ПНЕВМОАККУМУЛЯТОРНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ИНДУКЦИОННЫМ НАСОСОМ
COMPRESSED AIR ENERGY STORAGE UNIT WITH INDUCTION PUMP

Изобретение относится к пневмоаккумуляторной электростанции с электрическим входным контуром и выходным контуром, компрессорными и расширительными средствами и с искусственно изготовленным пневмоаккумулятором, а также к способу изготовления указанной пневмоаккумуляторной электростанции.
Для противодействия изменениям климата, в ассортименте видов энергии все большую долю должны занимать возобновляемые энергоносители. Проблемой при этом является то, что энергетический ассортимент из солнца и ветра равномерно не сочетается с потребностью в энергии. Промышленных накопителей энергии в достаточном количестве не существуют. Поэтому по-прежнему для предоставления "регулируемой энергии" используются тепловые и атомные электростанции. Исходя из этого, требуется увеличение доли возобновляемой энергии и уменьшение зависимости от тепловых и ядерных электростанций "регулирующих" или "компенсирующих" энергию.
Известно, что для накопления электрической энергии аккумулирует сжатый воздух и тепло. Разработанные до настоящего времени пневмоаккумуляторные электростанции используют геологическое подземные полости, из-за чего они ограничены в выборе места расположения, но также и в отношении максимального рабочего давления. Поэтому предпочтительны искусственно изготовленные пневмоаккумуляторы, выдерживающие существенно более высокое рабочее давление. Благодаря этому выше энергетическая плотность, конструкция более компактна и облегчается выбор местоположения. Кроме того, большинство предложенных до настоящего времени пневмоаккумуляторных электростанций не аккумулируют или только частично аккумулируют возникающее при сжатии тепло, а поэтому в режиме генератора они должны подводить тепло снаружи, например, при сгорании газов, чтобы генератор не замерзал. Вследствие этого степень эффективности таких пневмоаккумуляторных электростанций слишком мала для выполнения важной промышленной роли в "энергетическом повороте".
В ЕР 2450549 А2 описана тепловая пневмоаккумуляторная электростанция со ступенями компрессии или способ накопления энергии для временного хранения энергии в виде энергии сжатия в компрессионной среде и в виде тепловой энергии. Эта техника обеспечивает более высокую термодинамическую степень эффективности, чем более ранние способы, описанные, например, в DE 2636417 A1, DE 2541501 A1, DD 118455 A1, DE 2536447 В2, DE 2615439 A1, DE 3428041 A1, EP 364106 B1, US 4630436, US 4523432 и US 4765142. Этого более высокого коэффициента полезного действия достигают гибкой компоновкой нескольких компрессоров, нескольких теплообменных устройств и нескольких расширительных устройств, с возможностью их различного соединения посредством множества трубопроводов, независимо друг от друга. При этом предпочтительной оказалась такая возможность, при которой количество компрессионных устройств не равняется количеству расширительных устройств. В частности, избыточная энергия должна предпочтительно подводиться снаружи в виде электрической, механической и тепловой энергии. В противоположность к сравниваемой компоновке только с одной ступенью сжатия и ступенью расширения многоступенчатая компоновка с промежуточно включенными теплообменниками значительно увеличивает коэффициент полезного действия. Расширение и сжатие считают адиабатическим процессом; многоступенчатая компоновка теплообменников и возможность подводить избыточную энергию снаружи, минимизируют потери температуры или потери энергии. Недостатком при этом является более высокая сложность устройства, что повышает издержки на его установку и эксплуатацию. Экономичность такого устройства зависит, кроме всего прочего, от наличия избыточной (тепловой) энергии.
Данное изобретение предполагает возможность аккумулировать все возникающее при сжатии тепло и его наиболее полное повторное использование при расширении. Дополнительный источник тепла не предусмотрен. Целью является наиболее высокий коэффициент полезного действия и наиболее экономичная эксплуатация.
В первую очередь, задачей изобретения является создание простой и эффективной конструкции, принимая во внимание выполнение компрессора и расширителя.
Сущность устройства заключается в поршневой машине, работающей, как насос, так и как генератор. "Поршни" состоят из очень хорошо проводящей электричество и тепло жидкости, например, из галинстана; "цилиндрами" являются сообщающимися емкости, содержащие жидкость. Поршневые жидкости приводятся в движение в насосном режиме индуктивно. В режиме генератора сжатый воздух приводит в движение поршни, причем поршни преодолевают сопротивление напряжения возбуждения и выполняют на клеммах обмотки катушки электрическую работу (по типу магнитогидродинамического (MHD) генератора). При непрерывной перекачке поршневой жидкости предпочтительно осуществляется теплообмен между нагнетательной камерой машины и тепловым аккумулятором, эффективно отводящим возникающее при сжатии тепло и предотвращающим замораживание генератора при расширении.
В частности, согласно этому изобретение предусматривает, в частности, указанную выше пневмоаккумуляторную электростанцию, отличающуюся тем, что компрессорные и расширительные средства имеют поршневой насос, поршни которого состоят из электро- и теплопроводящей жидкости, например, галинстана и переключаются между насосным и генераторным режимами. Для индуктивного приведения в движение электропроводящей жидкости предусмотрены, в частности, электромагниты с сердечником и катушками. Сердечник образует в них предпочтительно замкнутый контур, причем контур имеет отклоняющуюся от кольцевой форму, в частности содержит две параллельные прямые части цилиндра, вокруг которых намотаны катушки. Магнитный сердечник может выполняться в них таким образом, что минимальные потери вихревого тока и максимальная магнитная энергия возникают вследствие того, что сердечник выполнен из параллельных изолированных проволок из магнитомягкого сплава.
Между магнитным сердечником и (возбудителями) катушками оставлена щель, в которой электропроводящая жидкость передвигается в противоположных направлениях вверх и вниз по типу сообщающихся сосудов. При этом, кроме того, предпочтительно, если щель между сердечником и катушками делится перегородкой на внутреннюю, расположенную ближе к сердечнику щель и внешнюю, расположенную ближе к катушкам щель, причем перегородка кончается на обоих верхних концах параллельных частей сердечника, так что электропроводящая жидкость может протекать в них от одной щели - в другую щель, образуя нагнетательную камеру.
Объем электропроводящей жидкости можно регулировать в полости цилиндра поршневого насоса, нагнетательной камере, например, с помощью совсем обычно сконструированного регулятора, причем в этом случае потребляемая мощность является постоянной во время накопления сжатого воздуха. Особенно предпочтительно, если для этого предусмотрено, что электропроводящая жидкость соединена с резервуаром, объем которого может изменяться в зависимости от атмосферного давления в пневмоаккумуляторе посредством понижающего регулятора давления воздуха и гидравлической жидкости, причем гидравлическая жидкость прижимает, по меньшей мере, упруго выполненную граничную поверхность, например, мембрану, на другой стороне которой находится резервуар с электропроводящей жидкостью. При этом геометрическая компоновка для регулировки нагнетательной камеры, с одним или несколькими отличающимися по размеру элементами мембраны, а также характеристика (характеристики) граничной поверхности (поверхностей) могут точно воспроизводить во время эксплуатации необходимую нелинейность изменения объема.
