использования энергии природы

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно касается систем, использующих экологически чистые источники энергии для выработки электрической энергии и может быть использовано для создания систем, которые преобразуют энергию сжатого воздуха в электрическую энергию и применения их для питания систем или узлов, или комплексов, или устройств с применением на транспортных средствах, в полевых условиях, в быту, в промышленности и другом.

С необходимостью использования возрастающих объемов электрической энергии осуществляется поиск источников получения дешевой электрической энергии. Известны системы, использующие исчерпаемые источники энергии, например, такие как полезные ископаемые, которые являются затратными, загрязняют окружающую среду и приводят к истощению природных источников, получения дорогостоящей электрической энергии, и такие, которые используют неисчерпаемые источники энергии, например энергию ветра, волн, солнца, которые также имеют много недостатков.

Из уровня техники известна электростанция для кемпингового трейлера (патент US 4.229.661, МГЖ Н02К 7/18, F03D 9/02, 21.10.1980), в которой используют энергию ветра и которая включает:

(А) первое вращающееся средство, реагирующее на движение текучей среды;

(Б) первый компрессор текучей среды, приводимый в действие первым вращающимся средством;

(C) первое средство для соединения первого вращающегося средства с первым компрессором текучей среды;

(D) первый генератор электрической энергии, который приводится в действие первым вращающимся средством; второе средство для соединения первого вращ £щ^^л ⁰ £ сдства с первым генератором;

(F) средство для накопления электрической энергии, генерируемой первым генератором;

(G) второе вращающееся средство, которое реагирует на указанную накопленную энергию;

(H) второй компрессор для текучей среды, приводимый в действие вторым вращающимся средством;

(I) средство для хранения сжатой текучей среды;

(J) средство для подачи текучей среды для соединения выходов первого и второго компрессоров для текучей среды со средством для хранения;

(K) средство, которое реагирует на давление текучей среды в средстве для хранения, для управления работой первого и второго компрессоров текучей среды;

(L) третье вращающееся средство, которое реагирует на расширение сжатой текучей среды;

(M) средство для соединения средства для хранения с третьим вращающимся средством;

(N) второй генератор электрической энергии, который приводится в действие третьим вращающимся средством; а также

(O) средство для соединения третьего вращающегося средства со вторым генератором электрической энергии.

К недостаткам известного аналога следует отнести следующее.

С использованием известного аналога невозможно обеспечить стабильность работы электростанции, исключение перебоев в работе, которые связаны с зависимостью от ветра.

Также недостатком известной электростанции является ограниченная функциональность ее конструкции, обусловленная возможностью ее использования исключительно для преобразования энергии ветра. ^W недостатками известного решения также ^{19/ (} i ⁽ ] S2rCHoCTb конструкции с наличием многих составляющих, сложность изготовления, установки и эксплуатации, низкая надежность и высокая стоимость.

При этом для обеспечения большой мощности нужно выполнять

5 элементы с большими габаритами, что также затрудняет изготовление электростанции, эксплуатацию и повышает стоимость.

Из уровня техники также известна генераторная установка (патент RU 2247460 С2, МПК Н02К 7/18, F03B 13/00, опубликован 27.02.2005 г., бюл. No 6), что содержит раму, на которой закреплены энергетическая установка, ш генератор электрического тока, механически связанный с энергетической установкой, пульт управления генераторной установкой, контролирующий давление внутри корпуса пневмостатического двигателя, электрически связанный с выходом генератора электрического тока, воздушный насос, пневматически связанный с энергетической установкой. Энергетическая

15 установка выполнена в форме пневмостатического двигателя, который содержит герметичный корпус с впускным, выпускным и предохранительным клапанами, закрытый крышкой, внутри которого на подшипниках корпуса и крышки установлен вертикальный ротор в форме пустотелого вертикального вала с верхними и нижними сквозными пазами, внутрь которого вставлен

20 внутренний вал, а к пустотелому вертикальному валу с помощью П-образных рам прикреплены два силовых блока, одинаковых по конструкции, установленных параллельно друг другу по разные стороны пустотелого вертикального вала и развернутые друг относительно друга на 180° в горизонтальной плоскости, каждый из которых содержит несколько

25 одинаковых элементов, закрепленных в П-образной раме симметрично один над другим, верхняя и нижняя стороны которых перпендикулярны пустотелому вертикальном валу, и разделенных между собой прокладками, меньшими по размеру, чем сами элементы, причем каждый элемент, количество которых не ограничено, представляет собой плиту из легкого и прочного металла,

