ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Область техники

Изобретение относится к области получения электрической энергии, и может быть использовано в энергетике, промышленности, и как электрогенератор в авиации, судостроении, автомобилестроении, транспорте на железной дороге, и в бытовых условиях. Заявляемые способ и установка работают, не сжигая традиционных видов топлива (уголь, дрова, нефть, газ, ядерное топливо, водород) и без вредных выхлопных газов или вредных излучений, и не зависят от природного ветра, солнечного излучения или движения жидкости.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известны различные способы получения электрической энергии с использованием двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных двигателей, работающих на традиционных видах топлива. При работе этих двигателей сжигается топливо и ухудшается экологическое состояние атмосферы. Известны также способы получения электрической энергии за счет преобразования солнечной энергии. Однако эффективность солнечных батарей, например, Е19/318 США едва достигает 19,5%. Со временем их эффективность постоянно снижается из-за загрязнения поверхности солнечных батарей. Вместе с этим солнечные батареи занимают, как правило, большие площади и являются дорогостоящими изделиями. Несмотря на эти недостатки, солнечные батареи находят применение для производства электрической энергии в солнечные дни. Также известны солнечные электростанции с двигателем Стирлинга и КПД, равном 32%, но они работают только днем в солнечную погоду.

В настоящее время созданы ветростанции, имеющие лопастные ветротурбины больших диаметров (до 100 м), которые кинематически связаны с электрическим генератором.

При скорости ветра 10-12 м/с, но не более 15 м/с, современные ветростанции вырабатывают электрическую энергию в номинальном режиме.

Наиболее близкая к заявленному изобретению ветровая энергетическая установка описана в патенте на изобретение RU N ² 2177562 от 27.12.2001 г., авторы: Потапов Ю.С., Потапов С.Ю., Толмачев Г.Ф. В этом изобретении турбина выполнена из мелких лопастей, перед которыми установлен конический обтекатель. Конический обтекатель направляет поток на лопасти, что дополнительно увеличивает его скорость. При этом турбина работает и с меньшими скоростями воздушного потока, и с большими оборотами. Турбина с мелкими лопатками и коническим обтекателем кинематически связана с электрогенератором, который вырабатывает электрическую энергию для потребителей. Но в этом патенте описывается ветровая турбина, которая, как правило, устанавливается на высоте от земли 10 м и более. Чем выше от земли устанавливается ветровая турбина, тем больше вероятность получить необходимый ветровой поток.

Основным недостатком наиболее близкого аналога является прямая зависимость от природной скорости ветра. Как правило, производство электрической энергии приостанавливается из-за отсутствия необходимой скорости воздушного потока. Этот недостаток имеют все современные ветростанции независимо от конструкции ветровой турбины. Другим недостатком рассматриваемой ветроэнергетической установки является то, что необходимо ветровую турбину устанавливать на высокую опору, которая закрепляется на массивной плите из бетона. Это необходимо для ее устойчивости во время сильного ветра (более 20 м/с). Естественно такая конструкция удорожает проект и приводит к большому расходу материалов.

Еще одним недостатком рассматриваемой ветростанции является отсутствие направляющих ветер лопаток и кольцевого обтекателя. Это приводит к снижению КПД ветровой турбины, так как воздушный поток попадает на лопатки турбины не под оптимальным углом. Затем воздушный поток отражается от лопаток и уходит по радиусу в разные стороны за счет центробежных сил. Из-за этих явлений воздушный поток не производит достаточно полной работы на ветровой турбине и, следовательно, снижается ее КПД до 30%. Также известно, что коэффициент использования ветрового потока на станциях не может превышать 59%, при этом так называемый коэффициент Бетца не превышает 40%.

