Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
POWER PRODUCING METHOD AND DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/101411
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to producing power engineering, in particular, mechanical and/or electric power by forming a molecular air swirling stream, in which gas molecules are swirled along a curvilinear path in such a way that they are directionally movable and accelerated by centrifugal forces. The inventive method can be used for actuating electric generators and transport means. Said invention makes it possible to produce a high-voltage electric power by spinning an air stream in a swirling chamber which is provided with two electrodes. The inventive method makes it possible to obtain a produced energy recovery ranging from 15 to 30 % which is sufficient for operating an entire system in a closed cycle. The inventive turbine (molecular) engine comprises a rotor (turbine), a stator (body), a swirling chamber provided with tangential air inlets and membranes provided with openings for guiding air streams to the turbine fins at an optimal speed range.

Inventors:
POTAPOV YURI SEMIONOVITCH (RU)
Application Number:
PCT/RU2005/000126
Publication Date:
September 28, 2006
Filing Date:
March 21, 2005
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
OVATELSKY TS VIKHREVOY ENERGET (RU)
POTAPOV YURI SEMIONOVITCH (RU)
International Classes:
F01D1/08
Foreign References:
SU1359437A11987-12-15
SU1502853A11989-08-23
US3610770A1971-10-05
US3926535A1975-12-16
Attorney, Agent or Firm:
Popelensky, Nikolay Konstantinovich (Moscow, 5, RU)
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения
1. Способ производства энергии, в частности механической и/или электрической энергии, посредством концентрации кинетической энергии молекул газа, в котором газ подают в устройство вихреобразования, где молекулы газа направляютпо криволинейной траектории вокруг оси вращения с ускорением под действием центробежных сил и с препятствованием их выхода из устройства в направлении центробежной силы и с одной из сторон в направлении оси вращения, при этом в периферийной относительно оси вращения области потока осуществляют концентрацию молекул газа и увеличение их кинетической энергии в направлении выхода из устройства с другой стороны по оси вращения, где отбирают указанные молекулы газа и направляют их на средство приема кинетической энергии молекул газа.
2. Способ по п.1 , отличающийся тем, что осуществляют рекуперацию части энергии молекул газа, а также дополнительное ускорение отобранных молекул газа перед средством приема кинетической энергии молекул газа.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что поток газа подают в устройство вихреобразования, выполненное в виде кольцевой вихревой камеры, под низким давлением через тангенциально расположенные патрубки, причем направляют молекулы газа в периферийной области потока, примыкающей к кольцевой стенке камеры, под действием внутренних поверхностей кольцевой стенки и одной из торцевых стенок и дополнительно напора вводимого газа, при этом рекуперацию осуществляют посредством отвода части газа из периферийной области потока на вход устройства, а указанный отбор молекул газа из периферийной области потока осуществляют через отверстия в другой из торцевых стенок вихревой камеры и далее направляют их на средство приема кинетической энергии молекул газа, выполненное в виде лопаток турбины, посредством которой вырабатывают механическую энергию.
4. Способ по п.З, отличающийся тем, что молекулы газа направляют под прямым углом к лопаткам турбины.
5. Способ производства электрической энергии посредством концентрации кинетической энергии молекул газа, в котором газ подают в устройство вихреобразования, где молекулы газа направляют по криволинейной траектории вокруг оси вращения с ускорением под действием центробежных сил и с препятствованием их выхода из устройства в направлении центробежной силы и по меньшей мере с одной из сторон в направлении оси вращения, при этом в устройстве вихреобразования создают вращающиеся в разные стороны потоки молекул газа, расположенные на разном расстоянии от оси вращения и используют их в качестве рабочего тела для создания разности потенциалов и вырабатывания электрической энергии.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что электрическую энергию снимают с размещенных в устройстве вихреобразования электродов.