В режиме генератора поршни генератора, которые состоят из одинаковой хорошо проводящей тепло и электричество жидкости, приводятся в движение сжатым воздухом, причем жидкость, т.е. оба поршня, индуцируют в катушках напряжение, подводимое к расположенным снаружи клеммам для выполнения в них необходимой электрической работы.
Типовая машина или точнее - поршневой насос предпочтительно полностью погружен в жидкость, например, в воду, действующую в качестве теплового аккумулятора. Циркуляционный насос может постоянно перекачивать электропроводящую жидкость при эксплуатации в замкнутом контуре, причем между электропроводящей жидкостью и тепловым аккумулятором происходит теплообмен.
При эксплуатации предусмотрены два поршня в U-образных сообщающихся емкостях и соединенные друг с другом, причем эти поршни образованы, как указывалось, электропроводящей жидкостью, и попеременно один поршень поднимается, в то время как другой поршень опускается, причем весь объем поршня постоянен во время рабочего цикла.
Кроме того, особенно предпочтительно, если по одному циркуляционному индукционному насосу ниже обеих частей сердечника периодически и синхронно откачивают в каждый полутакт электропроводящую жидкость из внешней щели и индуктивно перегоняют ее через теплообменник, а затем снова продавливают во внутреннюю щель.
Кроме того, предпочтительно, если резервуар, регулирующий объем электропроводящей жидкости, одновременно функционирует в качестве теплообменника, в котором расположены, примыкая друг к другу, три дискообразно изогнутых пространства, в частности, среднее пространство, в которое подводят гидравлическую жидкость, и с двух сторон отделенные от него пружинящими мембранами два пространства резервуара, каждое из которых состоит из изогнутой выпукло наружу стенки из хорошо проводящего тепло и устойчивого к высоким температурам материала, например, боросиликатного стекла.
При этом, кроме того, предпочтительно, если циркуляционные насосы закачивают электропроводящую жидкость в нижнем конце теплообменников, причем в верхнем конце охлажденная или нагретая в режиме генератора электропроводящая жидкость снова направляется по трубопроводу в поршневой насос.
Для выполнения теплообменника предпочтительно, если электропроводящую жидкость проводят внутри теплоаккумулятора, в частности, теплового гидроаккумулятора через спиральный трубопровод теплообменника из теплопроводящего и устойчивого к высоким температурам материала, например, из боросиликатного стекла.
Для оптимального использования тепловой энергии также благоприятно, если напорный трубопровод проходит, например, в виде прямоугольника, между пневмоаккумулятором и поршневым насосом через тепловой аккумулятор, причем тепловая энергия сжатого воздуха передается в среду теплового аккумулятора и наоборот.
Для управления сжатым воздухом предпочтительно, если нагнетательный клапан и всасывающий клапан окружают магнитный сердечник в форме концентрических колец. При этом, кроме того, благоприятно, если воздушное пространство над всасывающим клапаном соединено с внешней средой посредством трубопровода, проходящим через тепловой аккумулятор. При этом трубопровод выходит в верхней стороне из теплового аккумулятора.
Для достижения особенно высокого коэффициента полезного действия также предпочтительно, если пневмоаккумулятор, а также при необходимости, тепловой аккумулятор и напорный трубопровод окружены теплоизоляционным слоем.
Кроме того, в данной системе или в пневмоаккумуляторной электростанции вывод шума уменьшается посредством того, что окружающая аккумулирующая тепло жидкость является звукопоглощающей. Также дополнительно звукопоглощения достигают посредством того, что сдерживающий тепло слой окружает со всех сторон тепловой аккумулятор, т.е. аккумулирующую тепло жидкость. Дополнительно можно предпочтительно предусматривать оснащение с внутренней стороны проходящего к внешней среде трубопровода звукоизолирующим покрытием.
Особенно предпочтительно также, если все механически неподвижные элементы, за исключением катушек, сердечника и магнитного механизма клапанного распределения выполнены из не проводящего электричество материала, например, из керамики для минимизации потерь на вихревой ток и потерь перемагничивания; соответствующим способом также может быть изготовлено навешивание машины, стойка, из такого не проводящего электрический ток материала, в частности, керамического.
Для выдачи напряжения предусмотрен, как уже указывалось, электрический конденсатор, и он выполнен предпочтительно в виде пластинчатого конденсатора с гребнеобразно входящими друг в друга пластинами, разделенными диэлектриком, например, керамикой, стеклом или полимерным материалом, и фиксированными при этом с таким интервалом, что для конденсатора достигают диэлектрической прочности 220 кВ, причем при согласованности с катушками получают резонансную частоту 50 герц.
Данная пневмоаккумуляторная электростанция проста в конструкции, так как в сущности она имеет только единственное устройство, являющееся одновременно двигателем, компрессором, расширителем и генератором. Эта одна машина выполняет то же самое, для чего согласно ЕР 2450549 А2 требуется девять машин. Кроме того, предмет изобретения проще в эксплуатации, причем он не содержит вплоть до клапанов подверженных износу компонентов. Данное изобретение позволяет (полагая, что все процессы проходят без потерь) подводить термодинамический коэффициент полезного действия непосредственно почти к 100%, разумеется, за счет потребляемой мощности или отдачи мощности. Жидкий поршень с перекачкой поршневой жидкости улучшает теплообмен между сжатым воздухом в нагнетательной камере и окружающей средой нагнетательной камеры. Сжатие/расширение не являются в предмете изобретения чисто адиабатическим процессом, как это имеет место в ЕР 2450549 А2, а политропным. Продолжительность пребывания сжатого воздуха можно как угодно изменять в нагнетательной камере подходящей настройкой камеры поршня, как функции давления в резервуаре (например, посредством изменения общей массы поршневой жидкости в системе или подачи/вывода гидравлической жидкости из наружи/наружу). Каждый отдельный элемент объема уплотняемой/расширяемой массы воздуха может сжиматься/расширяться не только единственный раз, а n раз, прежде чем его выпускают в накопитель или во внешнюю среду. Чем выше выбирают величину для n, в частности, чем дольше газ пребывает в нагнетательной камере, тем более часто он может обмениваться теплом со свежей, перекаченной поршневой жидкостью. Чем больше выбирают величину для n, тем больше политропная характеристика приближается к изотерме. Изотермическое сжатие и расширение в известной степени эквивалентны с коэффициентом полезного действия 100%. Чем больше выбирают величину для n, тем меньше энергообмен между нагнетательной камерой и внешней средой на один ход поршня, тем меньше "эксплуатация" аккумулированной массы сжатого воздуха на один ход поршня, тем дольше продолжается, загрузка/разгрузка аккумулятора При большой величине для n имеется большая доля термодинамической "реактивной мощности", колеблющейся в системе между поршнями взад и вперед, или колеблющейся взад и вперед между максимальной энергией давления в газе (воздухе) и максимальной кинетической энергией в поршне.