Другим известным способом получения электрической энергии являются гидростанции различного типа. Хорошо известны гидроэлектростанции гравитационного типа. Для их работы необходимо строительство гигантских плотин, которые увеличивают верхний уровень воды. Вода из водохранилища сбрасывается на гидротурбины, вращает их и вращает электрогенератор. Недостатком гидроэлектростанций такого типа является высокая стоимость сооружения плотин и нарушение экологии от гигантских водохранилищ, а также низкий КПД гидротурбины. За последнее время получили развитие подводные гидростанции, работающие от природных подводных течений в морях и океанах. Однако подводные течения необходимой скорости имеются не у всех побережий морей и океанов. Кроме того, эффективность таких лопастных гидротурбин не на много выше, чем у современных ветростанций. К тому же подводные течения не постоянны по скорости и направлению, что также снижает КПД этих гидростанций. Можно использовать такие гидростанции на реках, но реки должны быть большой глубины и с постоянной скоростью движения воды, не менее 3 м/с, что бывает редко. Например, в США изготавливается такая подводная электростанция мощностью 60 кВт с диаметром турбины 5 м.

Задачей настоящего изобретения является создание способа и установки для получения электрической энергии, работающих автономно и независимо от скорости природного ветрового потока или скорости движения жидкости. Такая установка должна работать с высоким КПД и малым шумом, используя кинетическую и потенциальную энергии окружающей среды.

Раскрытие изобретения

Для достижения указанных технических результатов разработан способ получения электрической энергии, включающий создание искусственного набегающего потока газа или жидкости, который направляют посредством заборников в вихревую камеру по меньшей мере одной турбины, имеющей конический и цилиндрический обтекатели и группу направляющих отверстий и/или лопаток, посредством которых ускоряют набегающий поток газа или жидкости на ротор, который кинематически связывают с электрическим генератором, выполненным с возможностью обеспечения электрической энергией потребителя и электромотора привода во вращение заборников газа или жидкости, которую устанавливают с заданным радиусом вращения, посредством чего обеспечивают необходимую скорость потока. Заборники изготавливаются по типу Сегнерова колеса.

В одном из вариантов осуществления способа набегающему потоку газа или жидкости придают вращение и постоянную скорость, обеспечивающую работу по меньшей мере одной турбины и связанного с ней генератора с максимальной нагрузкой.

Набегающий поток газа или жидкости могут закручивать в направлении вращения ротора турбины посредством вихревой камеры с тангенциально установленными заборниками.

В другом варианте осуществления заборники газа или жидкости могут вращать по радиусу по меньшей мере 0,5 метра с заданной скоростью посредством электромотора и редуктора.

Еще в одном варианте могут осуществлять подачу части вырабатываемой электрической энергии на электромотор привода во вращение заборников газа или жидкости.

Кроме того, в одном из вариантов осуществления набегающий поток газа или жидкости могут предварительно закручивать, сжимать, ускорять, а затем повторно закручивать и направлять на рабочую поверхность ротора под углом не более 90° посредством конического и кольцевого обтекателей и вихревой камеры.

В другом варианте при вращении заборников газа или жидкости могут использовать силу Кориолиса, момент инерции, кинетическую, потенциальную энергии набегающего потока газа или жидкости и часть вырабатываемой электрической энергии идет на собственные нужды.

Также могут одновременно создавать реактивный эффект на всех рабочих поверхностях ротора.

Во всех вариантах осуществления изобретения в качестве газа могут использовать тяжелые газы, газовые смеси, воздух или воздух в смеси с тяжелыми газами.

Кроме того, настоящее изобретение описывает установку для получения электрической энергии, включающую электрический генератор, ротор, кинематически связанный с указанным электрическим генератором, устройство закручивания, сжатия и удержания набегающего потока газа или жидкости, снабженное группой направляющих лопаток и/или отверстий, закручивающих поток газа или жидкости в направлении вращения ротора, вихревую камеру с заборниками газа или жидкости и средство передачи энергии потребителю и на собственные нужды.

Ротор может быть выполнен в виде диска, а группа лопаток и/или отверстий может быть расположена в его периферийной части и под углом к поверхности диска ротора, причем указанные лопатки и/или отверстия могут быть снабжены вогнутой рабочей поверхностью, выполненной с возможностью создания реактивного эффекта.

Указанные отверстия могут быть выполнены цилиндрическими, квадратными, коническими или в виде сопел.