30 выполненную в форме ромба, продольной осью которого является наибольшая диа WгоOн 2а0л20ь/,16 к28о6т2орые в обоих силовых блоках параллельны PC дTр/UуAг20 д1р9у/0г0у00,5 п7ричем на двух передних торцевых сторонах каждого из ромбов выполнены сквозные передние каналы прямоугольного или круглого сечения, противоположные стенки каждой пары сквозных передних каналов, расположенных на одной линии параллельной наименьшей диагонали ромба, по площади равны друг другу, при этом выходные отверстия сквозных передних каналов одной передней торцевой стороны открываются на верхнюю сторону ромба, а сквозные передние каналы другой торцевой стороны ромба открываются на нижнюю сторону ромба, кроме того, на двух задних торцевых сторонах ромба выполнены глухие задние Г-образные каналы прямоугольного или круглого сечения, продольная ось каждого из которых перпендикулярна наибольшей диагонали ромба, причем каждая пара глухих задних Г-образных каналов, находящихся на одной линии, параллельной меньшей диагонали ромба, соосны и повернуты друг к другу своими торцевыми стенками, а любая из стенок одного глухого заднего Г -образного канала равна по площади такой же стенке любого другого упомянутого канала, кроме того, сквозные передние каналы каждого элемента закрыты передними крышками, которые связаны между собой балкой, соединенной с продольным валом, установленным в направляющей, закрепленной на верхнем элементе, а глухие задние Г-образные каналы закрыты задними крышками, связанными между собой балкой, соединенной с продольным валом, установленным в направляющей, закрепленной на верхнем элементе, причём оба продольных вала взаимодействуют с кулачком, выполненным заодно с поперечным валом, установленным в подшипнике, который закреплен на П-образной раме и кинематически связан с внутренним валом, который через прорезь в пустотелом вертикальном валу соединен с колесом, установленным на последнем с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и имеет желоб, в который вставлена вилка рычага, закрепленного на стойке, прикрученной к корпусу пневмостатического двигателя, на крышке которого закреплен генератор электрического тока, а на корпусе последнего установлен возоудитель^причем один конец вала генератора электричК 1 и ²⁽ ^а ⁽ ^1;динен с валом пневмостатического двигателя, а второй конец вала соединен с валом возбудителя, выход которого электрически связан с обмотками возбуждения генератора электрического тока, выход которого подключен к пульту управления генераторной установкой, контролирующего давление внутри корпуса пневмостатического двигателя, причем последний пневматически через впускной клапан соединен с воздушным насосом и баллоном сжатого воздуха.

Недостатками известной генераторной установки является низкий КПД за счет конструктивных особенностей с большим количеством составляющих и высокой энергоемкостью системы, сложность конструкции и изготовления ее составляющих, сложность запуска, необходимость наличия и применения баллонов со сжатым предварительно воздухом, что затрудняет и удорожает известную систему, делает ненадежной с ограничением ее работы, наличием и необходимостью постоянной замены баллонов с затраченным содержимым, что не обеспечивает стабильную непрерывную работу установки, повышенная взрыво- и пожароопасность, высокая стоимость эксплуатации. При этом система может иметь перебои в работе и нестабильные показатели.

Система содержит большое количество связанных между собой энергетически емких составляющих, сложных в изготовлении и эксплуатации, что усложняет и удорожает систему, значительно снижает выходную мощность.

Из уровня техники известна миниэлектростанция, которая использована в способе преобразования энергии сопротивления окружающей природной среды объекту, движущемуся в ней, в электрическую энергию и его использование (заявка на изобретение RU 2003100819, МПК Н02К 7/18, B06L 8/00, В60К 16/00, опубликована 27.08.2004), в котором носителем преобразуемой энергии является реактивная динамическая водная (воздушная) масса, которая получила свое качество как реакция скоростного (динамического) воздействия движущегося объекта на окружающую в ближайшем его пространстве пр иро д н ² у ю ^* среду и, в результате чего сама сопротивляется^ии ени'Зи'ииьекта с энергией своего скоростного (динамического) воздействия, часть которой поступает в мобильную миниэлектростанцию, которая состоит из реактивно- динамической турбины и генератора электрического тока, размещенных в камере (корпусе на поверхности) движущегося объекта, что в совокупности представляет собой единый мобильный комплекс. Часть реактивной динамической массы окружающей среды, которая оказывает сопротивление мобильному комплексу, который движется в ней, поступает в приемно- направляющую систему реактивно-динамической турбины, состоящий из приемника реактивной динамической массы и приемно-направляющих воронок с конусностью в их приемной части не более 30°, где происходит аккумулирование этой массы, кратное увеличение ее скорости и скоростного (динамического) напора, с энергией которого воздействует на лопасти крыльчаток, установленных на своей оси, приводит их во вращение одновременно с ротором генератора, который вырабатывает электрическую энергию и, будучи отработанной, удаляется через полую часть камеры (корпуса) мобильной миниэлектростанции.

К недостаткам использованной в известном способе миниэлектростанции следует отнести следующее.

Предложенная конструкция использует как носитель преобразуемой энергии реактивную динамическую водную или воздушную массу, которая получила свое качество как реакция скоростного (динамического) воздействия движущегося объекта на окружающую среду, что ограничивает ее использование, не обеспечивает стабильность работы конструкции и ее непрерывность, делает миниэлектростанцию дорогостоящей в использовании, затратной, зависимой от реакции скоростного (динамического) воздействия движущегося объекта на окружающую среду и наличия реактивной динамической водной или воздушной массы, с обусловленной сложной конструкцией известного решения, что приводит к снижению функциональности, нестабильной работе, получе^и ^иА20 ис ^® 1 ^иЛьных показателей и удорожанию получаемой электрической энергии.

Из уровня техники также известно устройство для выработки электрической энергии, содержащее многолопастный вертикально-осевой ротор с крыльчатыми профилями лопастей, вращаемый потоком воздуха и соединенный с ротором генератора, вырабатывающим электрический ток, который отличается тем, что дополнительно содержит направляющее тепловое сопло для создания искусственного потока воздуха, выполненное из двух труб, установленных концентрично и с возможностью образования кольцевого зазора, который является каналом потока воздуха, к которому подведены тепловые агрегаты через воздухонагреватель, имеющий канал направляющего теплового сопла.

Недостатком данной конструкции является то, что для ее работы необходим подогрев воздуха для создания искусственного ветра, что делает известное устройство сложным конструктивно и в использовании, энергетически затратным и зависимым от источника тепла, а также не экологичным, поскольку для подогрева воздуха в известной конструкции используют сжигаемое топливо.