7. Установка для производства энергии, в частности механической и/или электрической энергии, посредством концентрации кинетической энергии молекул газа, содержащая устройство вихреобразования посредством направления молекул газа по криволинейной траектории вокруг оси вращения с ускорением и концентрацией их кинетической энергии под действием центробежных сил в направлении выхода устройства с одной из сторон по оси вращения и с препятствованием их выхода из устройства с другой стороны в направлении оси вращения и в направлении центробежной силы, средства ввода молекул газа в устройство вихреобразования, средства отбора молекул газа с концентрированной кинетической энергией и средства приема кинетической энергии молекул газа.
8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что она содержит средство подачи сжатого газа, связанное со средствами ввода молекул газа в устройство, средства рекуперации части энергии молекул газа, и средства придания дополнительного ускорения отобранным молекулам газа.
9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что средство подачи сжатого газа представляет собой компрессор низкого давления, устройство вихреобразования выполнено в виде вихревой камеры, имеющей корпус с кольцевой стенкой и двумя торцевыми стенками, средства ввода выполнены в виде патрубков, соединенных трубопроводами с выходом компрессора низкого давления и расположенных по меньшей мере с двух сторон кольцевой стенки по касательной линии к ней, средства отбора молекул газа и средства придания им дополнительного ускорения выполнены в виде отверстий в торцевой стенки вихревой камеры со стороны выхода устройства, средства рекуперации части энергии молекул газа содержат трубопровод, соединяющий периферийную часть вихревой камеры со входом компрессора, а средства приема кинетической энергии молекул газа представляют собой лопатки турбины.
10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что отверстия в торцевой стенке выполнены в ее периферийной части и под углом к поверхности стенки, причем отверстия имеют внутреннюю часть с уменьшенным диаметром по сравнению с входной частью, и при этом отверстия и лопатки турбины расположены с возможностью направления молекул газа под прямым углом к лопаткам.
11. Установка для производства электрической энергии посредством концентрации кинетической энергии молекул газа, содержащая устройство вихреобразования посредством направления молекул газа по криволинейной траектории вокруг оси вращения с ускорением и концентрацией их кинетической энергии под действием центробежных сил в направлении выхода устройства с одной из сторон по оси вращения и с препятствованием их выхода из устройства с другой стороны в направлении оси вращения и в направлении центробежной силы, средства ввода молекул газа в устройство вихреобразования , и средства приема разности потенциалов разнонаправленных потоков молекул газа.
12. Установка по п.1 1 , отличающаяся тем, что она содержит средство подачи сжатого газа, связанное со средствами ввода молекул газа в устройство, и средства рекуперации части энергии молекул газа.
13. Установка по п.12, отличающаяся тем, что средство подачи сжатого газа представляет собой компрессор низкого давления, устройство вихреобразования выполнено в виде вихревой камеры, имеющей корпус с кольцевой стенкой и двумя торцевыми стенки, средства ввода выполнены в виде патрубков, соединенных трубопроводами с выходом компрессора низкого давления и расположенных по меньшей мере с двух сторон кольцевой стенки по касательной линии к ней, средства рекуперации части энергии молекул газа содержат трубопровод, соединяющий периферийную часть вихревой камеры со входом компрессора, а средства приема разности потенциалов содержат электроды, установленные с возможностью снятия с них электрической энергии, причем одни электроды размещены в центральной части вихревой камеры, а другие электроды размещены по периметру вихревой камеры и соединены между собой шиной.
Description:
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ

Область техники

Изобретение относится к области получения энергии, в частности, механической и/или электрической энергии, и может быть использовано в энергетике, на транспорте и других отраслях промышленности, и в быту. Заявляемые способ и устройство функционируют не сжигая традиционных видов топлива, и производство электрической и механической энергии осуществляется без вредных выхлопных газов или вредных радиоактивных излучений. Предшествующий уровень техники

Хорошо известны различные способы получения электрической или механической энергии с использованием традиционного топлива и двигателей внутреннего сгорания. Бензин, газ, нефть, солярка, керосин, дрова, уголь, газовый конденсат, сжигаются в атмосфере воздуха. Основным недостатком этих способов и устройств для получения электрической (механической) энергии, является то, что они сжигают топливо и имеют низкий коэффициент полезного действия (КПД), а известные магнитные двигатели, как правило, маломощные (до 7 кВт), слишком тяжелые и постоянно теряют свою мощность с течением времени. В настоящее время созданы экологически чистые двигатели, работающие на воде в качестве "топлива". Это, в частности, гидравлический квантовый двигатель, раскрытый в патенте РФ N 2 2160840, и электрогидродвигатель, раскрытый в авторском свидетельстве СССР N 2 1796776. Сущность этих изобретений заключается в том, что в первом случае, в квантовый двигатель впрыскивается и далее взрывается вода, а во втором, в воде производится электрический разряд. В обоих способах, в камере, создается избыточное давление, которое передается на турбину, вращающую вал отбора мощности. Н а и более бл изок к зая вляе мому изоб рете н и ю указа н н ы й электрогидродвигатель по авторскому свидетельству СССР N 2 1796776. В этом изобретении, на статоре имеются тангенциальные разрядные камеры с цилиндрическими расточками, а ротор выполнен с уступами, выполненными на периферийной поверхности. В каждой камере размещена, по меньшей мере, одна пара электродов. Полости камер и расточки заполнены жидкостью.

Один из электродов выполнен неподвижным и установлен с возможностью вращения и периодического изменения межэлектродного расстояния. Подвижный электрод выполнен в виде стержней из электропроводящего материала, закрепленных на оси, установленной в статоре с возможностью вращения. Один из электродов выполнен вильчатым. Вал вспомогательного двигателя кинематически связан с осью подвижного электрода. По мнению автора, выполнение одного из электродов вильчатым позволяет увеличить мощность ударной волны. Ударные волны при работе двигателя, направляемые разрядными камерами в цилиндрическую расточку между ротором и статором вращают ротор и передается движение на вал отбора мощности. Недостатком данного устройства и способа получения энергии является наличие жидкости между статором и ротором, которая препятствует свободному вращению ротора. Возникающие силы трения между ротором и жидкостью снижают КПД такого двигателя. Кроме этого, в камерах, где происходит разряд электрического тока, начинают разрушаться стенки статора и проточки у ротора. Происходит электроэрозионное разрушение двигателя.

Известны также вихревые трубы Ранка, используемые для получения потоков холодного и горячего воздуха. В подобные, обычно открытые с обоих сторон трубы, воздух подается сбоку по спирали Архимеда под значительным давлением и закручивается в трубе. При этом молекулы двигаются под напором давления газа и в закрученном потоке не формируется устойчивого вихря, но образуются две области - периферийная с повышенной температурой и внутренняя с пониженной температурой. Горячий воздух выводят из одного конца трубы, а холодный с другого. Необходимость создания высокого давления ограничивает КПД подобных установок и, кроме того, их затруднительно использовать для получения механической или электрической энергии. Причем, хотя Жозеф Ранк запатентовал соответствующий способ и устройство еще в 1932 году (в частности, патент США 1 ,952,281 ) и они реализованы на практике, однако, до сих пор нет точного теоретического обоснования происходящих при этом процессов.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения, является способ и установка для получения энергии, имеющие высокий КПД и простую конструкцию.

Указанная задача достигается в способе получения энергии, в частности, механической и/или электрической энергии, посредством концентрации кинетической энергии молекул газа, в котором газ подают в устройство вихреобразования (образования устойчивого вихря), где молекулы газа направляют по криволинейной траектории вокруг оси вращения с ускорением под действием центробежных сил и с препятствованием их выхода из устройства в направлении центробежной силы (ограничивая радиус вращения) и по меньшей мере с одной из сторон в направлении оси вращения, при этом в периферийной относительно оси вращения области потока осуществляют концентрацию молекул газа и увеличение их кинетической энергии в направлении выхода из устройства (в направлении другой стороны относительно оси вращения под углом к центробежной силе) и далее отбирают указанные молекулы газа с концентрированной кинетической энергией и направляют их на средство приема кинетической энергии молекул газа.