В одном из вариантов осуществления установка может включать группу направляющих лопаток и/или отверстий, выполненных с возможностью направления набегающего потока газа или жидкости на ротор под углом 90°С предварительным закручиванием его в направлении вращения ротора.

Закручивание потока воздуха или жидкости осуществляется и вихревой камере при тангенциальном вводе воздуха либо жидкости от заборников вращающихся в данной среде с заранее заданной скоростью.

В другом варианте осуществления установка может включать кольцевой обтекатель, установленный с возможностью полного удержания набегающего потока газа или жидкости и его полного направления на рабочую поверхность направляющих лопаток и/или отверстий ротора.

Кроме того, установка может включать заборники газа или жидкости, конический обтекатель с лопатками для увеличения скорости набегающего потока газа или жидкости и создания необходимого давления указанного потока на ротор.

Также установка может включать заборники газа или жидкости, установленные с возможностью вращения и создания искусственного набегающего потока газа или жидкости. При этом установленный радиус вращения может составлять по меньшей мере 0,5 м.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема турбины с электрогенератором и вихревой камерой.

На фиг.2 представлена схема установки с мелколопастной турбиной и двумя заборниками воздуха на вихревой камере.

На фиг.З представлена схема установки, работающей в жидкости (Н ₂ 0), вид сверху.

Варианты осуществления изобретения

Указанные технические результаты достигаются в данном способе получения электрической энергии, путем создания набегающего потока газа или жидкости необходимой скорости, в сочетании с вихревой камерой и мелколопастной турбиной либо безлопастной турбиной с отверстиями или мелкими лопастями, установленными под определенным углом к плоскости ротора.

Искусственный, вихревой набегающий поток вращает ротор турбины с постоянной оптимальной скоростью, что и обеспечивает непрерывное получение электрической энергии в номинальном режиме.

Установка снабжена коническим и кольцевым обтекателями, группой направляющих лопаток и/или отверстий и ротором с мелкими лопатками или наклонными отверстиями. В качестве устройств закручивания, сжатия и удержания набегающего потока газа или жидкости возможно использование вихревой камеры с заборниками рабочей среды конусного и кольцевого обтекателей. Ротор кинематически связан с генератором. Установка смонтирована на раме. Привод для вращения заборников работает непрерывно и автономно от собственной электроэнергии установки (т.е. вырабатываемой ею) либо от сети. Эффективность способа и устройства не менее 75%.

В одном из вариантов осуществления способа и установки для автономного производства электрической энергии ее работа происходит при радиусе вращения не менее 0,5 метра с тангенциальной (угловой) скоростью, но не более 60 м/с.

В другом варианте осуществления изобретения на вращающейся вихревой камере устанавливаются два или более двух заборников газа или жидкости, имеющих радиус вращения не менее 0,5 м. Обычно, часть вырабатываемой электрической энергии идет потребителю до 75%, а другая часть идет на вращение заборников и вихревой камеры (до 25%). Запускается установка от внешнего источника тока, аккумулятора, механически, либо от передвижной электрической станции.

Учитывая, что мощность турбины растет с увеличением скорости набегающего потока газа или жидкости в кубической степени, то мы получаем достаточно энергии и для потребителя, и для вращения заборников. Так как возникающее сопротивление вращению заборников практически растет линейно, то и затраты энергии на их вращение будут не очень велики. Это и обеспечивает получение высокого КПД.

В другом варианте осуществления изобретения устанавливается один ряд заборников с вихревыми камерами над другими вертикально. Таким образом, набирается необходимое количество вертикальных энергетических модулей для увеличения мощности. Количество таких модулей может быть произвольным (2, 3, 4, 5, 6, и т.д.). Однако более предпочтительным является использование двух или другого четного количества модулей (4, 6, 8 и т.д.) Занимаемая площадь и размеры предлагаемой вертикальной электростанции в несколько раз меньше, чем у аналогичных по мощности ветровых электростанций используемых в настоящее время.