Ближайшим аналогом выбрана турбогенераторная система, которая содержит турбогенератор, движимый сжатым воздухом и магнитным двигателем (заявка WO 2012/173757 АЗ, МПК FA03D 9/02, FA01D 15/10, FA02C 1/02, Н02К 7/02, Н02К 7/09, Н02К 21/14, Н02К 7/18, опуб. 20.12.2012), в которой узел турбины, который может быть частью узла турбогенератора, включает узел маховика турбины и магнитный двигатель внутри корпуса турбины. Узел маховика турбины содержит маховик турбины, соединенный с возможностью вращения с валом, узлы лопастей турбины, установленные на нем, и узел ротора магнитного двигателя, соединенный с валом. Узел ротора магнитного двигателя содержит постоянные магниты ротора, расположенные в виде кольца вокруг вала. Один и тот же полюс каждого включает в себя постоянный магнит ротора, обращенный наружу от вала. Узел статора маг WнOит 2н02о0г/1о628 д6в2игателя содержит узлы магнита статора, P кCаTж/UдAы20й19/000057

ал которых содержит электромагнит статора и постоянный магнит статора, расположенные в кольце вокруг узла ротора магнитного двигателя для создания силы отталкивания на ближайший ротор постоянного магнита. Выборочно управляемые форсунки впрыскивают сжатый воздух на лопасти турбины. Электромагнитный контроллер индивидуально и избирательно активирует, деактивирует и переключает полярность электромагнитов статора.

Турбогенераторная система включает в себя источник питания, соединенный с компрессором. Источником энергии может быть солнечная панель, ветряная турбина, двигатель Стерлинга, теплообменник или любая другая система или устройство для преобразования возобновляемой энергии в механическую энергию для привода компрессора. Соответственно, возобновляемой энергией может быть солнечная энергия, ветер, природные перепады температур, энергия, произведенная из биомассы или биотоплива и т.п. Сжатый воздух, выходящий из компрессора, хранится в одном или нескольких резервуарах под давлением, соединенных с ним. Турбинный узел соединен с одним или несколькими резервуарами под давлением через одно или несколько сопел.

К недостаткам ближайшего аналога следует отнести следующее.

Из-за сложности конструктивного решения возникает необходимость наличия сложной системы управления, а это в свою очередь затрудняет известную установку, повышает стоимость, снижает надежность данной установки при эксплуатации.

Для питания составляющих системы используют солнечную панель или ветряную турбину, или двигатель Стерлинга, или теплообменник, или любую другую систему или устройство для преобразования возобновляемой энергии в механическую энергию, что делает известную систему зависимой от источников энергии природы и ограничивает сферу применения, условия и места установки и использования. ^W используемое для питания известной системь^^ у т ийих и для преобразования возобновляемой энергии обычно имеет сложную конструкцию, высокую стоимость, в вариантах исполнения большие габариты, что усложняет известную систему, снижает технологичность и надежность, а также повышает стоимость. К тому же при использовании зависимых от источников возобновляемой энергии турбогенераторных систем не обеспечивается непрерывность и стабильность их работы, стабильность показателей и получения дешевой электрической энергии.

Система имеет сложную конструкцию генератора, включая дополнительно магнитный двигатель, интегрированный в корпус турбины, что также снижает технологичность, надежность системы с увеличением ее составляющих, и усложняет процесс ее изготовления.

Также не обеспечивается высокий КПД за счет высокой энергоемкости известной системы, которая имеет много составляющих, требующих питания, в том числе сложный модуль управления и устройство для преобразования возобновляемой энергии в механическую.

Известная система имеет сложную конструкцию, сложна в эксплуатации и обслуживании, имеет ограниченную сферу применения и высокую себестоимость, а также не обеспечивает получение дешевой электрической энергии.

При этом не обеспечивается возможность питания всех составляющих известной системы после ее запуска за счет производимой ею электроэнергии, непрерывность работы системы и получение высоких стабильных показателей.

В основу изобретения поставлена задача разработать надежную и эффективную систему для генерации «зеленой» электрической энергии без использования энергии природы, конструктивные особенности которой обеспечили бы возможность выработки дешевой электрической энергии со стабильными показателями, с самообеспечением питания составляющих системы, с возможностью непрерывной работы, расширением сферы применения, независимостью от места установки и использования без нес лидими Й учета природных явлений, габаритов и т. ?, ^т й ¹ ^1и ⁾ _< 25 ⁵ ^ы при этом характеризовалась повышенным КПД, простотой конструкции и технологии изготовления, а также легкостью эксплуатации и технического обслуживания.

5 Поставленная задача достигается тем, что система для генерации «зеленой» электрической энергии без использования энергии природы, которая включает электрический генератор, связанный с турбиной, согласно предложению , включает электрический двигатель, механически связанный с турбокомпрессором, по меньшей мере один выходной канал подачи воздуха ш которого выполнен с возможностью подачи сжатого воздуха на лопатку турбины.

Также согласно предложению , система для генерации «зеленой» электрической энергии без использования энергии природы выполнена с возможностью питания произведенной ею электрической энергией

15 электрического двигателя после запуска системы и выхода на рабочий режим.

Также согласно предложению, электрический двигатель связан с аккумулятором, связанным с модулем управления, который связан с электрическим генератором и электрическим двигателем.

Также согласно предложению, по меньшей мере один выходной канал

20 подачи воздуха подведен выходным отверстием к турбине в ее нижней части.