Для дальнейшего повышения КПД возможно осуществление рекуперации части энергии молекул газа, а также придание дополнительного ускорения отобранным молекулам газа перед средством приема кинетической энергии молекул газа. В конкретном предпочтительном варианте осуществления изобретения поток газа подают в устройство вихреобразования, выполненное в виде кольцевой вихревой камеры, под низким давлением через тангенциально расположенные патрубки, причем направляют молекулы газа в периферийной области потока, примыкающий к кольцевой стенке камеры, с ускорением в направлении выхода из устройства под действием дополнительно напора вводимого потока газа и внутренних поверхностей кольцевой стенки вихревой камеры и одной из торцевых стенок, при этом рекуперацию осуществляют посредством отвода части газа из периферийной области потока на вход устройства, а указанный отбор молекул газа из периферийной области потока осуществляют через отверстия (каналы) в другой из торцевых стенок вихревой камеры и далее направляют их на средство приема кинетической энергии молекул газа, выполненное в виде лопаток турбины, посредством которой вырабатывают механическую энергию и далее, при желании, электрическую

энергию.

Наилучший эффект достигается, если молекулы газа направляют под прямым углом к лопаткам турбины, что позволяет обеспечить высокие обороты турбины. Посредством другого варианта способа по изобретению возможно получение электрической энергии без промежуточной стадии получения механической энергии. В этом способе газ подают в устройство вихреобразования, где молекулы газа направляют по криволинейной траектории вокруг оси вращения с ускорением под действием центробежных сил в направлении выхода из устройства и с препятствованием их выхода из устройства в направлении центробежной силы и по меньшей мере с одной из сторон в направлении оси вращения, при этом в устройстве вихреобразования создают вращающиеся в разные стороны потоки молекул газа, расположенные на разном расстоянии от оси вращения и используют их в качестве рабочего тела для создания разности потенциалов и вырабатывания электрической энергии.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также установка для осуществления описанного способа, которая в общем случае содержит устройство вихреобразования посредством направления молекул газа по криволинейной траектории вокруг оси вращения с ускорением под действием центробежных сил в направлении выхода устройства и с препятствованием их выхода из устройства в направлении центробежной силы и по меньшей мере с одной из сторон в направлении оси вращения, средства ввода молекул газа в устройство вихреобразования, средства отбора молекул газа с концентрированной кинетической энергией и средства приема кинетической энергии молекул газа.

В предпочтительном варианте осуществления установка содержит средство подачи сжатого газа, связанное со средствами ввода молекул газа в устройство, средства рекуперации части энергии молекул газа, и средства придания дополнительного ускорения отобранным молекулам газа.

В более конкретном конструктивном варианте средство подачи сжатого газа представляет собой компрессор низкого давления. Устройство вихреобразования выполнено в виде вихревой камеры, имеющей корпус с

кольцевой стенкой и двумя торцевыми стенками. Средства ввода выполнены в виде патрубков, соединенных трубопроводами с выходом компрессора низкого давления и расположенных по меньшей мере с двух сторон кольцевой стенки по касательной линии к ней. Средства отбора молекул газа и средства придания им дополнительного ускорения расположены на выходе устройства вихреобразования и выполнены в виде отверстий в одной из торцевых стенок (перегородке) вихревой камеры. Средства рекуперации части энергии молекул газа содержат трубопровод, соединяющий периферийную часть вихревой камеры со входом компрессора. Средства приема кинетической энергии молекул газа представляют собой лопатки турбины, за которой отработавший газ выводится например, через выхлопные окна или кольцевые проточки в корпусе турбины. В этом случае отверстия в торцевой стенке вихревой камеры выполняют со стороны ее периферийной части и могут иметь внутреннюю часть отверстия с уменьшенным диаметром по сравнению с входной частью отверстия. Отверстия могут выполняться цилиндрическими и под углом к поверхности стенки, так что входная часть отверстия имеет эллиптическую форму, или иметь изменяющийся размер поперечного сечения (например, в виде сопла). Эллиптическая форма входной части отверстий способствует захвату молекул газа. При этом предпочтительно, если отверстия и лопатки турбины расположены с возможностью направления молекул газа под прямым углом к лопаткам. Количество отверстий предпочтительно соответствует количеству лопаток турбины.

Для осуществления другого варианта способа предлагается установка для производства электрической энергии, содержащая устройство вихреобразования посредством направления молекул газа по криволинейной траектории вокруг оси вращения с ускорением под действием центробежных сил в направлении выхода устройства и с препятствованием их выхода из устройства в направлении центробежной силы и по меньшей мере с одной из сторон в направлении оси вращения, средства ввода молекул газа в устройство вихреобразования, и средства приема разности потенциалов разнонаправленных потоков молекул газа.

