, содержит привод для удаления льда из цилиндров.
Воздушно-гидропреобразовательный привод состоит из силового рабочего цилиндра с рубашкой охлаждения, где происходит замораживание рабочей воды (кристаллизация), с учетом увеличения объема на 11% и получение избыточного давления в пределах 2500 кг/см, и через рычажный механизм передается на воздушно-гидровлический цилиндр, который играет роль накопителя энергии.
Для сглаживания ударной волны при резком увеличении объема в рабочем цилиндре давление через рычажный механизм передается на полый поршень, имеющий воздушную подушку, которая сглаживает ударную волну, и который установлен в воздушногидравлическом цилиндре, заполненном определенным объемом воды, одновременно происходит накопление энергии в виде создания рабочего давления и сглаживание ударной волны при замораживании.
Рабочие цилиндры включают рубашку охлаждения, состоящую из двух половин, которая обхватывает с двух сторон рабочий цилиндр, имеющий привод открытия и закрытия рубашки охлаждения с гибким подводом холодного воздуха, с применением воздушной емкости, которая заполняется холодным воздухом до заданного давления компрессором с учетом контроля давления для необходимой циркуляции холодного воздуха на рабочих цилиндрах, причем сама гидроэлектростанция находится в закрытом помещении с допустимой минимальной температурой до 10°C, не допускающей поломку и перемерзание при отрицательных температурах, создавая необходимый уровень работы всех приводов станции.
Воздушногидравличесий цилиндр включает полый поршень с воздушной подушкой, также в нем предусмотрены контроль давления, контроль уровня воды и воздушный клапан для заполнения полой части поршня воздухом.
Воздушногидравличесий цилиндр входит в замкнутую систему водоворота рабочей воды, где рабочая вода из воздушногидравличесого цилиндра поступает в гидротурбины и, отработав, перекачивается в накопительную емкость через блок распределения, который управляется через датчики работы гидроприводов и блока распределения, далее рабочая вода снова поступает в воздушно-гидравлические цилиндры, безостановочная работа гидростанции осуществляется за счет последовательной работы воздушно-преобразовательных приводов и блока распределения давления на гидротурбины с учетом управления и контроля за счет автоматики.
Каждый гидроцилиндр имеет свое подключение на гидрогенератор с учетом последовательного подключения полученного давления, создавая тем самым номинальную нагрузку на гидрогенератор.
Краткое описание чертежей
ФИГ-1 - применим воздушно-гидравлический привод, состоящий из силового рабочего цилиндра - 1 с рубашкой охлаждения - 4 и силовой рабочий цилиндр расположен на круглой опоре - 3 и с применением силового горизонтального рычага - 6 и короткая часть рычага связана с верхним подвижным опорным основанием рабочего цилиндра - 19 а длинная часть рычаг - 7 связана с валом - 8 полого поршня - 9 и поршень находится в гидроцилиндре - 11 - это основной силовой узел на основе которого идет расчет всей станции предварительно должен быть изготовлен экспериментальный образец с применением криогенной техники для охлаждения воздуха и в режиме изменения отрицательных температур воздуха от минус 5 до минус 60 градусов (зона отрицательных температур); производим испытание привода силового рабочего цилиндра - 1: опора - 2: и круглой опоры 3 и гидра цилиндра с поршнем с учетом использования воздушной подушки как накопитель энергии с учетом что вода не сжимается и получение давления в гидра цилиндре испытав на прочность с учетом максимального допустимого давления и с учетом испытания привода через каждые 10(5) градусов - с минус 5 до минус 60 и с учетом работы привода по времени через каждые 5-10 градусов и так же с учетом влажности охлажденного воздуха влияющий на время замерзание воды в замкнутом объеме (цилиндре) и составив циклограмму работу привода в зоне отрицательных температур на которую должна проектироваться станция
ФИГ 2 Воздушно гидравлический привод имеет два силовых цилиндра которые работают поочередно и установлены на круглой опоре - 3 и за счет привода 20-1 и 20-2 производится передвижение в точку опрокидывания цилиндра в точку заливки воды в точку работы привода и должны установлены опоры для трубопровода подачи рабочей воды (+4) в цилиндры и привод передвижения когда при помощи электродвигателя производиться вращение силовой шестерни внутри которой находится винтовая резьба и происходит горизонтальное передвижение и привод имеет свойство опрокидывания (поворота) для удаления льда и привод имеет электротолкатель, который выводит шестерню из свободного вращения и входит в зацепление с валом который начинается вращаться и создается опрокидывание привод должен работать в автоматическом режиме и управляться автоматикой с установкой датчиков и программой работы приводов.