Также согласно предложению, по меньшей мере один выходной канал подачи воздуха подведен входным отверстием к турбине в ее нижней части, а выполненное со стороны турбокомпрессора выходное отверстие находится на уровне входного отверстия.

25 Также согласно предложению, электрический двигатель соединен с аккумулятором.

Также согласно предложению , электрический генератор выполнен как генератор на постоянных магнитах, выполненных из сплава с высокой степенью намагничивания.

30 Также согласно предложению, турбина выполнена в отдельном корпусе. ^WO 1 акже ²⁸⁶ с-огл _< зснб» предложению , рабочее колесс? ^СТ ^ и ⁰ 0лЖ? ссора выполнено из прочного термоупрочняемого сплава алюминия, такого как сплав алюминия с магнием и медью.

Также согласно предложению , турбокомпрессор расположен вертикально с расположением соответственно вертикально центральной продольной оси.

Также согласно предложению, турбокомпрессор расположен вертикально с возможностью подачи сжатого воздуха на лопатку турбины в ее нижней части.

Также согласно предложению, система выполнена с обеспечением необходимой скорости вращения турбины.

Также согласно предложению, электрический двигатель выполнен как двигатель постоянного тока.

Также согласно предложению, электрический генератор связан с турбиной через трансмиссионный вал.

Также согласно предложению, система для генерации «зеленой» электрической энергии без использования энергии природы содержит модуль управления, связанный по меньшей мере с электрическим двигателем.

Перечисленные признаки предложенного технического решения являются существенными признаками изобретения, которое заявляется, а их совокупность позволяет получить ожидаемый технический результат - самообеспечение после запуска системы питанием составляющих системы с получением повышенного КПД и повышенной мощности системы, обеспечения стабильности работы системы и стабильных показателей, возможности автономной работы с одновременным упрощением конструкции, повышением технологичности, надежности, снижением себестоимости системы и стоимости получаемой электрической энергии. При этом обеспечивается экологичность системы, исключение зависимости работы от возобновляемых и не возобновляемых источников энергии, возможность использования независимо от условий и места расположения системы с расширением сферы применения, с возможностью выполнения системы мобильной. ^WO 1 ² акже ²⁸ ооеспечивается возможность выполнения 5а1в сиАии ⁰⁰⁰ ^иСтемы очень компактной с небольшими габаритами, что значительно расширяет спектр возможностей ее использования.

Причинно-следственная связь существенных признаков предложенного решения с техническим результатом, который достигается, заключается в следующем.

Благодаря тому, что заявленная система в совокупности признаков включает электрический двигатель, механически связанный с турбокомпрессором, а по меньшей мере один выходной канал подачи воздуха турбокомпрессора выполнен с возможностью подачи сжатого воздуха на лопатку турбины, обеспечивается непрерывная подача на турбину, связанную с электрическим генератором, непрерывно создаваемого системой сжатого воздуха. При этом электрический двигатель, который при запуске питается от аккумулятора, приводит в действие турбокомпрессор и служит для запуска системы. С турбокомпрессора сжатый воздух подается на лопатку турбины через по меньшей мере один выходной канал подачи воздуха, что приводит турбину, связанную с ротором электрического генератора, во вращение, которая приводит во вращение ротор электрического генератора с получением электрической энергии, в дальнейшем питает электрический двигатель, который приводит в действие турбокомпрессор. При этом заявленное новое конструктивное решение и новая взаимосвязь составляющих системы обеспечивает возможность работы системы в рабочем режиме без использования электрической энергии из посторонних первичных или вторичных источников для обеспечения питания составляющих системы, а также возможность выработки электрической энергии для обеспечения питания других систем, устройств и другого с получением электрической энергии пониженной стоимости, с повышением КПД и мощности системы. Конструкция и управление системой являются простыми, система не требует дополнительных энергетических потерь, поскольку не содержит баллонов со сжа WтOым 202 в0/о16з2д8у6х2 ом, не требует сложной„ системы управле PнCиTя/U,A и201 у9с/0л0о00ж57ненной конструкции генератора, которые использует ближайший аналог.

Заявленная система (установка), которая предназначена для производства электрической энергии, использует среду, в которой находиться - окружающий воздух. Заявленная система превращает в рабочее тело окружающий воздух, при этом воздух подвергается только процессу сжатия. В результате на выходе из системы получают воздух, как и на входе, что обеспечивает независимость работы системы от источников получения энергии, места установки и времени работы системы, повышение КПД системы, обеспечение стабильности работы системы и стабильных показателей с одновременным упрощением конструкции, повышением технологичности, надежности, снижением себестоимости системы и стоимости получаемой электрической энергии. При этом обеспечивается экологичность системы, исключение зависимости работы от возобновляемых и не возобновляемых источников энергии, возможность использования независимо от условий и места расположения системы с расширением сферы применения, с возможностью выполнения системы мобильной, компактной с небольшими габаритами, что значительно расширяет спектр возможностей ее использования.