В предпочтительном варианте осуществления указанная установка выполняется аналогично описанной выше, но не имеет турбины, а через

отверстия в торцевой стенке на выходе устройства выпускается отработавший газ. При этом средства приема разности потенциалов (средства приема энергии молекул газа) содержат электроды, установленные с возможностью снятия с них электрической энергии, причем одни электроды размещены в центральной части вихревой камеры, а другие электроды размещены по периметру вихревой камеры и соединены между собой шиной.

Таким образом, описанное устройство вихреобразования, в частности, в виде камеры с тангенциальным вводом газового потока, применяется в настоящем изобретении для увеличения и концентрации кинетической энергии молекул газа посредством их закручивания по криволинейной траектории с приданием направленного движения и ускорения под действием центробежных сил, что позволяет получать механическую и/или электрическую энергию из молекулярного газового вихревого потока. При этом возможно увеличение скорости направленного движения молекул газа более 500 м/с, а газовый поток может быть рабочим телом установки для производства механической и/или электрической энергии, который предварительно закручивается перед преобразованием энергии молекул в другой видэнергии, в частности, механическую или электрическую энергию.

Возможность получения энергии от молекул газа (воздуха) закрученных с ускорением в вихревой поток была открыта автором при попытке понять природу и причину огромной энергии таких природных вихрей, как смерчи и торнадо. При проведении соответствующих экспериментов на различных опытных установках было неожиданно установлено, что при подаче в кольцевую вихревую камеру сжатого воздуха под небольшим давлением посредством тангенциальных вводов для закручивания потока воздуха в свободном пространстве вихревой камеры, достигается вихревое движение воздуха по кольцу внутри камеры со значительным разгоном молекул воздуха в периферийной области потока и увеличением и концентрацией их кинетической энергии, которая может быть, например, преобразована в механическую энергию посредством направления разогнанных молекул воздуха на лопатки турбины. При этом возможно достижение необычайно высоких КПД устройства для получения энергии. Данные соответствующих экспериментов приведены ниже.

Описанный выше процесс приводится здесь только в общих чертах для понимания сущности изобретения, и несмотря на кажущуюся простоту, на самом деле, является очень сложным и в настоящее время до конца не изученным. Предположительно при закручивании молекул газа по криволинейной траектории их движение становится менее хаотичным, причем под действием центробежных сил, начинается ускорение движения молекул в направлении закрутки вихря, что приводит к увеличению центробежных сил и дальнейшему ускорению движения молекул (своего рода цепная реакция: ускорение - увеличение центробежной силы - увеличение ускорения - еще большее увеличение центробежной силы и т.д.). В описанной ниже опытной установке дополнительному направлению результирующего вектора перемещения молекул и концентрации кинетической энергии молекул в одной точке способствует подпор от вводимого потока воздуха, кольцевая стенка и одна из торцевых стенок вихревой камеры (ограничение степеней свободы с трех сторон). При этом ускорение молекул происходит в направлении, оставленном свободным для расширения. Возможно, что дополнительное ускорение молекул в направлении расширения газа (выхода из устройства) обусловлено также действием электрических сил отталкивания, возникающими при сближении (увеличении концентрации) молекул под действием центробежной силы в периферийной области потока, и по величине сопоставимо с ускорением, сообщаемым центробежной силой. При этом поскольку центробежная сила больше сил, действующих между молекулами, достигается упорядочение движения молекул с направлением их вдоль определенного вектора и разгоном, что заменяет высокое давление, используемое в известных установках для получения энергии, например, обычных газовых турбинах, и позволяет преобразовывать энергию молекул в поступательное движение потока. Причем, если в обычных газовых турбинах молекулы газа под высоким давлением ударяют в лопатку турбины под углом около 30°, то в данном изобретении возможно направлять молекулы к лопатке под углами более 30° и обеспечивать более оптимальный диапазон углов, например, от 60° до 120°, но наиболее эффективным будут углы около 90°. Вихрь ускоряет молекулы в десятки раз, разгоняя их до огромных скоростей (возможно до миллионов оборотов в минуту), чего не достигается в обычных

газовых турбинах (турбинных двигателях). При этом в отличии от обычных турбин, где давление и плотность газа в основном равномерно распределяется в корпусе турбины, большая часть молекул в вихревой камере прижимается к ее стенкам, где возможно увеличение их концентрации в десятки тысяч раз с соответствующим увеличением и концентрацией их кинетической энергии.