Кроме того, теплообмен/коэффициент полезного действия можно повысить за счет увеличения поверхности поршня относительно хода поршня. Данное изобретение позволяет регулировать оптимальный режим в смысле наибольшей экономичности посредством тонкой юстировки нескольких параметров. Оптимальный компромисс между мощностью и коэффициентом полезного действия определяется также ценами на электрической бирже. Изобретение позволяет регулировать каждый раз соответствующий режим эксплуатации при изменениях тарифов на электроэнергию.
Согласно изобретению задача решается также вышеназванным способом изготовления описанной выше пневмоаккумуляторной электростанции, причем, по меньшей мере, несколько или все элементы изготавливаются при печати на 3D принтере, причем 3D принтер загружают смесью из керамического порошка и кусочков керамического волокна с изменяющимися соотношениями компонентов смеси.
Предпочтительно, если пневмоаккумуляторную электростанции изготавливают в компактной и самонесущей конструкции.
При этом предпочтительно, если два циркуляционных насоса заменяют расположенным в центре компактным циркуляционным насосом, жестко соединенным с основным насосом и который одновременно выполняет механическую опорную функцию.
Магнитные сердечники основного насоса и циркуляционного насоса предпочтительно не наматывают, а заливают в полости компактного элемента, причем полости имеют, в частности, звездообразный поперечный разрез, а образование воздушных пузырей уменьшают посредством создания пониженного давления в полости.
Находящиеся под давлением элементы могут обматываться для улучшения прочности волокнами или тросиками в несколько слоев, а затем эти волокна или тросики заливают в затвердевающую матрицу или обертывают затвердевающей матрицей.
Для обертывания находящихся под давлением элементов может использоваться специально выполненное с этой целью намоточное устройство.
Устройство для переключения между насосным режимом и режимом генератора располагается предпочтительно выше клапанов, так чтобы была возможной обертка волокнами, как устройства для переключения, так и машины на участке нагнетательной камеры и клапанов.
Усовершенствование регулятора нагнетательной камеры делает возможной обертку волокнами.
Предпочтительно, если на внешнем крае располагаются четыре опорные ноги, поддерживающие устройство и несущие спиральный теплообменник.
Спиральный теплообменник изготавливают предпочтительно из деталей, состоящих из сегментов одной четверти круга. Эти сегменты одной четверти круга обертывают соответственно шлангом из волокнистой ткани, а затем затвердевающей матрицей прежде, чем их вставляют в подогнанные отверстия в четырех опорных ногах и жестко соединяют, например, посредством приваривания.
Предпочтительно устанавливают устройство для впуска и выпуска воздуха регулятора нагнетательной камеры. Это устройство для впуска и выпуска воздуха по принципу работы похоже на переключающее устройство.
Согласно другому признаку изобретения регулятор нагнетательной камеры располагается выше машины. Вследствие этого достигают следующих преимуществ:
- гидравлическая жидкость непосредственно плавает на поршневой жидкости из-за меньшего удельного веса и не смешивается с нею;
- соотношение компонентов смеси керамического порошка и кусочков керамического волокна может специально изменяться в 3D принтере именно для изготовления регулятора нагнетательной камеры. Например, принтер может быть загружен до верхнего края насоса только керамическим порошком для получения наиболее гладкой поверхности, а выше - смесью керамического порошка и кусочков волокна для получения растяжимого элемента с более высоким растяжением на разрыв.
При использовании пластин теплообменника в нагнетательной камере можно улучшить теплообмен между газом и внешней средой в нагнетательной камере, а при сближении с изотермическим процессом повысить коэффициент полезного действия.
При обмотке электрических катушек подвижный элемент катушки предпочтительно поворачивается в фиксированной раме или на плоском основании. Между дном элемента катушки и фиксированной рамой имеется маленький зазор, в котором во время обмотки перекатываются керамические шарики, несущие элемент катушки. В фиксированной раме имеется кольцеобразный желоб, в котором перекатываются шарики. После завершения процесса обмотки пространство между элементом катушки и рамой заполняется вместе с шариками затвердевающей матрицей (например, бетоном). Дно элемента катушки может нести по своей периферии снаружи зубья так, чтобы обмотку можно было осуществлять при помощи зубчатого привода.
Далее приводится более подробное разъяснение изобретения при помощи предпочтительных примеров выполнения, которыми оно, тем не менее, не ограничено, и со ссылкой на чертежи, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - схематичное изображение всей пневмоаккумуляторной электростанции;
фиг. 1А - соответствующая электрическая эквивалентная схема;
фиг. 2 - схематичный вид поршневой машины ("индукционного насоса") пневмоаккумуляторной электростанции с ее периферическими компонентами регулятором нагнетательной камеры и теплообменным контуром;
фиг. 3 - увеличенный схематичный вид поршневой машины ("индукционного насоса") без периферийных компонентов;
фиг. 4 - поперечный разрез мягко-магнитного сердечника, обмотки катушки и внутреннего и внешнего зазора этой поршневой машины по линии IV-IV на фиг. 3;
фиг. 5 - поперечный разрез мягко-магнитного сердечника, нагнетательной камеры и планетарного механизма того устройства поршневой машины, которое осуществляет переключение между насосным режимом и режимом генератора, по линии V-V на фиг. 3;
фиг. 6 - согласно фиг. 3 увеличенный продольный разрез нагнетательного клапана и всасывающего клапана вместе с пружинами и управляющими электромагнитами, причем оба клапана закрыты, в детали VI по фиг. 3;
фиг. 7 - вид по фиг. 6, однако с открытым нагнетательным клапаном;
фиг. 8 - вид по фиг. 6, однако с открытым всасывающим клапаном;
фиг. 9 - увеличенный продольный разрез нагнетательного клапана вместе с управляющим электромагнитом, причем вид по сравнению с фиг. 6 повернут на 90°;
фиг. 10 - увеличенный продольный разрез всасывающего клапана вместе с управляющим электромагнитом, причем вид по сравнению с фиг. 6 повернут на 90°;
фиг. 11 - схематичный вид термодинамического циклического процесса;
фиг. 12 - изображение устройства в компактной конструкции;
фиг. 13 - изображение по фиг. 12, но повернутое на 90°;
фиг. 14 - поперечный разрез центрально расположенного под устройством компактного циркуляционного насоса, а также четырех несущих элементов вместе со спиральным теплообменником;
фиг. 15 - поперечный разрез улучшенного регулятора нагнетательной камеры;
фиг. 16 - поперечный разрез одной стороны машины со звездообразным магнитным сердечником;
фиг. 17 - схематичное изображение возможного выполнения намоточного устройства;
фиг. 18 - увеличенное изображение улучшенного переключающего устройства;
фиг. 19 - вид по фиг. 18, но с нижним клапаном в открытом положении;
фиг. 20 - вид по фиг. 18, однако, с верхним клапаном в открытом положении; и
фиг. 21 - поперечный разрез машины на высоте нагнетательной камеры со звездообразно расположенными пластинами теплообменника.