ФИГ 3 Силовой воздушный гидроцилиндр
Силовой воздушный гидроцилиндр имеет привод состоящий из силового рычага 8 и воздушного гидроцилиндра - 11 зависимости от мощности полученной при срабатывания рабочего цилиндра - 1 и воздушный гидроцилиндр 11 должен иметь расчетный объем воды (Н-1 × ДЦ) гидроцилиндре и расчетный объем (Н-2 × ДЦ) воздуха - объем воздушной подушки входящий полость поршня которая играет роль как смягчающая подушка и для накопления энергии в виде высокого давления в цилиндре и диаметр гидроцилиндра должно быть выбрано расчетными показателями (чем больше диаметр цилиндра тем больше сила сжатия) - датчики 16 устанавливаются на дне цилиндра контролирующие объем и ЭКМ-13 (электро контактный манометр) контролирует давление в цилиндре 11 и должны быть установлены управляемые вентиля 15 и 14 для закачки воды - 14 в цилиндр и подачи воды на турбину – 15.
Фиг 4 Гидротурбина
Устройство гидротурбины 22 зависит от объема воды и давления и работа за определенный период времени и учитывая, что созданы большое количество гидротурбин работающие под давлением и возможно произвести подбор гидротурбины по номинальным данным работы силового привода - 24 - сопла: применимы сопла работающие под давлением по парно для создания равномерной нагрузки на турбину - 22 и к одной турбине может подключено расчетной количество гидроприводов.
Фиг-5 Гидрогенератор
Гидрогенератор - генератор с редуктором - 27 включает привод гидротурбин и суммарная мощность работающих гидротурбин должна передаваться на редуктор гидрогенератора обеспечивая необходимое число оборотов генератора создавая рабочий режим генератора и генератор должен оснащен электро - силовым шкафом - 28 и щитом автоматики 28 - а управляя блоком электроклапанов подавая на гидра турбины воду под давлением из силовых рабочих цилиндров 29-30 насос с двигателем и с емкостью рабочей воды 31 с применением датчиков 31-1 контроля уровня воды и подача воды.
ФИГ-6 Гидроцилиндры с приводом управления
Воздушно-гидравлический привод имеет два силовых цилиндра 1-1; 1-2 которые располагаются на круглой силовой опоре - 3 и должны иметь привода 20-1 и 20-2 передвижения по круглой (возможно может иметь квадратное сечение с расчетом но в точке опрокидывания сечение должно быть круглое) что сила действующая на опору большая прочность опоры должна исключать прогиб при круглой применим продольный паз - 36а и работа привода 20-; и передвижение вала происходит по винтовой нарезки на валу который вращает эл. двигатель 20 и через силовую шестерню а при опрокидывании с применим шестеренчатым венцом 41-1; 41-2 расположенным на основании силового цилиндра - 1 и за счет электротолкателя 20-1 и 20-2 происходит заклинивание (фиксация) вала и шестерни и происходит поворот вала за счет силовой шестерни на валу и сектора на основании цилиндра и происходит опрокидывание и такие привода существуют.
Фмг-7 Рубашка охлаждении 4 с приводом открытия и закрытия кожуха на внешней стороне должен иметь теплоизоляцию и осуществление производится при помощи привода поворота -4 и соединение двух половин шарнирное а подвод воздуха необходимо производить через гибкие шланги 4-1 и 4-2 или складывающие на шарнирах воздушные трубки но с учетом работы при отрицательной температуры а тележка для удаления льда 43 должна иметь опрокидывающий кузов 42 для удаления льда.
ФИГ-8 - Воздухо-охладитель для подготовки воды - основные узлы на фиг 8 указаны устройства связанные между собой это воздушный охладитель - 44 для подготовки рабочей воды- воздухо-охладитель - 45 с приводом вращения смесителя 45-1 это трубки которые продуваются холодным воздухом и происходит до исходного начального уровня при замерзании - доводка воды; дозатор - 49 обеспечивающий подачу воды (определенный объем) подготовленной воды из емкости 44 воздушного охладителя в силовой рабочий цилиндр;
учитывая количество работающих силовых рабочих цилиндров по времени и по спросу определяется объем воды в воздушном охладителе - 44 и емкость имеет крышку - на котором установлен привод вращения воздуха охладителя а трубчатый охладитель - 45 имеющий внутри трубчатого смесителя трубки подающий холодный воздух 45-2 и опущен в емкость и температура контролируется датчиком температуры - 46 а количество воды в объеме контролируется контактным датчиком - 47 а подача воздуха осуществляется при помощи управляемого автоматикой - ЩА - воздушного вентиля 45-1 и при открытии вентиля начинается вращение смесителя.
дозатор - 49 имеет корпус - емкость которого должна соответствовать объему воды силового рабочего цилиндра и подача воды осуществляется через управляемый автоматикой вентиль - 51 и поплавок контролирует уровень воды в дозаторе через конечный выключатель (применим контактный датчик вместо поплавка) при цикла подачи воды открывается автоматически вентиль – 53.