При осуществлении способа среда внутри камеры не однородна, как по температуре, давлению и плотности (растут с удалением от оси вращения), так и по направлению движения. Разгоняющийся поток с указанной концентрированной кинетической энергией молекул отбрасывается к кольцевой стенке камеры и движется по кругу вдоль стенки в виде кольцевого потока с повышенным давлением и температурой (что дополнительно увеличивает кинетическую энергию молекул и их скорость), при этом в центре возможно понижение давления вплоть до вакуума, а также понижение температуры. Эти процессы позволяют, с одной стороны, преобразовывать энергию молекул кольцевого потока у стенки камеры в механическую при направлении их, например, на лопатки турбины, с другой стороны, разнонаправленные вихревые движения внутри камеры позволяют напрямую получать электрическую энергию, какэто будет более подробно описано ниже. Подобного эффекта не достигается ни в одной из известных установок получения или преобразования энергии, в которых используется закручивание потока. В частности, в центробежных вентиляторах и компрессорах не происходит свободного разгона молекул воздуха под действие центробежной силы, поскольку их перемещение и скорость ограничена лопатками ротора. В случае жидкости указанный разгон вообще не возможен.

Важным фактором является состояние воздуха, предпочтительно, если его подают на лопатки турбины с влажностью от 20% до 95%.

Следует отметить, что хотя вариант с вихревой камерой является предпочтительным и наиболее простым, для реализации способа принципиально именно осуществление закрутки молекул газа по криволинейной (спиральной) траектории с приданием им направленного движения и ускорения под действием центробежных сил, что очевидно может быть выполнено совершено различными способами. В частности,

принципиально возможна закрутка газового потока вокруг стержня с направлением молекул газа не за счет внутренней поверхности кольцевой стенки, а посредством каких-то других сил (например, электромагнитных).

В качестве газа в предпочтительном варианте используется воздух, но возможно использование и других газов или их смесей, например, подаваемых из соответствующего резервуара сжатого газа.

Входные патрубки могут выполняться в виде средств предварительного (начального) ускорения молекул газа, например, в форме сопел Лаваля.

Очевидно, что начальная закрутка потока может производиться не только тангенциальными вводами, но и другими средствами. Например, тангенциальные вводы могут быть заменены на вентилятор, установленный вместо глухой торцевой стенки камеры.

Для увеличения компактности и уменьшения материалоемкости описанные вихревые камера и турбина могут быть выполнены в одном корпусе турбинного двигателя (турбине). В этом случае роль торцевой стенки играет перегородка, отделяющая ротор турбины с лопатками от вихревой камеры (где происходит предварительная закрутка и разгон молекул газового потока) и имеющая направляющие отверстия, через которые отбирают разогнанные в вихревом потоке молекулы газа и направляют на лопатки турбины. На роторе турбины могут быть выполнены короткие лопатки, которые расположены под углом к потоку воздуха. Однако, возможен вариант турбины и без перегородки, но с вихревой камерой, имеющей диаметр не менее диаметра турбины.

Кольцевой тип вихревой камеры с одинаковым диаметром вдоль оси вращения представляется наиболее предпочтительным для турбинного двигателя, но для других случаев возможны и другие варианты ее выполнения, например, в виде конуса сужающегося к выходу устройства, что обеспечит дополнительное ускорение молекул газа (однако в случае использования турбины в таком исполнении уменьшается плечо воздействия усилия молекул на лопатки, что уменьшает эффективность). Размер (диаметр) камеры может меняться в очень широком диапазоне, главное здесь - обеспечение формирования устойчивого вихря.

Лопатки турбины в верхней части могут иметь специальные закругления

для удержания вихревого потока, но возможно использование и обычных лопаток турбины.