При этом заявленная система для генерации «зеленой» электроэнергии основана на том, что при центробежном ускорении, прилагаемом к среде, где частицы находятся в состоянии броуновского движения, с повышением скорости расстояния между частицами уменьшаются, что приводит к сжатию среды. При падении струи сжатой среды на неподвижную лопатку турбины скорость частиц резко падает, среда расширяется, что приводит к выделению большого количества кинетической энергии. Таким образом, построение заявленной системы на базе турбокомпрессора обеспечивает получение большого количества кинетической энергии без необходимости многоступенчатого сжатия и накопления сжатого воздуха, что обеспечивает в совокупности признаков получение повышенного КПД и повышенной мощности системы. заявленная система не использует никаких не возооновляемых источников энергии или предварительно сжатого и помещенного в баллоны воздуха. При этом даже энергия аккумулятора, которую используют при запуске системы, возобновляется за счет энергии, производимой заявленной системой. Итак, конструкция и схема работы заявленной системы, которые обеспечиваются совокупностью признаков, делает возможным использование данной системы практически неограниченными во времени. Предложенная конструкция не создает ограничений относительно мест установки и использования.

Затраты энергии на собственные нужды самой системы минимальны за счет заявленных конструктивных решений и упрощения конструкции, исключения сложных энергоемких составляющих. При этом обеспечивается уменьшение габаритов и стоимости системы, и получаемой электрической энергии, компактность.

Система построена на привлечении простых конструктивных решений, которые не требуют наличия сложной системы управления с множеством электронных модулей, что упрощает конструкцию, работу заявленной системы, обслуживание и эксплуатацию и делает ее абсолютно надежной при эксплуатации.

Выполнение системы для генерации «зеленой» электрической энергии без использования энергии природы с возможностью питания электрического двигателя произведенной ею электрической энергией после запуска системы и выхода на рабочий режим делает систему независимой от сторонних источников энергии, обеспечивает стабильность и непрерывность работы системы и получения стабильных показателей с одновременным упрощением конструкции, повышением технологичности, надежности, снижением себестоимости системы и стоимости получаемой электрической энергии, возможность использования независимо от условий и места расположения системы с расширением сферы применения. ^WO jDbnio iHeHHe заявленной системы, в которой

связан с аккумулятором, связанным с модулем управления, который связан с электрическим генератором и электрическим двигателем, позволяет создать связь, которая обусловливает самообеспечение после запуска системы питанием составляющих системы с получением повышенного КПД и мощности системы, обеспечения стабильности работы системы и стабильных показателей с одновременным упрощением конструкции, повышением технологичности, надежности, снижением себестоимости системы и стоимости получаемой электрической энергии.

Выполнение заявленной системы, в которой по меньшей мере один выходной канал подачи воздуха подведен выходным отверстием к турбине в ее нижней части и выполненное со стороны турбокомпрессора выходное отверстие находится на уровне входного отверстия обеспечивает повышение эффективности системы с получением повышенного КПД и мощности системы, и снижением стоимости получаемой электрической энергии за счет оптимального расположения выходного канала подачи воздуха и выходного отверстия с исключением потерь энергии сжатого воздуха. При этом обеспечивается оптимальная компоновка системы и компактность.

При этом обеспечивается возможность выполнения заявленной системы очень компактной с небольшими габаритами, что значительно расширяет спектр возможностей ее использования.

Выполнение заявленной системы, в которой электрический генератор выполнен как генератор на постоянных магнитах позволяет в совокупности заявленных признаков получить повышенные КПД и мощность системы, обеспечить стабильность работы системы и получить высокие показатели с одновременным повышением надежности, снижением стоимости получаемой электрической энергии.

Выполнение заявленной системы, в которой турбина выполнена в отдельном корпусе, позволяет комбинировать составляющие системы для получения различной выходной мощности на различные нужды. Также обеи1?с ² ио _<дс ² легкость обслуживания и ремонта или З^ЗЖ^ ОЙЙ^ЮЩИХ системы, что в свою очередь обеспечивает универсальность системы, высокую надежность. При этом обеспечивается возможность с подбором и расчетом параметров и показателей составляющих системы самообеспечения после запуска системы питанием составляющих системы с получением повышенного КПД и повышенной мощности системы.

Выполнение рабочего колеса турбокомпрессора из прочного термоупрочняемого сплава алюминия, такого как сплав алюминия с магнием и медью, позволяет получить высокие показатели системы с повышенным КПД, повысить ее надежность, поскольку такое выполнение центробежного турбокомпрессора обеспечивает облегченную конструкцию, высокую прочность, возможность выдерживать большие механические нагрузки с большим значением частоты вращения и обеспечивает стабильность работы.

Расположение турбокомпрессора вертикально с возможностью подачи сжатого воздуха на лопатку турбины в ее нижней части позволяет достичь компактности конструкции и получения высоких выходных показателей, повысить выходную мощность с самообеспечением после запуска системы питания составляющих системы с получением повышенного КПД системы, обеспечения стабильности работы системы и стабильных показателей, и снижения стоимости получаемой электрической энергии.

Выполнение электрического двигателя как двигателя постоянного тока позволяет обеспечить широкий диапазон и простоту регулирования скорости и большое значение частоты вращения.

Выполнение заявленной системы, в которой электрический генератор связан с турбиной через трансмиссионный вал, позволяет получать стабильно высокие обороты вала и стабильную мощность электрического генератора.

Благодаря оснащению системы модулем управления, связанным по меньшей мере с электрическим генератором, связанным с электрическим двигателем через аккумулятор, обеспечивается возможность после запуска сис WтеOм 2ы020/16 п2и86т2ания электрического двигателя произ PвCедT/еUнAн2о01м9/000 с0и57стемой электрической энергией.

С использованием совокупности существенных признаков возможна реализация данного изобретения как в виде отдельных крупногабаритных установок, функционирующих как автономные электростанции, так и в виде автономных небольших электростанций, а также блоков, которые производят электрическую энергию, интегрированных в устройства, например автомобили или других.