На фиг. 1 схематически изображен пример выполнения пневмоаккумуляторной электростанции 100 с выполняющим функции компрессора и расширителя поршневым насосом 200. Теплоизоляционный слой 1 окружает (искусственный) пневмоаккумулятор 2 и аккумулирующую тепло жидкость 3, состоящую, например, из воды. Поршневой насос 200 погружен в жидкость и окружен ею со всех сторон.
С электротехнической точки зрения представлен последовательный колебательный контур R-L-C (см. фиг. 1A). На внешних клеммах 4 в качестве входного контура и выходного контура приложено переменное напряжение 220 кВ. Емкость С создается конденсатором 5, расположенным вне теплоизоляционного слоя 1. Конденсатор 5 выполнен как слоистый пластинчатый конденсатор с диэлектрической прочностью выше 220 кВ. Пластины конденсатора 5 соединены так, что полюса конденсатора 5 входят друг в друга в виде гребня, а диэлектрик заполняет прямоугольное пространство между электродами. Индуктивность L создается обмоткой 6 в виде катушки поршневого насоса 200. Электрическое активное сопротивление R возникает при механической работе, выполняемой при сжатии воздуха. Индуктивность L катушки 6 и емкость. С конденсатора 5 рассчитаны так, что резонансная частота соответствует промышленной частоте 50 герц (или при необходимости 60 герц, например, в США).
Благодаря этому пневмоаккумуляторная электростанция 100 работает без преобразования напряжения непосредственно с 220 кВ переменного напряжения на входе/выходе 4, для чего благоприятно, если все элементы, в частности, обмотка 6 катушки выполнены с тщательной двойной изоляцией и водонепроницаемы.
Сжатый воздух протекает по напорным трубопроводам 7 между поршневым насосом 200 и пневмоаккумулятором 2. Для оптимизации теплообмена, напорный трубопровод 7 выполнен внутри теплового аккумулятора 3 прямоугольным. Трубопровод 8 соединяет поршневой насос 200 с окружающим воздухом. Для минимизации выхода шума, выходящий наружу подающий трубопровод 8 может быть покрыт на внутренней стороне звукоизолирующим материалом. Кроме того, в качестве звукоизоляции одновременно действуют тепловой аккумулятор 3 и теплоизоляция 1.
На фиг. 2 схематически изображен поршневой насос 200 вместе со своими периферийными компонентами. Регулятор 9 давления понижает рабочее давление сжатого воздуха (напорный трубопровод 7) пропорционально до давления гидравлической жидкости 10, передающей давление на две пружины 11 мембраны. Пружины 11 мембраны делят на части дискообразный элемент 12 на внутренний (средний) участок 13 и на два внешних участка 14 (справа и слева от среднего участка 13).
Ниже двух сторон поршневого насоса 200 находятся два маленьких циркуляционных насоса 15. Эти циркуляционные насосы 15 толкают далее еще более подробно описываемую поршневую жидкость через контур теплообменника, продолжающий правую и левую сторону поршневого насоса 200 прямым трубопроводом вниз, проходит через циркуляционные насосы 15 и разветвляется после этого на два трубопровода: одно ответвление проходит снизу вверх через внешние участки 14 дискообразного элемента 12. Другое ответвление проходит через спиральный теплообменник 16 вверх. Выше обоих элементов 12 и 16 оба трубопровода или ответвления объединяются в трубопровод, снова входящий в нижней вершине 17 свода поршневого насоса 200 в центре последнего.
На фиг. 3 в увеличенном виде изображен поршневой насос 200 без периферийных компонентов: он имеет мягко-магнитный сердечник 18 в виде разрезанного тороидального сердечника, в который вставлены две параллельные части, а именно части 18A, 18B цилиндра. Показанный на фиг. 3 контур сердечника 18 имеет вследствие этого форму стадиона. Сердечник 18 сконструирован так, что потери на вихревой ток минимальны, например, в виде параллельных изолированных проволок из магнитомягкого сплава или из слоистого листа трансформаторной стали. Кроме того, сердечник 18 сконструирован так, что магнитный поток максимальный, а магнитное сопротивление минимальное, то есть, например, без неоднородности или воздушных зазоров в направлении магнитного потока. Части 18A, 18B в форме цилиндра сердечника 18 обмотаны изолированной проволокой для выполнения катушек 6. Между сердечником 18 и катушками 6 соответственно находится кольцеобразная щель 19. Обе катушки 6 соединены U-образной трубой 20, концентрически охватывающей магнитный сердечник 18. Щель 19 между U-образно соединенными катушками 6 и сердечником 18 разделена перегородкой 21 на внутреннюю, ближе к сердечнику 18 расположенную щель 22 и внешнюю, расположенную ближе к корпусу катушки щель 23 (см. фиг. 4). Эти обе щели 22 и 23 представляют собой два концентрические сообщающихся сосуда.
Между параллельными частями 18A, 18B сердечника 18, выше элементов катушек 6, находится переключающее устройство 24 с двумя серводвигателями 25, соответственно приводящими в движение посредством планетарного механизма 26 по одному диску 27 (см. фиг. 5). Каждый диск 27 имеет в центре возвышение 28 в форме усеченного конуса, а на внешней стороне - резьбу, скользящую во внутренней резьбе корпуса переключающего устройства 24.
На фиг. 6 изображен в увеличенном виде детальный участок (см. деталь VI на фиг. 3) поршневого насоса 200: нагнетательная камера 29 поршневого насоса 200 (см. фиг. 3) замыкается вверху двумя клапанами, в частности, нагнетательным клапаном 30 и всасывающим клапаном 31. Оба клапана 30, 31 выполнены в виде концентрические кольца вокруг магнитного сердечника 18. Оба клапана 30, 31 фиксируются в закрытом положении соответственно усилием пружины 32 или 33. Пружина 32 фиксирует нагнетательный клапан 30 закрытым, пружина 33 фиксирует всасывающий клапан 31 закрытым. Оба клапана 30, 31 несут несколько кольцеобразно расположенных электромагнитов 34 или 35, которые могут открывать клапаны 30, 31 против усилия пружины. Электромагниты 34 открывают нагнетательный клапан 30; электромагниты 35 открывают всасывающий клапан 31.