В предложенном способе получения набегающего потока газа или жидкости возможно использование и обычных ветростанций, имеющих большие лопасти. Однако известные недостатки крупнолопастных ветростанций будут проявляться и в предлагаемом способе. (См. Таблицу 1 ). Поэтому использование традиционных ветростанций, при набегающем потоке воздуха, экономически не целесообразно из-за больших потерь мощности и больших габаритов.

Таблица N ² 1

Из таблицы N ² 1 видно, что суммарные потери у крупнолопастных турбин достигают 52%, а у мелколопастных турбин только 25%. Таким образом, использование мелколопастных турбин при набегающем потоке газа или жидкости будет предпочтительней.

В одном из вариантов осуществления изобретения, когда заборники газа или жидкости на электростанции могут быть выполнены из трубы, которая имеет меньшее сопротивление потоку набегающего газа или жидкости. Частота вращения заборников зависит от необходимой скорости набегающего потока. Скорость набегающего потока обычно равна угловой (тангенциальной) скорости точки, находящейся на определенном радиусе вращения. Например, необходима скорость набегающего потока воздуха более 10 м/с. Принимаем радиус вращения 2,5 метра. Тогда при 60 об/мин заборников скорость набегающего потока воздуха, в крайней точке, будет равна 15 м/с. При такой скорости воздушного потока даже традиционные ветростанции могут работать на полную мощность, но в предлагаемом способе еще дополнительно создается вихревой поток торнадо и его дополнительное ускорение и сжатие конусным обтеканием увеличивает мощность и выработку электрической энергии для потребителей.

В одном из вариантов осуществления мелколопастная турбина, у которой отверстия и/или направляющие лопатки подобны мелким лопастям, будет работать лучше традиционной ветростанции, так как ее обороты в два-три раза выше, а потери значительно ниже. Отверстия и/или лопасти в роторе могут выполняться цилиндрическими, прямыми и вогнутыми под необходимым углом к плоскости диска - ротора. Также они могут быть коническими или в виде сопел, что может способствовать ускорению вращения ротора и созданию реактивного эффекта. Верхняя часть ротора с лопастями или отверстиями закрыта кольцевым обтекателем, что существенно снижает потери на его вращение в воздухе газовой или жидкостной среде.

Учитывая, что предлагаемая установка работает в установившемся оптимальном режиме (т.е. в режиме вырабатываемом необходимое количество энергии, достаточном для поддержания работы себя и потребителей), то передача мощности от ротора на генератор может осуществляться без ускоряющего многоступенчатого редуктора (мультипликатора). Наоборот, в некоторых случаях, при высоких скоростях вращения ротора будет необходим понижающий обороты редуктор. В нашем способе отсутствует необходимость применения системы управления механизмом поворота в направлении природного ветра, а также применения механизма поворота лопастей. Группа механических элементов обычной ветровой установки не требуется в новом способе и устройстве. Это повышает надежность, сокращает техническое обслуживание и увеличивает срок службы предлагаемой установки. Повышая коэффициент быстроходности ротора турбины возможно увеличить выход вырабатываемой энергии при больших скоростях набегающего потока газа от 30 м/с до 60 м/с, что практически неосуществимо при крупнолопастных ветротурбинах из-за срыва воздушного потока на лопастях при скоростях ветра более 15 м/с. Поэтому число часов использования установленной мощности предлагаемой турбины, с набегающим потоком, будет значительно больше, по сравнению с традиционными ветровыми турбинами, имеющими огромные лопасти диаметром 100 метров и более.

Предлагаемый способ и установка для производства энергии могут работать непрерывно, автономно в течение года, имея годовой коэффициент полезного действия 98%, а не 25%, как у традиционных ветростанций, которые зависят от природного ветрового потока. Дополнительное использование одновременно группы турбин позволяет давать еще больше энергии потребителю. При этом шумовые характеристики предлагаемых электростанций ниже, чем у обычных, у них нет образования инфразвука, так как концы мелких лопастей или отверстий закрыты кольцевым обтекателем. Следовательно, предлагаемая установка может быть размещена вблизи объекта, использующего произведенную электроэнергию, что сократит расходы на установку и ремонт линии электропередачи.