Таким образом, система для генерации «зеленой» электрической энергии без использования энергии природы, которая предлагается, имеет простую конструкцию, низкую себестоимость производства и является легкой в эксплуатации и техническом обслуживании. В различных модификациях она может быть применена для получения дешевой электрической энергии из энергии сжатого ею воздуха.

Дальнейшая сущность изобретения поясняется в описании, приведенном ниже как неограничительный вариант исполнения, со ссылкой на иллюстративный материал, на котором изображены:

фиг. 1 - общее строение предложенной системы, вид спереди;

фиг. 2 - общее строение предложенной системы, вид сверху;

фиг. 3 - общее строение предложенной системы, вид сбоку;

фиг. 4 - турбина, общий вид;

фиг. 5 - турбина, продольный разрез.

Предложенная система в варианте исполнения, который не является единственно возможным, включает установленный вертикально сверху турбокомпрессора электрический двигатель 1, вал которого связан с валом турбокомпрессора 2, а турбокомпрессор 2 установлен на горизонтальной поверхности с расположением продольной оси 3 вертикально, а рабочего колеса, соответственно в горизонтальной плоскости и в нижней части. Рядом с турбокомпрессором 2 на опоре 4 установлена турбина 5, выполненная в отдельном корпусе. Турбина 5, которая является турбиной турбогенератора, имеет ² 1?ш- р ⁸⁶ о и ротор 7. Ротор 7 соединен через т ансмиттииппь1и ⁵ ьал 8 с ротором электрического генератора 9. Электрический генератор 9, который является турбогенератором, установлен на опоре 10. Сбоку турбокомпрессора 2 в области рабочего колеса выполнен выходной канал подачи воздуха 11 с возможностью подачи сжатого воздуха от турбокомпрессора 2 на лопатку турбины в нижней части турбины 5. При этом нижняя часть 6 турбины 5 расположена на уровне рабочего колеса турбокомпрессора 2, а выходной канал подачи воздуха 1 1 частично проходит через корпус турбины 5 и статор 6. При этом выходной канал подачи воздуха 1 1 со стороны лопатки турбины 5 выполнен суженным, завершается выходным отверстием 12. При этом плоскость сечения выходного отверстия 7, которым завершается суженная часть 13 меньше площади сечения выходного канала подачи воздуха 11 в варианте исполнения в несколько раз, например в 2-4 раза, для повышения скорости потока воздуха. Выходное отверстие 12 расположено на уровне входного отверстия 14 канала 1 1, .на одной оси с ним.

Система выполнена с возможностью питания произведенной ею электрической энергией электрического двигателя 1 после запуска системы и выхода на рабочий режим. При этом параметры составляющих рассчитываются и подбираются таким образом, что на выходе получают необходимую мощность с предварительно учтенным количеством электрической энергии, необходимой для питания составляющих системы. При этом генератор соединен с накопителем электрической энергии для его зарядки, в варианте исполнения аккумулятором, который соединен с электрическим двигателем, который приводит в действие турбокомпрессор. Система включает модуль управления, который регулирует работу системы - запуск, питание, количество оборотов и другое. Модуль управления связан через аккумулятор с электрическим генератором и электрическим двигателем, что позволяет обеспечить зарядку аккумулятора от электрического генератора в рабочем режиме системы. WO 2020/162862 _{^ т} й^ _{л. тпо ппо hI} .— - -..РСТ/ИАгО! 9/000057 гаиичсс KOJieCO ТурООКОМПрвССОра Z ВЫПОЛНспи и-ί ирОЧНОГО термоупрочняемого сплава алюминия, такого как сплав алюминия с магнием и медью Д16Т или другого с подобными свойствами.

Заявленная система выполнена с обеспечением необходимой скорости вращения турбины. Конструктивное решение системы, а именно заявленное наличие и взаимосвязь составляющих позволяет рассчитывать и подбирать составляющие системы для получения выбранной выходной мощности широкого диапазона, которая может быть небольшой, при этом система может быть интегрирована в устройство или комплекс для выработки электрической энергии и питания составляющих устройства или комплекса, или иметь большую мощность и использоваться для энергетического обеспечения зданий как отдельных, так и жилого комплекса, предприятий и другого.

Дальнейшая сущность изобретения поясняется примером конкретного выполнения.

Электрический двигатель 1 выполнен как высокоскоростной двигатель постоянного тока с частотой оборотов не менее 15000 об/мин.

Электрический генератор 9 может быть выполнен как генератор на постоянных магнитах, выполненных из сплава с высокой степенью намагничивания, а именно из магнитотвердых материалов. Для работы в режиме генератора может быть выбран асинхронный двигатель с конструктивными доработками.

Принцип действия электрического генератора основан на законе электромагнитной индукции - индуцирования электродвижущей силы в прямоугольном контуре (проводной рамке), которая находится в однородном магнитном поле, что вращается. Или наоборот, прямоугольный контур вращается в однородном неподвижном магнитном поле.

Предположим, что однородное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, вращается вокруг своей оси в проводящем контуре.

Именно этот принцип и использован в электрическом генераторе для заявленной системы. С целью увеличения эффективности заявленной системы пут WемO 2 п02р0о/1т6а2ч86и2вания уменьшают вал ротора генератора н PаC вTе/UлAи2ч0и19н/0у00 т05о7лщины постоянных магнитов. Затем вал генератора восстанавливают до исходного размера путем закрепления на нем постоянных магнитов. Таким образом получают обмотки статора, относительно которых с постоянной скоростью

5 движутся постоянные магниты. Это приводит к тому, что в проводе, которым намотана обмотка возникает электродвижущая сила.