На фиг. 7 изображен в открытом положении нагнетательный клапан 30: нагнетательная камера 29 соединена с пневмоаккумулятором 2, как это изображено стрелкой (7), указывая на напорный трубопровод 7.
На фиг. 8 всасывающий клапан 31 изображен в открытом положении: нагнетательная камера 29 соединена с окружающим воздухом (стрелка 8, см. трубопровод 8).
На фиг. 9 изображен, вид изнутри, или проекция части нагнетательного клапана 30, так чтобы была видна форма одного из кольцеобразно расположенных электромагнитов 34. Направление взгляда по сравнению с фиг. 6 повернуто на 90°, т.е. радиально изнутри наружу.
На фиг. 10 часть всасывающего клапана 31 изображена в проекции, так чтобы была видна форма двух кольцеобразно расположенных электромагнитов 35. Направление взгляда по сравнению с фиг. 6 повернуто на 90°, т.е. также радиально снаружи.
После предыдущего принципиального разъяснения конструкции данной пневмоаккумуляторной электростанции 100 теперь должно идти описание эксплуатации пневмоаккумуляторной электростанции 100, из которого следуют другие конструктивные детали.
Щель 19 между катушками 6 и сердечником 18 (см. фиг. 3) заполняется проводящей тепло и электричество жидкостью, например, галинстаном. В состоянии покоя зеркало жидкости в обеих сторонах сообщающихся резервуаров (соответственно частей сердечника 18A, 18B) одинаковое по высоте.
Конец одной катушки 6 соединен с концом другой катушки 6 так, что обе катушки 6 образуют вместе единственную обмотку вокруг магнитного сердечника 18. Магнитные потоки соединенных катушек 6 проходят через сердечник 18 всегда в одном и том же направлении, либо по часовой стрелке, либо против направления часовой стрелки. На обеих клеммах 4 (фиг. 1) прикладывается переменное напряжение 220 кВ с частотой 50 герц. Это переменное напряжение индуцирует магнитное поле и соответствующий магнитный поток в сердечнике 18 поршневого насоса 200, направление которого поворачивается 50 раз в секунду, попеременно по часовой стрелке и против направления часовой стрелки.
Изменение магнитного потока в сердечнике 18 индуцирует со своей стороны проходящее кольцеобразно вокруг сердечника 18 и связанное с сердечником 18 электрическое переменное напряжение находящейся в щели 19 электропроводящей жидкости. Связанный с ним электрический ток индуцирует в этой жидкости магнитное поле, противоположное магнитному полю в сердечнике 18. При прохождении магнитного поля в сердечнике 18 по часовой стрелке, созданное электрическим током в жидкости магнитное поле проходит против направления часовой стрелки и наоборот. На каждый отдельный элемент объема жидкости воздействует одинаковое по величине усилие Лоренца. Это вызывает в сообщающейся емкости ламинарное течение без завихрения, причем жидкость на одной стороне поднимается, в то время, как она опускается на другой стороне. Вследствие этого эта система действует как поршневой насос или поршневая машина с жидкостным поршнем.
Возникающее при уплотнении (более подробно разъясняемом далее) тепло отводится или необходимое тепло подводится в режиме генератора посредством того, что во время эксплуатации поршневая жидкость постоянно перекачивается и прогоняется теплообменником 16. Непрерывная перекачка поршневой жидкости в контуре предотвращает пребывание одних и тех же молекул жидкости на границе между поршнем и воздухом. Перекачки поршневой жидкости достигают посредством того, что щель 19, наполненная электропроводящей жидкостью разделена концентрической перегородкой 21 на две концентрические щели 22, 23 (см. фиг. 3, фиг. 4.). Эти щели 22, 23 соединены только в верхнем конце нагнетательной камеры 29 обоих "поршней" так, что поршневая жидкость внутренней щели 22 может переходить во внешнюю щель 23 (и наоборот). Нагретый в насосном режиме (или охлажденный в режиме генератора) объем поршневой жидкости заменяется циркуляционным насосом 15 в каждый рабочий такт (50 раз в секунду). Маленький циркуляционный насос 15 функционирует так же, как большой воздушный компрессор (см. фиг. 6-10) посредством индукции, только в меньшем масштабе. Он откачивает поршневую жидкость из внешней щели 23 вниз, постоянно прогоняет ее через теплообменник 12, 16, а затем в нижнюю вершину 17 свода - во внутреннюю щель 22 снизу снова вовнутрь.
После протекания сжатого нагретого воздуха мимо открытого нагнетательного клапана 30 (фиг. 6, 7), он проводится в напорном трубопроводе 7 через тепловой аккумулятор 3 для возможности передачи своего тепла. И наоборот, поступающий из теплового пневмоаккумулятора 2 воздух может забирать из теплового аккумулятора 3 тепло, прежде чем он расширится в нагнетательной камере 29, функционирующей затем как генератор системы и остынет.
Для поддержания постоянной потребляемой мощности в насосном режиме (зарядный процесс) регулируют объем нагнетательной камеры 29. При низком рабочем давлении (например, 100 бар) зеркало поршневой жидкости низкое, а вследствие этого нагнетательная камера 29 большая. При высоком рабочем давлении (например, 1000 бар) зеркало поршневой жидкости высокое, а вследствие этого нагнетательная камера 29 маленькая. Регулировка объема нагнетательной камеры происходит посредством действующего в качестве регулятора объема элемента 12, разделенного внутри двумя пружинами 11 мембраны, как уже говорилось, на средний (внутренний) участок 13 и на два внешних участка 14 (см. фиг. 2). Пружины 11 мембраны раздаются при росте давления в среднем участке 13. В этом участке 13 находится гидравлическая жидкость 10, давление которой подрегулируется при помощи регулятора давления 9 пропорционально рабочему давлению. Во внешних участках 14 дискообразного элемента 12 находится поршневая жидкость, частично вытесняемая из участков 14 при расширении пружины 11 мембраны и уменьшают вследствие этого объем на участке 14. При возрастании рабочего давления поршневая жидкость вытесняется из полости 14 через отверстие 17 в щель 19, а вследствие этого нагнетательная камера 29 уменьшается. Характеристики упругого элемента и габариты пружин 11 мембраны предпочтительно подобраны так, что нагнетательная камера 29 регулируется при помощи рабочего давления настолько, что мощность в насосном режиме постоянная.
Благодаря этому система может работать как насос или как генератор. В насосном режиме электрическая энергия расходуется для выполнения работы по уплотнению в нагнетательной камере 29 выше зеркала жидкости. При этом заключенный в нагнетательной камере 29 воздух уплотняют до повышения его давления выше давления в пневмоаккумуляторе 2. Вследствие этого нагнетательный клапан 30 (см. фиг. 6 и фиг. 7) выше поршневой жидкости открывается против усилия пружины 32, а уплотненный воздух протекает по напорному трубопроводу 7 в пневмоаккумулятор 2. При этом в насосном режиме достаточно только разности давления для открывания нагнетательного клапана 30, причем давление в нагнетательной камере 29 преодолевает усилие пружины 32, снова закрывающей нагнетательный клапан 30 после такта.