силовой рабочий цилиндр на внешней стороне цилиндра имеет проточки или винтовые выточки для лучшего температурного обмена (охлаждения) и объем определяется Н-1 × Н-2 но с учетом Н-4 внутренняя часть цилиндра должна быть конусная для свободного удаления льда и должна иметь высокую чистоту обработку исключая прилипания льда к стенкам цилиндра а нижняя часть верхнего основания 59 должна вставляться в верхнею часть цилиндра но нижней часть (высота) должна иметь менее высоты льда 11% от объема льда так чтобы верхнее подвижное основание не мешало цилиндру при передвижения цилиндра по круглой опоре а силовой - СЩ- и ША- шкаф автоматики работу приводов.
ФИГ 9 Основные узлы гидроэлектростанции
Силовой гидроузел узел 61 гидроэлектростанции от которого идет расчет мощности и связан с подачей воздуха на силовые рабочие гидроцилиндры и связан с воздушно распределительным узлом - 62 в котором находятся управляемые электроклапана в воздушно распределительным узлом - 63 имеющие поршневой воздушный насос (который может создать высокое давление) или вентилятор 64-4 подающие автоматикой воздух 63-1 к кожухам силовых гидроцилиндров и отработанный воздух через трубопровод удаляется из помещении станции и воздушно распределительный узел 62 подключен к воздушной емкости 62-1 в которой создается расчетное давление и накопление холодного воздуха за счет дутьевого вентилятора или поршневого воздушного насоса и контроль давления должен осуществляться автоматически через датчики давления и применим силовой электрощит и щит автоматики 63-1 и 63-2;
И в силовой гидроузел - гидрогенератор - 65 в состав входит емкость рабочей воды которая подается под давлением электродвигателем - из силового гидроцилиндра на турбину гидрогенератора - 66 и сливается после работы гидрогенератора и применим блок распределения с применением электроклапанов управляемых автоматикой 66-1 и насос под определенным давлением накачивает воду в силовой гидроцилиндр и приводится в исходное рабочее положение гидроцилиндра и воздушного гидропривода под контролем автоматики; ПУ - подготовительный узел имеет подвод воды 67 и если станция находится рядом с рекой то забор воды необходимо производить с реки с применением насоса и с применением фильтров (в зимнее время вода на прямую готова к использованию) а водопроводную воду необходимо довести до +5 градусов и распределительный узел 68-1 должен обеспечивать подачу воды в силовые рабочие цилиндры с применением дозаторов под управлением автоматики и учитывая что температура окружающей среды может колебаться с значительными перепадами (днем - 10 а ночью - 30; - 40) и щит общей автоматики 69 должен переводить работу станции (автоматически) в зависимости от составленного температурного графика и при удаления станции от потребителей электроэнергии применима трансформаторная подстанция имеющая два трансформатора Т-1; Т-2 (основной и резервный) - 71 и 72 и гидрогенератор 66 должен иметь силовой шкаф автоматики контролирующая работу генератора по напряжению по чистоте по нагрузки.
ФИГ 10 Территория станции закрытого типа и расположение оборудования станции и в помещении станции должна быть установленная температура не ниже +10 градусов для нормальной работы оборудования и исключая попадания в помещение снега и дождя и с учетом, что станция должна работать в зоне повышенного спроса и должны иметь основное и резервное оборудование 61-А И 61-Б силовые гидроузлы расположенные справа и слева помещения станции так что бы была возможность установить лотки для удаления льда емкость холодного воздуха - 62 должна находится за пределами станции а силовое оборудование воздушный электрощит и силовой привод воздушно распределительного узла 63 в зоне расположения силовых гидроузлов а электрооборудование должны находиться в температурном режиме как в помещение станции как в так же как на станции все основное оборудование должны иметь дублирующие оборудование два гидрогенератор 66-А и 66-Б; 62 воздушно распределительный узел - 63 с силовым шкафом поршневым воздушным насосом а также гидроузел 65 гидрогенератора с емкостью рабочей воды с центробежным насосом и распределительные узлы с электроклапанами в центре станции 65; 65-1 и 66-А-Б и щит общей автоматики 69 который должен выбирать режим работы станции в зависимости от температуры окружающего воздуха (-5 до -60) должен установлен в месте доступа всех щитов автоматики и если станция находиться рядом с потребителями тепла и имеющие электротепловые станции ТС то применение трансформаторов не обязательно и при удаленном положении станции от существующей ЛЭП станция должна иметь дизельную или бензиновую станцию с блоком аккумуляторных батарей для запуска станции и при значительном удалении применимы трансформаторы и станция должна работать в зоне отрицательных температур (минус 10 и минус 60 и ниже); особенность станции для получения тепла - это не использования гравитации земли сжигания угля нефти газа и т д а использования энергию холода - это космическая энергии - которая практически бесконечная и станция экологическая чистая.