Далее приводится расчет напряжения и силы тока генератора на постоянных магнитах.

Напряжение и ток от генератора зависит от множества факторов, таких ю как обороты генератора, мощность магнитов, скорость движения магнитов на роторе, количество витков в обмотках, участвующих в выработке электричества за единицу времени и тому подобное. Основным показателем в выработке напряжения является линейная скорость движения магнитов, которая зависит от оборотов генератора и длины окружности, по которой эти 15 магниты вращаются.

Напряжение генератора переменного тока прямо пропорционально скорости движения магнитов, и соответственно оборотам генератора. Таким образом, если обороты увеличились в два раза, то и напряжение соответственно увеличится в два раза.

20 Чтобы вычислить напряжение электрического генератора на определенных оборотах необходимо магнитную индукцию магнитов (Тл) умножить на активную длину проводника (м), и умножить на скорость движения магнитов (м/с). Формула расчета выглядит так:

Е - В · V · L

25 где: Э - напряжение генератора (В);

В - магнитная индукция (Тл);

V - скорость движения магнитов (м/с);

L - активная длина проводника (м).

Далее приводится пример выполнения системы с трехфазным зо аксиальным электрическим генератором 9 на постоянных магнитах. магниты 300 · 80 · 50 мм. Количество магнитов - 2

18 шт., в каждой катушке по 70 витков, намотанных проводом 1мм. Диаметр ротора 27см.

Так как высота магнитов 300 мм, то и активная длина в катушках 300 мм или 0,3 м. За один оборот магниты генератора преодолеют расстояние (L = 2pt) 27/2 · 3,14 = 84,78 см. Получается - за один оборот магниты преодолеют 0,84 м. Возьмем формулу выше Е = В · V · L и подставим значения:

0, 8 · 0, 84 * 0,3 = 2, 016 В

Это означает, что при скорости вращения 1 об/с или 60 об/мин напряжение одного витка катушки составит 2,016 вольта. Чтобы узнать напряжение фазы генератора нужно посчитать количество витков.

Из информации выше известно, что в генераторе 18 катушек по 70 витков, значит в фазе 6 катушек. 6 · 70 = 420 витков. Теперь

420 * 2,016 = 846,72 В

Таким образом, мы знаем, что напряжение фазы при 60 об/мин составит 846,72 вольта. Если фазы генератора соединить в звезду, то напряжение увеличится в 1 ,7 раза, это означает

846,72 · 1 ,7 = 1439,424 вольта.

Таким образом вычисляется напряжение генератора. Так как напряжение генератора пропорционально скорости движения магнитов, то

при 60 об/мин = 1439,424 В,

при 3000 об/мин = 4318272 В или 4318 кВ.

Зная напряжение генератора и сопротивление его катушек можно легко вычислить силу тока. Но сопротивление нам не известно, его можно вычислить исходя из длины проводника и толщины проволоки.

Чтобы вычислить силу тока на электрический двигатель 1 , выполненный на 380 вольт, нужно от напряжения генератора 9 отнять напряжение использованного в системе электрического двигателя и полученную сумму разделить на общее сопротивление генератора + двигателя.

Формула расчета силы тока выглядит так: WO 2020/162862. т т _/ го _i_ - t PCT/UA2019/000057 ug - ua— U / (К + Г)— 1,

где Ug - напряжение генератора без нагрузки,

Ua - напряжение двигателя,

U - разность напряжений,

(R + г) - общее сопротивление всех элементов в цепи,

I - сила тока.

Можно посчитать какой ток выдаст генератор на двигатель, но не известно сопротивление фазы. При этом сопротивление можно вычислить.

Если в генераторе катушки намотаны проводом 1 мм, а средняя длина витка в катушке 0,08м, а витков в катушках - по 70,

Получается:

420 · 0,08 = 33,6 м.

Сопротивление 1м проволоки толщиной 1мм равно 0,0224 Ом, значит:

33,6 * 0,0224 = 0,75 Ом.

Сопротивление фазы равно 0,75 Ом, чтобы узнать сопротивление всего генератора при соединении в звезду, нужно сопротивление умножить на 1 ,7 получится:

0,75 · 1,7 = 1,27 0м.

Теперь, когда известно сопротивление, можно посчитать ток генератора. Например, нам надо узнать, какой ток генератор выдаст на двигатель 380 вольт при 3000 об/мин. Тогда от напряжения генератора 4318272 вольта нужно вычесть напряжение двигателя 380 вольт и разделить на сопротивление генератора:

4318272 - 380 = 4317892 / 1,27 = 3399914,96 А.

Получается, что ток на аккумулятор составит 3399914, 96А.

Но в реальности ток будет меньше, так как не учтено сопротивление двигателя, также сопротивление соединительных проводов. Также есть еще активное и реактивное сопротивление генератора, которое может быть достаточно большим и значимым.

Рассчитаем мгновенную мощность генератора на постоянных магнитах: ^* генератора = 4318272 В 0399914,96 A

тогда

Р генератора = 14681757574,149 кВт

Таким образом имеем затраты на производство энергии:

двигатель приводит в действие турбокомпрессор, потребляет 12 вольт и имеет мощность 50 ватт. На выходе из установки имеем более 4 кВ и 14681757574,149 кВт. При этом турбокомпрессор и турбина обеспечивают стабильно высокую скорость вращения ротора генератора на постоянных магнитах.