Во время уплотнения воздуха в одном "цилиндре", в другом цилиндре всасывается свежий воздух снаружи, в то время, как возникающее в нагнетательной камере 29 другого цилиндра пониженное давление открывает всасывающий клапан 31 против усилия пружины 33 (см. фиг. 8).
В режиме генератора напряжение возбуждения прикладывается на клеммы 4 извне. Это напряжение возбуждения может предоставляться сетью, от которой параллельно работает данная пневмоаккумуляторная электростанция. При выпадении сети напряжение возбуждения может вырабатываться независимой обычной системой (например, дизель-генератором, плюс трансформатор). Несколько (например, восемь) электромагнитов 34 открывают нагнетательный клапан 30, преодолевая усилие пружины 32. При отключении напряжения в электромагните 34 усилие пружины 32 закрывает (опускает) вместе с силой тяжести нагнетательный клапан 30. При открывании в одном цилиндре магнитами 34 нагнетательного клапана 30, несколько (например, восемь) электромагнитов 35 открывают в другом цилиндре всасывающий клапан 31 для выпуска в атмосферу отработанного воздуха при давлении внешней среды (см. трубопровод 8), в то время, как они преодолевают усилие пружины 33 и нажимают на всасывающий клапан 31 вниз. При выключении напряжения на электромагните 35 усилие пружины запирает (поднимает) всасывающий клапан 31, который вследствие этого закрывается. Выпрямители (не показаны) могут подавлять в электромагнитах 34 и 35 по одному полупериоду каждого периода синусоидального переменного напряжения. Например, первый полупериод каждого синусоидального периода прилегает к электромагниту, открывающему правый нагнетательный клапан и левый всасывающий клапан, в то время, как второй полупериод каждого синусоидального периода прилегает к электромагниту, открывающему левый нагнетательный клапан и правый всасывающий клапан. Процесс открывания и закрывания происходит посредством поднимания и опускания клапанов 30, 31, синхронно с напряжением возбуждения 50 раз в секунду. Поступающий сжатый воздух выполняет механическую работу в режиме генератора для преодоления электромагнитного сопротивления. Вследствие этого на внешних клеммах 4 возникает встречный электрический ток к местному электрическому напряжению возбуждения. Благодаря этому имеется источник напряжения, который может выдавать электрическую мощность наружу.
Таким образом, в режиме генератора электромагниты открывают нагнетательный клапан 30 для поступления сжатого воздуха из пневмоаккумулятора 2 в нагнетательную камеру 29 цилиндра, или электромагниты 135 опускают всасывающий клапан 31 для сбрасывания воздуха после такта работы при давлении внешней среды во внешнюю среду.
Пространство 36 выше нагнетательного клапана 30 соединено в зависимости от режима эксплуатации с давлением пневмоаккумулятора 2 или с давлением внешней среды.
Для выборочной возможности работы устройства как насос, а также как генератор, необходимо, чтобы пространство 36 (см. фиг. 6) выше нагнетательного клапана 30 могло выборочно соединяться с рабочим давлением (например, 100-1000 бар) или с давлением внешней среды (1 бар). В насосном режиме пространство 36 выше нагнетательного клапана 30 соединено с рабочим давлением в пневмоаккумуляторе 2. И только тогда, когда давление в поршне, в частности, в нагнетательной камере 29, выше, нагнетательный клапан 30 открывается против усилия пружины. И наоборот, в режиме генератора пространство 36 выше нагнетательного клапана 30 должно быть соединено с давлением внешней среды (трубопровод 8), так как электромагнит 34 иначе не справится с подъемом нагнетательного клапана 30.
Переключение между режимами эксплуатации происходит по инициативе программы и управляется системой управления электростанцией всегда в два этапа: сначала пространство 36 отделяется от пространства, с которым оно было до этого соединено (элемент 28 усеченного конуса закрывается). Затем оно соединяется с пространством 8' или 7' (см. фиг. 6), с которым оно до этого не было соединено (открывает другой элемент 28 усеченного конуса 28). В процессе переключения теряется сжатый воздух, а вместе с ним энергия, пропорциональная к объему пространства 36. Поэтому это пространство 36 выдерживается насколько можно небольшим. Разъединение пространства 36 с рабочим накопителем 7' или с окружающим воздухом 8' вызывается одним из элементов 28 в форме усеченного конуса 28 в центре соответствующего диска 27 с резьбой на его внешней стороне. Элемент 28 в форме усеченного конуса вдавливается в отверстие в форме усеченного конуса. Это происходит соответственно посредством серводвигателя 25, (см. фиг. 3), поворачивающего при помощи планетарного механизма 26 (несущий затвор в форме усеченного конуса) диск 27, так что резьба на его внешней стороне скользит в соответствующей резьбе на внутренней стороне корпуса переключающего устройства 24, как болт в гайке. Резьба рассчитана в отношении числа витков, шага резьбы, коэффициента сцепления и т.д. относительно отверстия затвора так, чтобы надежно герметизировать максимальное рабочее давление от давления внешней среды, короче говоря, трение сцепления и число витков наружной резьбы больших дисков 27 надежно герметизируют максимальное давление от давления внешней среды.
Реактивная мощность остается в устройстве. Она колеблется вперед и назад между емкостью и индуктивностью. Снаружи полезная мощность подводится только к запасному сопротивлению или полезная мощность передается от запасного источника напряжения.
Для минимизации потерь на вихревой ток и потерь перемагничивания, все механически фиксированные элементы, за исключением обмоток 6 катушек, магнитного сердечника 18 и электромагнитного механизма (34, 35) клапанного распределения выполнены из не проводящего электричество материала (например, керамического). К этим элементам относится также не изображенная на чертеже механическая фиксация или подвеска устройства. Подвеска может быть выполнена альтернативно также из древесины и кирпича.
Описанная система является тепловым электрогенератором. Термодинамический циклический процесс изображен на фиг. 11. Отдельные рабочие этапы в общих чертах:
- политропное сжатие (А-В);
- изобарическое сжатие (В-С);
- изохорическое изменение давления (C-D);
- изобарическое расширение (D-A).
Объем V регулируется при низком давлении p1 (=1 бар) так, что поверхностный интеграл циклического процесса (работа за ход поршня) во время заряда пневмоаккумулятора 2 постоянно фиксируется постоянным в насосном режиме с непрерывным подъемом рабочего давления от Phmin (например, 100 бар) до Phmax (например, 1000 бар), а вследствие этого поршневой насос 200 потребляет постоянную электрическую мощность.