Можно отметить и то, что изготовление описанных турбин с кольцевыми обтекателями положительно влияет и на скорость вращения ротора. Отсутствие традиционных крупных лопастей в предлагаемой турбине резко увеличивает частоту вращения и выработку энергии. В предлагаемом изобретении, ротор вращается за счет образования давления набегающего потока газа или жидкости и реактивного эффекта (используемого также в ракето- и самолетостроении), а не за счет подъемной силы крыла. При этом крутящий момент образуется одновременно на всех рабочих поверхностях ротора турбины, что повышает характеристики турбины. Рабочими поверхностями ротора турбины являются все поверхности отверстий или мелких лопаток ротора и его кольцевые обтекатели, которые удерживают поток газа или жидкости и ускоряют его.

Практика показала, что потери на трение в такой турбине достигают 20%, но суммарные потери по сравнению с лопастями традиционных ветростанций в два раза ниже. Габаритные размеры предлагаемой турбины в 5 раз меньше, чем диаметр лопастей у традиционных ветростанций, а, следовательно, и вес ее значительно меньше при одинаковой мощности. Испытание мелколопастной турбины с направляющими лопатками и/или отверстиями показало, что при одинаковой скорости потока, ее мощность в несколько раз выше, чем у обычной ветровой турбины с крупными лопастями, где работает подъемная сила, как у крыла самолета. Современные установки по преобразованию энергии ветра в электроэнергию достигли, отчасти границы своей экономичности. Однако, предлагаемый способ и установка могут существенно повысить экономичность процесса преобразования энергии газа или жидкости за счет набегающего потока на скоростях от 30 м/с и до 60 м/с. В этом диапазоне скоростей обычные ветростанции не работают или работают плохо.

Естественно, что этот большой энергетический потенциал возможно реализовать на практике в предлагаемом способе и установке. Увеличивая скорость набегающего потока газа или жидкости и уменьшая габариты турбины. Так как мощность турбины возрастает в кубической степени к скорости набегающего потока газа или жидкости, то и рост количества дополнительной энергии будет весьма значительным. При таких скоростях ветра более 15 м/с, лопасти обычных ветростанций попадают в закритический режим (это режим сваливания "крыла", аналогично сваливанию крыла в авиации). Поэтому и мощность у них резко падает, а выработка электроэнергии резко снижается.

Производство электроэнергии предлагаемым способом и установкой не зависит от порывов природного ветра, поэтому оно автономно, равномерно и регулируемо, что очень важно для непрерывного обеспечения электроэнергией потребителя.

В заявляемом способе отпадает необходимость в каких-либо накопителях энергии или аккумуляторах, а это значительно упрощает установку, уменьшает ее габариты и увеличивает ее энергопроизводительность.

В одном из вариантов осуществления изобретения установка устанавливается под навесом или в контейнере с газом или жидкостью. На установку не действуют атмосферные осадки и солнечное излучение, что увеличивает ее срок службы. Крыша или навес над установкой изготавливаются из недорогих, но прочных материалов. В нижней и верхней части крыши устанавливается защитная сетка, которая препятствует попаданию в рабочую зону птиц или животных, но обеспечивает доступ воздуха.

Описанный выше процесс образования набегающего потока газа или жидкости на турбину приводится здесь только в общих чертах для понимания сущности изобретения. При закручивании молекул воздуха по криволинейной траектории в вихревой камере и направляющих лопатках и/или отверстиях их движение становится менее хаотичным, причем под действием трения центробежных сил и самопроизвольного нагрева начинается ускорение движения молекул газа или жидкости в направлении закрутки ротора. При этом ускорение движения молекул происходит и в направлении, оставленном свободным для расширения, в нашем случае, в направлении выхода из направляющих лопаток или отверстий, и кольцевого обтекателя на роторе турбины. Набегающий поток имеет заранее заданную скорость, необходимую для оптимальной работы турбины и электрогенератора. Поток жидкости или газа закручивается в направлении вращения ротора турбины посредством тангенциального входа в вихревую камеру и направляющих отверстий и/или лопаток и уходит по касательной к траектории вращения заборников. Подачу части вырабатываемой электрической энергии на электромотор привода во вращение заборников газа (воздуха) или жидкости возможно осуществлять через частотный регулятор оборотов. При этом заборники газа (воздуха) или жидкости установлены так, чтобы поток газа (воздуха) или жидкости вращался как торнадо в вихревой камере.