Воздух после совершения работы в данном двигателе не изменяет своего физико-химического состояния и годен для дыхания. Соответственно, предлагаемый способ является экологически чистым и существенно отличается от сжигания топлива и других подобных способов получения энергии. Кроме этого, наряду с повышением КПД и упрощением конструкции, можно отметить такие дополнительные положительные эффекты изобретения, как возможность уменьшения массы и габаритов устройства, получения различного диапазона выходной мощности, вплоть до очень высокой.

Краткое описание фигур чертежей

На фиг. 1 представлена схема продольного разреза турбины. На фиг.2 представлен поперечный разрез турбины. На фиг.З представлена схема получения электрической энергии с использованием вихревой турбины, работающей на воздухе.

На фиг.4 показана вихревая камера с электродами для производства электрической энергии.

Варианты осуществления изобретения

На фиг. 1 в качестве примера приведен предпочтительный вариант осуществления способа и устройства для получения механической энергии из предварительно закрученного вихревого газового потока. В этом варианте устройство представляет собой вихревую турбину, имеющую вихревую камеру 1 , отделенную перегородкой 2 от полости турбины, имеющей ротор с лопатками 3 и корпус (статор) 4. В перегородке со стороны периферийной области выполнены сквозные отверстия 5. Корпус 4 закрыт с другой стороны от перегородки 2 боковой крышкой 6. В крышке 6 выполнены выхлопные окна 7 для отвода отработавшего воздуха. К крышке 6 прикреплен стакан 8, в котором размещены подшипники 9, служащие опорой для выходного вала 10 турбины. На фиг. 2 показан поперечный разрез данной турбины. С одной (нижней) стороны корпуса вихревой камеры расположен первый входной тангенциальный патрубок 1 1. Далее можно видеть отверстия 5 в перегородке 2 (в качестве примера показано только четыре). За перегородкой расположен

диск 12 ротора с лопатками (показаны пунктирными линиями). С другой (верхней) стороны корпуса вихревой камеры расположен второй входной тангенциальный патрубок 13. Корпус турбины установлен и закреплен на раме 14. Лопатки могут иметь загнутые концевые части для удержания торовых вихрей образующихся на лопатках, что увеличивает эффективность турбины.

Турбина работает следующим образом. Воздух (газ) поступает одновременно в оба патрубка 1 1 и 13 (фиг. 2) и создает вихревой поток в камере 1 , а также давление на лопатки 3 турбины. При этом на начальной стадии осуществляют накачку воздуха в камеру с увеличением массы воздуха в камере. Обычно, давление воздуха для такой турбины колеблется в пределах

0,9 атм (90 кПа). Испытания показали, что при давлении на входе в турбину

0,01 атм (1 кПа), она развивает 964 об/мин, а при давлении 0,09 атм (9 кПа) - более 10000 об/мин. Это происходит в результате воздействия с ускорением вихря на лопатки турбины одновременно через все отверстия 5 перегородки 2. Воздушные потоки сопровождают вращающуюся турбину и создают дополнительный крутящий момент. Высокая скорость движения молекул воздуха (более 500 м/с) может обеспечить и более высокие обороты турбины (более 100 000 об/мин). В обычных газотурбинных двигателях, работающих на керосине, создают давление в камерах сгорания от 6-20 атм (600-2000 кПа). Паровые турбины работают при давлениях до 200 атм (20000 кПа). Однако, КПД у них не более 34% при производстве электрической энергии.

Испытания предлагаемого способа и устройства показали, что КПД данной турбины составляет не менее 70% при производстве электрической энергии.

На фиг. 3 показана схема получения электрической энергии с использованием вихревой камеры турбины, работающей на воздухе. Установка содержит в качестве средства подачи сжатого газа турбокомпрессор 15 низкого давления, блок 16 с вихревой камерой и турбиной, редуктор 17 и электрогенератор 18.

Воздух, через заборное устройство, поступает в турбокомпрессор 15, затем подается в вихревую камеру блока 16 и через отверстия в перегородке

поступает на лопатки турбины.

Турбина вращает редуктор 17 с электрогенератором 18. Пройдя через турбину воздух направляется через выпускные отверстия на выхлоп.