Четырехугольник, который проходят при циклическом процессе, изменяет во время процесса заряда свою форму, но не содержание его площади. В начале процесса заряда он широкий и низкий (A-B-C-D), во время процесса заряда он становится уже  и выше, а в конце он самый узкий и самый высокий (A''-B''-C''-D), как это изображено на фиг. 11.
При разряде пневмоаккумулятора 2 во время режима генератора рабочее давление в пневмоаккумуляторе 2 постоянно снижается. Для фиксации мощности в режиме генератора постоянной, рабочее давление дросселируют, например, с помощью не изображенного на чертеже дроссельного клапана на постоянную величину (например, 100 бар). Четырехугольник, который проходят при циклическом процессе в режиме генератора всегда имеет одинаковую форму.
Теплоотдачу между нагнетательной камерой 29 и внешней средой можно изменять подходящим выбором конструкции и/или эксплуатационных параметров так, чтобы политропный процесс сжатия/расширения более или менее приближался к изотермическому процессу, а вследствие этого более или менее мог повышать коэффициент полезного действия системы. В частности, более высокого коэффициента полезного действия можно добиться при меньшей мощности/более продолжительных циклах заряда и наоборот.
На фиг. 12 изображено устройство в компактной конструкции. Все находящиеся под давлением элементы сформированы так, что их можно обматывать волокнами (например, стекловолокном, керамическим волокном, базальтовым волокном) многослойно (например, в 40-60 слоев). При изготовлении после каждого слоя волоконной обмотки предусмотрено нанесение затвердевающей матрицы (например, бетона для стекловолоконных обмоток или матрицы из карбида кремния - для волокон из карбида кремния), заполняющей зазоры между волокнами и соединяющейся при затвердевании с находящимся внизу слоем. Поперечные разрезы многослойных обмоток 37 обозначены на чертеже заштрихованными крестиками. Имеющий форму ящика конструктивный элемент 38 жестко соединен с устройством и с четырьмя внешними опорными ногами 39. Ящик 38 окружает и несет электрические катушки 6. Циркуляционный насос 300 находится центрально под устройством и соединен с ним жестко. Он состоит из мягкомагнитного сердечника 40, залитого в матрицу 41, из электрической катушки 42, намотанной вокруг внутренней части сердечника 40 и из щели 43 между внутренней частью сердечника 40 и электрической катушки 42. Внутренняя часть магнитного сердечника 40 делится наверху и внизу на 4 ветви, что напоминает четырехлистный лист клевера. Магнитные силовые линии магнитного поля замыкаются вдоль этих четырех ветвей (см. также фиг. 14). Ход магнитных силовых линий магнитного поля циркуляционного насоса 300 напоминает струи четырехструйного фонтана. Щель 43 делится вверх и вниз также на четыре ветви, поэтому поршневая жидкость может протекать четырьмя ответвленными потоками между четырех ветвей магнитного сердечника. Четыре ответвленные потоки поршневой жидкости входят в нижнем конце циркуляционного насоса в спиральный теплообменник 44, вытекают наружу, а затем, - несомые четырьмя опорными ногами 39 - в четыре отдельные параллельные внешние спирали вверх до точки поворота, а оттуда - в четыре отдельные внутренние спирали снова вниз до повторного выхода из участка опорных ног вовнутрь и впадают в нижнем конце в устройство. Точка поворота находится не совсем в верхнем конце опорных ног 39, а ниже. Имеются несколько спиралей выше этой точки поворота, впадающие как "тупик" наверху в трубопровод 45 к регулятору 46 нагнетательной камеры. В этом "тупике" находится регулирующий объем поршневой жидкости. На этом регулирующем объеме плавает гидравлическая жидкость со значительно меньшим удельным весом. Гидравлическая жидкость наполняет также внутренний поддающийся сжатию участок регулятора 46 нагнетательной камеры. Участок 47 соединяет всасывающий клапан с окружающим воздухом. Он состоит из внутреннего и внешнего участка. Внешний участок 47 - это широкий кольцеобразно проходящий вокруг магнитного сердечника трубопровод. Между внутренним и внешним участком 47 воздух поступает через вертикальные параллельные шлицы в массивном керамическом элементе 50. Переключающее устройство 48 для переключения между насосным режимом и режимом генератора сконструировано так, что оно вставляется в цилиндр и может обматываться волокнами. Цилиндр является массивным керамическим элементом в котором оставлены два больших отверстия и несколько тонких трубопроводов. В каждом отверстии находится электрический серводвигатель, планетарный механизм и затвор в форме усеченного конуса. В центре переключающего устройства находится массивный блок 49, который вводится после монтажа серводвигателей для противодействия рабочему давлению в полостях переключающего устройства направо и налево. Транспортирование сжатого воздуха к устройству и от него происходит при помощи кольцеобразного напорного трубопровода 51, оставленного в виде кольцеобразной полости внутри массивного керамического элемента 51. Корпус в форме стадиона устройства обмотан снаружи параллельно к центральной оси магнитного сердечника несколькими расположениями слоями тросиками 52 (например, из стекловолокна, керамического волокна или базальтового волокна), уложенные в затвердевшей матрице (например, из бетона или карбида кремния). Ниже обмотки тросиков 52 вставляют элемент 53, закрывающий щель, через которую вдевают тросик при наматывании. Тросики 52 снимают напряжение растягивающего усилия, возникающие во время эксплуатации между участками элементов выше и ниже нагнетательной камеры.
На фиг. 13 показано также изображение устройства в компактной конструкции, однако вид, по сравнению с фиг. 12, повернут на 90°. Там, где на фиг. 12 видно переключающее устройство между насосным режимом и режимом генератора, на фиг. 13 находится подобно сконструированное переключающее устройство. Оно служит для выборочного соединения регулятора нагнетательной камеры с рабочим давлением или с давлением внешней среды.
На фиг. 14 показан поперечный разрез циркуляционного насоса В центре находится магнитный сердечник 40 со звездообразным поперечным сечением. Наружу магнитный сердечник делится на четыре ветви с поперечным сечением из параллельных пластин (как слоистый лист трансформаторной стали). Вдоль этих четырех ветвей замыкаются магнитные силовые линии магнитного поля (см. фиг. 12 и фиг. 13). Сердечник 40 залит в керамическом элементе 41. Вокруг внутреннего сердечника находится электрическая катушка 42 циркуляционного насоса. Перед обмоткой электрической катушки 42 элемент 41 не сплошной, а окружает только четыре ветви 40 магнитного сердечника. Между ними он открывает доступ к полости, которую затем заполняют электрической проволокой обмотки 42. После изготовления обмотки 42 заполняются остающиеся свободные пространства элемента 41, поэтому возникает сплошной элемент, а обмотка 42 больше не доступна снаружи. Между катушкой 42 и магнитным сердечником 40 оставляется кольцеобразная щель, через которую протекает поршневая жидкость. Эта кольцеобразная щель 43 делится наверх и вниз на четыре ветви, проходящие вертикально со смещением 45° между ветвями магнитного сердечника. Четыре ветви впадают внизу в четыре трубопровода, устремляющиеся радиально наружу к четырем опорным ногам 39. Оттуда четыре трубопровода отходят вверх в виде спирали.