Причем, если в обычных газовых турбинах молекулы газа под давлением ударяют в лопатки турбины под углом около 30°, то в данном изобретении, возможно направлять молекулы газа (воздуха) или жидкости на рабочую поверхность турбины под углом 90°.

Закручивание потока перед ротором ускоряет движение и расход молекул газа или жидкости, чего не достигается в обычных ветростанциях. Известно, что, при закручивании потока расход газа или жидкости увеличивается, а, следовательно, увеличивается, и кинетическая энергия молекул, а значит мощность турбины возрастает. При выборе направления вращения заборников газа и воздуха и ротора турбины используется кориолисова сила.

Подобный эффект не используется ни в одном из известных способов и установок для преобразования энергии газа (воздуха) или жидкости в электрическую энергию. Вместе с этим газ (воздух) или жидкость не изменяет своего физико-химического состояния, они остаются экологически чистым. Соответственно, предлагаемый способ и установка отличаются в лучшую сторону по экологическим и шумовым характеристикам. Часть шума создаваемого ротором турбины и направляющими лопатками и/или отверстиями гасится кольцевым обтекателем и крышей контейнера, а общие шумовые характеристики небольшие из-за отсутствия крупных лопастей, которые и создают шумовое поле или низкочастотные колебания (инфразвук).

Кроме этого, наряду с повышением КПД и упрощением конструкции, отсутствие крупных лопастей, фундамента, можно отметить также дополнительные положительные эффекты изобретения, как значительное повышение надежности в работе, уменьшение габаритов установки, уменьшение веса. Возможно получение различного диапазона выходной мощности, вплоть до очень высокой, используя группы модулей, установленных в вертикальной плоскости, или увеличивая скорость набегающего потока газа или жидкости. Использование группы энергетических модулей на одной раме повышает мощность установки. Предлагаемый способ обеспечивает электрической энергией двигатель привода с установленными заборниками газа и жидкости, он работает непрерывно и длительное время независимо от скорости природного ветра.

На фиг. 1 в качестве примера приведена турбина с генератором и вихревой камерой для осуществления способа и работы устройства при получении электрической энергии посредством вращения ротора поддавлением набегающего закрученного потока. В этом варианте устройство включает электрогенератор 1 , кольцевой обтекатель 2, направляющие лопатки 3, поворачивающие воздушный поток, ротор турбины с лопатками 4, передний и задний конический обтекатели 5, лопатки предварительного захвата 6, кольцевой обтекатель ротора 7, заборники газа или жидкости 8, вихревую камеру 9.

На фиг. 2 представлена схема установки с двумя заборниками газа

(воздуха) 8, установленными тангенциально на вихревую камеру 9. Заборники 8, приводятся во вращение двигателем (электромотором) 10, посредством редуктора 1 1. Вращение заборников 8 происходит с постоянной оптимальной скоростью. Двигатель 10 подключен к источнику энергии для старта 12 (сеть). Установка снабжена кожухом 13, с защитной сеткой 14, крышками 15. Соединение редуктора 1 1 с вихревой камерой 9 осуществляется через муфту (не показана). Двигатель 10, установлен на раме 16.

На фиг.З представлена схема установки, работающей в жидкости (Н ₂ 0), вид сверху. Электрогенератор 1 , рама 16 с электромотором 10 и редуктором 1 1 закрыты герметично.

Принцип работы установки на природном ветровом потоке и набегающем потоке газа или жидкости существенно отличается. Скорость набегающего потока газа или жидкости в нашем способе постоянна и может быть не ниже 12 м/с. Расчетные угловые скорости и действительная скорость набегающего потока газа или жидкости совпадают. Поэтому габариты предлагаемой установки можно уменьшить в несколько раз (при одинаковой мощности), чем у традиционных крупнолопастных ветростанций.