Работает заявленная система следующим образом.

С помощью модуля управления запускают электрический двигатель 1, который при запуске получает питание от аккумулятора. Электрический двигатель 1 запускает турбокомпрессор 2, а турбокомпрессор 2 запускает турбину 5.

Система работает от эффекта преобразования скорости движения частиц в кинетическую энергию. При резком снижении скорости движения частиц среды эта кинетическая энергия создает пару сил, которая приводит во вращение турбину 5.

Используемая турбина 5 является активной турбиной.

1

Активная турбина характеризуется тем, что газ (воздух) поступает через выходное отверстие 12 (сопло питателя) на лопатку рабочего колеса не только под большим давлением, но и с высокой скоростью. Лопатка рабочего колеса турбины 5 имеет изогнутую форму, из-за чего струя воздуха отклоняется от своей траектории движения. Это приводит к тому, что поток воздуха тормозится и меняет направление движения, огибая лопатку. При этом около передней поверхности лопатки возникает область с повышенным давлением воздуха, а у задней поверхности возникает область с пониженным давлением.

Из-за разницы давлений на поверхностях лопатки начинает действовать сила "Р", направленная по нормали к ее плоскости. Поскольку лопатка жестко закреплена на роторе и не может осуществлять осевые перемещения, на нее деЖ9о '2 ¹ tl \h реакции опоры «N», направленная по oE£ ^T/ ^S a ⁰⁰ § ^{0 7} ropoHy противоположную движению потока. Исходя из этого имеем классическую пару сил. Пара сил - совокупность двух сил, которые приложены к одному абсолютно твердому телу и при этом равны по модулю и противоположны по направлению.

Главным вектором для пары сил служит нулевой вектор, так что действие пары сил на тело полностью характеризуется ее главным моментом, который является свободным вектором, не зависящим от выбора полюса. Этот вектор называется моментом пары сил. Суммарной силой, при сложении этих двух сил, является сила «F», направленная перпендикулярно оси ротора. Поскольку эта сила приложена к лопатке турбины 5, то возникает крутящий момент «М», который заставляет ротор 7 вращаться. В то же самое время воздух проходит через корпус турбины и не создает аналогичный эффект на лопатках, что находятся на диаметрально противоположной стороне рабочего колеса турбины. Вследствие чего на рабочем колесе не возникает противоположно направленный момент, который мог бы противодействовать вращению.

С вращением ротора 7 турбины 5 вращается ротор электрического генератора 9. После выхода системы на рабочий режим с выработкой электрической энергии, аккумулятор подзаряжается произведенной электрической энергией для дальнейшего питания электродвигателя 1 , а основное количество произведенной электрической энергии направляется потребителю или потребителям.

Заявленная система дает возможность рассчитать необходимые параметры составляющих, исходя из исходных значений, которые нужно обеспечить для питания конкретных потребителей.

Таким образом, система работает полностью в автономном режиме, требует лишь периодического технического ухода. Затраты энергии на собственные нужды минимальны. ^w оаиьлсиная конструкция превращает в рабочее тело ик жшищий воздух, при этом воздух подвергается только процессу сжатия. В результате на выходе из установки мы имеем также воздух, как и на входе.

Сравнительный анализ вышеуказанного технического решения с наиболее близким аналогом, показал, что реализация совокупности существенных признаков, которые характеризуют предлагаемое изобретение, приводит к появлению качественно новых технических свойств, в частности таких:

- улучшение функциональности системы, в частности обеспечение возможности выработки электрической энергии с установкой как в устройствах так и на местности независимо от места установки с окружающего воздуха при одновременном повышении КПД системы, благодаря сжатию воздуха и запуску ним турбины с запуском электрического генератора, с возможностью расчета и подбора составляющих для обеспечения требуемых выходных значений и параметров системы;

- упрощение конструкции и технологии изготовления системы в целом, благодаря тому, что система использует окружающий воздух, который сжимается и подается на связанную с генератором турбину для последующей выработки электрической энергии, не требует введения в состав сложных дополнительных устройств для использования возобновляемых . и не возобновляемых источников энергии;

- отсутствие ограничений по габаритным размерам и мощности, в том числе возможности функционирования как в виде отдельных крупногабаритных или малых систем, так и в виде парка объединенных между собой систем, и в качестве установленных в устройствах модулей благодаря усовершенствованной конструкции системы;

- расширение возможностей по реализации, благодаря возможности выполнения систем как в виде отдельных систем, так и в виде установленных в устройствах модулей для питания; ^WO _ ^2020/162862 _{TH ЭКСПЛ} уатаЦИИ И технического обс£^л(йпап^ ⁰⁰⁰ истемы благодаря простоте конструкции и доступности всех составляющих системы.

Поскольку совокупность этих свойств не установлена ранее из существующего уровня техники, можно сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию «изобретательский уровень».

При этом в известных источниках патентной и другой научно- технической информации не обнаружено систем для генерации «зеленой» электрической энергии без использования энергии природы с указанной в предложении совокупностью существенных признаков, поэтому предложенное техническое решение считается таким, что соответствует критерию «новизна».

Кроме того, по результатам проверки на практике, предложенная система для генерации «зеленой» электрической энергии без использования энергии природы пригодна для промышленного применения, поскольку не содержит в своем составе никаких конструктивных элементов, материалов или технологических операций, которые невозможно было бы воспроизвести на современном этапе развития науки и техники, в частности, в области электроэнергетики, а следовательно данное техническое решение считается таким, что соответствует критерию «промышленная применимость».