Часть электрической энергии от электрогенератора 18, до 30%, подается на электрический двигатель турбокомпрессора 15, при этом 70% электрической энергии идет потребителю.

Заявляемый способ и устройство, позволяют производить электрическую и механическую энергию простым и экологически чистым способом без сжигания традиционного топлива. На фиг.4 показана вихревая камера установки для производства электрической энергии непосредственно из вихревого потока газа без промежуточной стадии получения механической энергии, посредством образования устойчивого вихревого потока с концентрацией молекул газа и их кинетической энергии и разделения потока на периферийную и центральную области, вращающиеся в разные стороны. Данная вихревая камера также снабжена входными патрубками 1 1 и 13 для подачи воздуха, расположенными тангенциально. На кольцевой стенке вихревой камеры размещены электроды 19 и шина 20, предпочтительно выполненные из меди. В центре вихревой камеры расположены электроды 21 и шина 22. Между смежными электродами и между электродами и корпусом камеры размещен подходящий диэлектрический материал 23.

При подаче в отверстия патрубков 1 1 и 13 сжатого воздуха, внутри вихревой камеры образуется вихревой поток, состоящий из молекул воздуха, двигающихся со скоростью не менее 500 м/с. Поток воздуха вращается с ускорением, пересекая медные электроды. Одновременно в центральной части камеры образуется противоток молекул воздуха, который создает разность потенциалов на электродах 19 и электродах 21. Снимая разность потенциалов с электродов 19 и 21 можно получить постоянный электрический ток высокого напряжения и с использованием известных устройств - инверторов, преобразовать его в переменный ток.

Пример 1.

Изготовлена турбина, состоящая из ротора и статора диметром 60 мм.

Испытания проводились на стенде со стробоскопическим тахометром и

манометром с ценой деления 0,01 атм.

При подаче на входы давления 0,01 атм турбина развивала 964 об/мин. При таком давлении пневматическая турбина обычной конструкции диаметром 60 мм не вращается. Пример 2.

В эту же турбину подавали давление воздуха на входе 0,09 атм. Число оборотов ротора турбины составляло свыше 10000 об/мин. С таким же давлением обычная турбина диаметром 60 мм почти не вращается. В таблице 1 приводятся данные испытаний указанной турбины при различных режимах работы.

Таблица 1

Пример 3.

Изготовлена турбина диметром 320 мм с прямыми лопатками высотой 20 мм. Отверстия в перегородке диаметром 4 мм. Предполагаемая мощность турбины - 200 кВт. Испытания на стенде показали, что при давлении воздуха на входе 0,4 атм число оборотов (п) турбины составило 12400 об/мин с крутящим моментом (Мкр.) 195 Н -м. Следовательно фактическая мощность (Ne) турбины составляет:

Ne = (Mкp. -n)/9554 = ( 195-12400)/9554 = 253 кВт

Для получения давления воздуха 0,4 атм и необходимого расхода было затрачено мощности 33 кВт. Пример 4. Для сравнительныхиспытаний был использован газотурбинный двигатель вертолета MИ-2, по диаметру близкий к испытываемой турбине.

Подавая воздух в заборник с давлением 0,4 атм (40 кПа) и аналогичным расходом не было достигнуто вращение турбины даже без нагрузки.

Установив на этот двигатель вихревую камеру получили 5 кВт-ч электрической энергии при давлении на входе 0,07 атм (7 кПа) затраты энергии составили 0,456 кВт-ч

Полученные результаты свидетельствуют, что вихревой способ получения электрической и механической энергии позволяет производить больше полезной работы. Кроме того, возможна рекуперация воздушного потока на компрессор, что еще более значительно повысит КПД работы турбины. Возможно размещение турбины и электрогенератора на одном валу с использованием магнитных, электромагнитных или воздушных опор, что дополнительно повысит КПД примерно на 5% и увеличит долговечность турбины. Для повышения момента инерции возможно размещение маховика в вакуумной камере, что также улучшит работу турбины в авторотации.

Использование на практике заявляемых способа и устройства позволит снизить затраты на топливо и улучшит экологическую обстановку окружающей среды.