Представленная установка работает следующим образом. Электрический ток от сети 12 подается на электромотор 10, который вращает редуктор 1 1. Редуктор 1 1 , кинематически связан с подвижной вихревой камерой 9, на которой установлены вращающиеся заборники газа или жидкости 8. Они (8) вращаются с заранее заданной скоростью. На концах заборников 8 установлена вихревая камера 9, кинематически связанная с кольцевым обтекателем 2. Набегающий поток газа или жидкости с заранее заданной скоростью закручивается в вихревой камере 9, попадает на лопатки предварительного захвата 6, сжимается корпусом 5, удерживается кольцевым обтекателем 2, поворачивается направляющими 3 и давит на лопатки ротора 4, который вращает генератор 1.

При получении номинального электрического тока переключаем питание электромотора 10, на генератор 1. Установка продолжает вращаться с заданной скоростью. Генератор 1 непрерывно дает ток потребителю. Полезная работа такой установки может достигать высоких значений, а с использованием четырех и более заборников газа или жидкости в предлагаемой конструкции КПД установки будет не менее 75%.

Таким образом, заявляемый способ и установка позволяют производить электрическую энергию эффективно, автономно, экологически чистым способом и без сжигания традиционного топлива, так как используются совместно момент инерции, сила Кориолиса, кинетическая и потенциальная энергия. При этом момент инерции, возникающий при вращающихся заборниках газа или жидкости и вихревой камере, способствует снижению затрат энергии (по аналогии с маховиком) на их вращение, что подтвердилось при испытаниях установки.

Учитывая, что установка состоит из небольшого количества деталей, надежность ее резко возрастает. Расчетный ресурс работы установки может достигать 85 тысяч часов и более, так как отсутствуют быстро изнашивающиеся детали. Срок ее работы 30 лет и более.

Пример 1

Изготовлена установка, включающая электрогенератор 1 , ротор 4 с кольцевым обтекателем 7, направляющие лопатки 3, кольцевой обтекатель 2, конический обтекатель 5 (под углом 90°), с лопатками предварительного захвата 6. Внутренний диаметр кольцевого обтекателя 2 равен 1200 мм. Количество лопаток на роторе 4 и направляющих лопаток 3 равно тридцати двум. Электрогенератор 1 , мощностью 5,5 кВт. Ротор 4 установлен на оси генератора 1. Заборники воздуха 8 установлены на подвижной вихревой камере 9. Она (9) кинематически связана с выходным валом редуктора 1 1. Редуктор 1 1 вращается от электромотора 10, подключенного к сети 12. Мощность электромотора 10 равна 1 , 1 кВт.

Передаточное отношение редуктора 1 1 равно 39. Число оборотов электромотора равно 1400 об/мин. Следовательно, заборники 8 вращаются со скоростью 35,8 об/мин. Радиус вращения равен 3,75 метра. Получаем скорость набегающего потока воздуха 14,4 м/с. При такой скорости набегающего потока воздуха, через 7 секунд, генератор 1 турбины 4 вырабатывает номинальную мощность и выходит на режим работы, позволяющий обеспечивать электроэнергией и установку, и потребителя. Следует отметить, что потребляемая мощность электромотора 10 уменьшилась до 0,72 кВт. Установка работает практически без шума.

Пример 2

Изготовлена установка с заборниками воды для производства электрической энергии. Установка включает в себя раму 16, электромотор 10 мощностью 2,2 кВт, редуктор 1 1 , кольцевой обтекатель 2, диаметром 550 мм, конический обтекатель 5 под углом 70°, направляющие лопатки 3 под углом 45°. Генератор 1 мощностью 7,5 кВт установлен на кожухе 13 и герметично закрыт.

Установка закрыта герметично и с электрогенератором погружена в воду.

