гидрогазовая энергетическая установка

Формула изобретения

Гидрогазовая энергетическая установка, включающая две емкости, частично наполненные жидкостью, соединенные трубопроводом с энергопреобразователем между собой и подсоединенные к источнику статического давления, узел поочередного подключения емкостей к источнику статического давления, отличающаяся тем, что в ней емкости выполнены герметичными, в качестве источника энергии использован источник гидростатического давления, в качестве энергопреобразователя использована газовая турбина, инвариантная к направлению газа и установленная в трубопроводе, соединяющем верхние газонаполненные части емкостей, а узел поочередного подключения емкостей к источнику статического давления выполнен в виде установленных в каждой емкости управляемых датчика наполнения емкости и кранов, установленных на подводящих и отводящих трубопроводах емкостей, при этом управляемые обмотки каждого крана и выходы датчиков подключены к соответствующим входам и выходам блока управления работой кранов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а именно к экологически чистым энергоустановкам, работающим от гидростатического источника давления.

В настоящее время в мире широкое внимание разработчиков энергетического машиностроения привлечено к разработке энергетических установок, работающих в ночное время на избыточной энергии электростанций, преобразованной в энергию сжатого газа или в потенциальную энергию воды, поднятой гидронасосами на некую высоту [1].

Так, известна энергетическая установка [2], в которой в качестве рабочего тела энергопреобразователя использована вода, перекачиваемая из одной емкости в другую за счет статического подпора газом, аккумулированным в источнике статического давления.

Недостатком данной установки является наличие механического изнашиваемого элемента - золотника, управляющего работой установки, и, кроме этого, практическое отсутствие безопасных естественных источников статического газового давления.

Известна газожидкостная энергетическая установка [3], в которой в качестве рабочего тела для энергопреобразователя также использована жидкость, попеременно перетекающая из одной емкости в другую за счет вытеснения жидкости надувной оболочкой, подсоединенной к источнику постоянного давления газа.

Недостатком данной энергетической установки является так же, как и в вышеуказанной установке, наличие механически изнашиваемых элементов - деформируемых надувных оболочек и также практическое отсутствие экологически безопасных естественных источников статического давления.

Данная конструкция выбрана автором в качестве прототипа предложенной установке, как наиболее близкая по технической сущности.

Задачей, которую автор ставил при разработке предлагаемой конструкции, являлось создание простой и надежной энергетической установки с газовым рабочим телом для энергопреобразователя, работающей как от природных, так и искусственных источников гидростатического давления, с повышенным КПД преобразования подводимой энергии.

Это достигнуто в конструкции, имеющей две герметичные, частично заполненные жидкостью емкости, верхние заполненные газом части которых соединены трубопроводом с газовой турбиной, инвариантной к направлению движения рабочего тела, а нижние, заполненные жидкостью, снабжены двумя трубопроводами, одним для подвода жидкости от источника гидростатического давления и вторым для отвода жидкости, узел поочередного подключения емкостей к источнику статического давления, выполненный в виде установленных в каждой емкости управляемых датчика наполнения емкости и кранов, установленных на подводящих и отводящих трубопроводах емкостей, при этом управляемые обмотки каждого крана и выходы датчиков подключены к соответствующим входам и выходам блока управления работой кранов.

Новыми существенными признаками установки по отношению к прототипу являются:

- выполнение емкостей герметичными;

- соединение верхних газонаполненных частей герметичных емкостей трубопроводом с установленной в нем газовой турбиной, инвариантной к направлению газового потока;

- снабжение нижних, заполненных жидкостью частей герметичных емкостей двумя трубопроводами, одним для подвода жидкости от источника гидростатического давления и вторым для отвода жидкости;

- выполнение узла поочередного подключения емкостей к источнику гидростатического давления в виде установленных в каждой емкости управляемых датчика наполнения емкости и кранов, размещенных на подводящих и отводящих трубопроводах емкостей и подключение управляемых обмоток каждого крана и выходов датчиков к соответствующим входам и выходам блока управления работой кранов;

- использование в качестве энергопреобразователя газовой турбины;

- использование в качестве источника энергии источника гидростатического давления.

Вышеуказанные конструктивные признаки, по мнению автора, в технике порознь известны, но в совокупности - энергетической установке позволяют достигнуть новый технический результат, заключающийся в упрощении конструкции установки, повышении ее КПД за счет уменьшения потерь и использования более прогрессивного энергопреобразователя и существенного расширения ареала возможного применения в виде домашней электростанции, размещенной в колодце, до мощных энергоагрегатов, работающих в естественных водоемах, и поэтому могут быть названы существенными.