На фиг. 15 показан поперечный разрез усовершенствованного регулятора 46 нагнетательной камеры. В противоположность к основному патенту, в данном случае он выполнен не как диск, а как тороидальный сердечник. Преимущество его в том, что он может обматываться волокнами 37 для лучшего выдерживания напряжений растягивающего усилия. Вдоль оси тороидального сердечника 46 проходит внутренний кольцевой трубопровод 54. Участок вне кольцевого трубопровода 54 разделен перегородками 55 на сегменты. Каждый сегмент содержит поддающийся упругому сжатию объем 56, край которого имеет форму, похожую на воздуходувный мех или ручную гармонь. Объемы 56 открыты вовнутрь к кольцевому трубопроводу 54. Кольцевой трубопровод 54 соединен со своей стороны при помощи вертикального трубопровода 45 с верхним концом спирального элемента охлаждения, в котором находится поршневая жидкость. Как кольцевой трубопровод 54, так и объемы 56 заполнены маслом для гидравлических систем. Масло для гидравлических систем плавает на поршневой жидкости из-за его более меньшего удельного веса. Пространство вне "воздуходувных мехов" 56 заполнено воздухом. Это воздушное пространство соединено во время эксплуатации с рабочим давлением и сжимает меха 56 более или менее, в зависимости от рабочего давления. Вследствие этого больше или меньше масла для гидравлических систем проталкивается через трубопровод 45 вниз, что опять же регулирует уровень поршневой жидкости, а вместе с ним нагнетательную камеру в устройстве.
На фиг. 16 показан поперечный разрез машины. Магнитный сердечник 18 в данном случае не намотан, а залит в полости керамического элемента. Чтобы минимизации потерь сердечник звездообразный. Для этого в процессе изготовления внутри керамического элемента оставлена звездообразная полость. Кроме того, на чертеже изображены внутренняя щель 22 и внешняя щель 23.
На фиг. 17 показан пример выполнения намоточного устройства для обмотки волокнами выдерживающих давление частей. В примере выполнения намоточное устройство выполнено в виде треугольника. Однако, оно может быть выполнено как четырехугольник, в целом, как многоугольник или как кольцо. Оно может быть открытым, в частности, на одной стороне и выполнено в виде щипцов. В этом случае была бы возможной не только обертка, но и изготовление волокнистой ткани с помощью второго - не изображенного устройства в виде механического ткацкого станка
Изображенное намоточное устройство имеет шесть колес в виде трех колесных пар 57, неподвижно посаженных на обматываемой трубе. Каждая колесная пара 57 соединена посредством шестерней с двумя дистанционно радиоуправляемыми электромоторами. Каждый из двигателей может иметь по одной сим-карте и управляться по каналу мобильной передачи данных (межмашинная коммуникация). Один из обоих двигателей 58 приводит в движение колесную пару, другой (серво) двигатель 59 управляет. Управление может преобразовываться находящимся между серводвигателем 59 и колесной парой 57 приводом. Для равномерного обматывания изогнутого тороидального сердечника требуется различное независимое друг от друга управление всеми колесными парами. Волокно намотано на ролике 60, неподвижно соединенным с наматывающим устройством. Во время процесса обмотки волокно сматывается с этого ролика. Два аккумулятора 61 поставляют необходимую энергию. Стороны треугольника изменяются по длине для подгонки к разным поперечным сечениям. Пружина 62 с возможностью регулирования или шпиндель (на чертеже не изображены) обеспечивают необходимое постоянное давление прижима колесных пар к поверхности трубы.
На фиг. 18 показано переключающее устройство. Оно состоит из двух горизонтальных цилиндрических выступов, проходящих вовнутрь от корпуса машины в форме стадиона В этих выступах оставлены по две цилиндрические полости, расположенные друг над другом. Они соединены друг с другом, а также с рабочим давлением, давлением внешней среды и пространством выше нагнетательного клапана посредством тонких трубопроводов. Эти тонкие трубопроводы служат, так же, как евстахиева труба в человеческом ухе, для выравнивания давления. В обоих отверстиях находится серводвигатель, передвигающий при помощи планетарного механизма затвор в форме усеченного конуса. При переключении между насосным режимом и режимом генератора, пространство выше нагнетательного клапана выборочно соединяется с рабочим давлением или с давлением внешней среды. На фиг. 18 оба клапана изображены в закрытом положении.
На фиг. 19 показана та же компоновка, как на фиг. 18, однако, с нижним клапаном в открытом положении. Теперь пространство над нагнетательным клапаном соединено с рабочим давлением. Машина находится в насосном режиме. Обе полости переключающего устройства также соединены с рабочим давлением.
На фиг. 20 показана та же компоновка, как на фиг. 18, однако, с верхним клапаном в открытом положении. Теперь пространство над нагнетательным клапаном соединено с давлением внешней среды. Машина находится в режиме генератора Обе полости в переключающем устройстве соединены также с давлением внешней среды.
Переключающее устройство характеризуется тем, что обе самые большие полости, в которых находятся серводвигатели всегда имеют одинаковое давление, либо рабочее давление, либо давление внешней среды. Это предотвращает напряжения внутри переключающего устройства.
На фиг. 21 показано устройство для повышения коэффициента полезного действия машины. В нагнетательной камере лучами расположены вертикальные пластины 63. Они доходят вверх до клапанов и настолько вниз, что они всегда погружены в поршневую жидкость, но не ниже верхнего края электрических основных катушек 6, так как иначе кольцеобразный электрический поток прерывался бы в поршневой жидкости. Пластины 63 должны иметь высокую теплопроводность и высокую тепловую емкость. Чем больше количество пластин в нагнетательной камере, - тем больше поверхность, а вместе с ней лучше теплообмен между воздухом и поршневой жидкостью. Термодинамический процесс становится менее адиабатическим и более изотермическим, в частности, если воздух неоднократно уплотняется и расширяется в нагнетательной камере, прежде чем он поступит через открытый нагнетательный клапан в аккумулятор.
Материал пластин может состоять, например, из керамики и он может быть, например, таким же материалом, как и сплошной керамический элемент. В этом случае пластины изготавливают посредством печати сплошного керамического элемента при одной общей операции и жестко соединены с ним.
Материал пластин может состоять, например, из металла, например, из вольфрама. В этом случае пластины задвигаются сбоку после изготовления сплошного керамического элемента в предусмотренные для них вертикальные шлицы, а затем шлицы жестко замыкают.