Турбина 4 имеет 16 лопаток и 16 направляющих лопаток 3, установленных под углом 45°. Электромотор 10 привода заборников воды 8 во вращение имеет мощность 2,2 кВт при 1400 об/мин. Редуктор 1 1 имеет передаточное отношение

1 :60. Радиус вращения установлен 2, 1 метра. Запуск установки осуществляем аналогично примеру 1. Заборники воды 8 вращаются со скоростью 23 об/мин, а набегающий поток жидкости имеет скорость 5 м/с. С такой скоростью набегающего потока жидкости турбина и генератор работают в номинальном режиме. При установившемся режиме генератор переключаем на электромотор

10, а остальную электроэнергию подаем к потребителю. Установка работает стабильно и почти бесшумно с высокой эффективностью.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что предлагаемый способ и установка для получения электроэнергии работает стабильно в газе и жидкости и независимо от природных условий. Производство полезной электроэнергии для потребителей данной установкой может составлять до 75% от общей вырабатываемой электроэнергии.

Пример 3

Берут смесь тяжелых газов аргона (Аг) и азота (N) в пропорции по весу один килограмм аргона на два килограмма азота. Получаем негорючую смесь тяжелее воздуха. Заключаем установку в герметичный контейнер по контуру рамы 16, но без нижней и верхней сетки 14, показанной на фиг. 2. Заполняем объем контейнера смесью тяжелых газов (Аг + N). Конструктивно установка имеет вид, показанный на фиг. 2, но при этом направление вращения заборников 8 и вихревой камеры 9 противоположны вращению ротора турбины с лопатками 4.

Запуск установки осуществляется аналогично приведенному в примере 1. Мощность электромотора привода 10 - равна 1 , 1 кВт. Скорость вращения заборников газовой смеси равна 35,8 об/мин при радиусе вращения, равном 3,75 метра, скорость набегающего потока газовой смеси будет 14,4 м/с. При такой скорости набегающего потока тяжелой смеси газов генератор 1 вырабатывает 7,5 кВт в час электрической энергии. Это позволяет обеспечить электрической энергией потребителя и электромотор привода во вращении заборников газовой смеси. При вращении заборников газовой смеси 8, в закрытом контейнере происходитобразование вихревого потока по направлению их вращения, но выходящий поток газовой смеси из ротора турбины 4 тормозит вращающийся поток газовой смеси и обеспечивает непрерывную работу всей установки с более высокими техническими характеристиками.

Пример 4.

Берут установку, работающую в воде (см. пример 2), показанную на фиг. 3, и устанавливают ее в герметичный контейнер. Объем контейнера заполняют незамерзающей жидкостью (- 40°С). Устанавливают генератор 1 , мощностью 1 1 кВт в герметичный блок. Вал генератора 1 кинематически связан с турбиной 4, у которой лопасти повернуты на 180°, что обеспечивает вращение жидкости в противоположную сторону по отношению к заборникам 8. Турбина 4 снабжена шестнадцатью лопастями. Мощность электромотора 10 равна 3 кВт при 1400 об/мин. Редуктор 1 1 имеет передаточное число 1 :60. Радиус вращения установлен 2,0 м. Запуск установки осуществляем аналогично примеру 1. Поток жидкости со скоростью 5 м/с попадает в вихревую камеру 9, через заборники 8. На коническом обтекателе 5 поток ускоряется и подается в направляющие отверстия 3, где поворачивается на 45° и подается на лопатки 4, которые вращают ротор турбины, кинематически связанный с генератором 1. Вырабатываемая электрическая энергия подается потребителям, а часть ее идет на электрический мотор привода 10. Установка работает устойчиво в режиме непрерывной нагрузки при минусовой температуре до - 40°С.

Промышленная применимость

На практике использование заявляемых способа и установки позволит уменьшить количество сжигаемого топлива и улучшит экологическую ситуацию. Использование предлагаемого способа и установки в промышленности по сравнению с известными позволит повысить КПД и уменьшить габариты и вес электростанций. Особый интерес для промышленности и транспорта представляет использование этого способа вырабатывания электрической энергии для создания электромобилей, электрических летательных аппаратов, электровозов для железных дорог, электрических кораблей, а также электрическое снабжение космических станций и аппаратов.