Предложенная конструкция проста, надежна в эксплуатации, позволяет использовать новейшие достижения газового турбостроения, может работать как от природных, так и искусственных источников гидростатического давления с повышенным КПД преобразования подводимой энергии.

Предлагаемая конструктивная схема установки приведена на чертеже, где:

1 - первая герметичная емкость;

2 - вторая герметичная емкость;

3 - газовый трубопровод, соединяющий верхние газонаполненные части емкостей;

4 - газовая турбина, инвариантная к направлению газового потока;

5 - управляемый датчик наполнения первой емкости;

6 - управляемый датчик наполнения второй емкости;

7 - отводящий трубопровод первой емкости;

8 - отводящий трубопровод второй емкости;

9 - подводящий трубопровод первой емкости;

10 - подводящий трубопровод второй емкости;

11 - управляемый кран отводящего трубопровода первой емкости;

12 - управляемый кран отводящего трубопровода второй емкости;

13 - управляемый кран подводящего трубопровода первой емкости;

14 - управляемый кран подводящего трубопровода второй емкости;

15 - блок управления работой кранов и датчиков;

16 - источник гидростатического давления;

17 - компрессированная газовая среда.

Исходное состояние установки перед пуском следующее: краны 13 и 14 подводящих трубопроводов 9 и 10 открыты для поступления в емкости 1 и 2 жидкости под давлением Р1 из источника гидростатического источника давления 16, краны 11 и 12 отводящих трубопроводов 7 и 8 закрыты, емкости 1 и 2 заполнены жидкостью соответственно до уровня У1о и У2о и компрессированным газом (воздухом) 17 под давлением Р1, емкости свободно сообщаются через газовый трубопровод 3.

Первый такт работы установки: от блока управления 15 поступают сигналы на открытие крана 12 и закрытие крана 14.

При этом в емкость 1 из источника гидростатического давления 16 через трубопровод 9 начинает поступать дополнительная жидкость под давлением Р и уровень жидкости в емкости 1 повышается.

При этом компрессированный газ 17 вытесняется из емкости 1 и начинает перетекать по трубопроводу 3 в емкость 2, при этом, проходя через турбину 4, вращает ее, вырабатывая электроэнергию.

Одновременно под действием давления Р жидкость начинает вытекать из емкости 2 через отводящий трубопровод 8 и уровень жидкости понижается.

Процесс продолжается до достижения жидкостью в емкости 1 уровня У1мах, а в емкости 2 - до уровня У2min. При этом замыкаются контакты датчика наполнения первой емкости 5 и сигнал поступает на блок управления работой кранов 15.

Начинается второй такт работы установки.

После поступления сигнала о замыкании контактов датчика 5 наполнения емкости 1 в блоке управления работой кранов 16 вырабатываются сигналы на закрытие кранов 13 и 12 и открытие кранов 11 и 14.

В результате чего открывается доступ жидкости в емкость 2 через трубопровод 14 от источника гидростатического давления 16 под давлением Р и уровень жидкости в емкости 2 повышается.

При этом компрессированный газ 17 вытесняется из емкости 2 и начинает перетекать по трубопроводу 3 в емкость 1, при этом, проходя через турбину 4, вращает ее, вырабатывая электроэнергию.

Одновременно жидкость в емкости 1 начинает вытекать через открытый трубопровод 7.

Процесс продолжается до достижения жидкостью в емкости 2 уровня У2мах, а в емкости 1 - У1min. При этом замыкаются контакты датчика наполнения второй емкости 6, и сигнал поступает на блок управления работой кранов 15, где вырабатываются сигналы на закрытие кранов 11 и 14 и открытие кранов 13 и 12, и далее цикл повторяется.

Все комплектующие предложенной установки - управляемые краны и датчики, трубы для подвода и отвода жидкости, газовая турбина и элементы блока управления работой кранов и датчиков - стандартные.

Техническое решение блока управления работой кранов и датчиков могут быть различны в зависимости от мощности установки - от простейшей релейной схемы до сложного электронного устройства, учитывающего комплекс факторов работы устройства.

В настоящее время автором проводится работа по промышленной реализации предложенной установки.

Источники информации

1. Заявка РСТ WO 079/01154, МКИ F 17 В 1/00, 1979 г.

2. Патент России 2096655, МКИ F 03 B 15/00 от 16.01.95 г.

3. Патент России 2023907, МКИ F 03 B 17/00 от 29.06.90 г.