Способ преобразования энергии текучей среды

Номер инновационного патента: 28239

Опубликовано: 17.03.2014

Авторы: Лысенко Виктор Степанович, Пралиев Серик Жайлауович

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к энергетике, а именно к технологиям преобразования энергии текучей среды, в частности возобновляемой энергии воды (рек. горных водосбросов и др.). пара и сжатого воздуха и может быть использовано в гидравлических и тепловых энергетических установках и на транспорте. Сущность изобретения заключается в том, что способ преобразования энергии текучей среды, включающий операции подачи среды через трубопровод в диффузор, где осуществляется изменение момента инерции текущей среды и подача её в преобразующее устройство, в котором осуществляется преобразование кинетической энергии среды рабочим огранном в его механическое вращение, которое через передаточный механизм передается генератор) энергии и вывода среды из преобразующего устройства, дополнен операцией изменения момента инерции текучей среды в напорном трубопроводе и/или в преобразующем устройстве и/или передаточного механизма; при этом изменение момента инерции текучей среды в напорном трубопроводе осуществляется за счет формирования ламинарного вихревого потока среды, изменение момента инерции текучей Среды в преобразующем устройстве осуществляется за счет формирования ламинарного вихревого потока при центростремительной и/или центробежной подачи среды по волновым и/или винтовым каналам рабочею органа, а изменение момента инерции передаточного механизма осуществляется за счет изменения положения масс элементов механизма путем механических и/или гидравлических и/или пневматических и или электромагнитных и/или магнитных воздействий.

Текст

Смотреть все

(51) 03 7/00 (2006.01) 21 1/00 (2006.01) 25 9/04 (2006.01) 24 3/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ рабочим ограном в его механическое вращение,которое через передаточный механизм передается генератору энергии и вывода среды из преобразующего устройства, дополнен операцией изменения момента инерции текучей среды в напорном трубопроводе и/или в преобразующем устройстве и/или передаточного механизма при этом изменение момента инерции текучей среды в напорном трубопроводе осуществляется за счет формирования ламинарного вихревого потока среды, изменение момента инерции текучей среды в преобразующем устройстве осуществляется за счет формирования ламинарного вихревого потока при центростремительной и/или центробежной подаче среды по волновым и/или винтовым каналам рабочего органа, а изменение момента инерции передаточного механизма осуществляется за счет изменения положения масс элементов механизма путем механических и/или гидравлических и/или пневматических и/или электромагнитных и/или магнитных воздействий.(76) Лысенко Виктор Степанович Пралиев Серик Жайлауович(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ(57) Изобретение относится к энергетике, а именно к технологиям преобразования энергии текучей среды, в частности возобновляемой энергии воды(рек, горных водосбросов и др.), пара и сжатого воздуха и может быть использовано в гидравлических и тепловых энергетических установках и на транспорте. Сущность изобретения заключается в том, что способ преобразования энергии текучей среды, включающий операции подачи среды через трубопровод в конфузор, где осуществляется изменение момента инерции текущей среды и подача е в преобразующее устройство,в котором осуществляется преобразование кинетической энергии среды Изобретение относится к энергетике, а именно к технологиям преобразования энергии текучей среды, в частности возобновляемой энергии воды(рек, горных водосбросов и др.), пара и сжатого воздуха и может быть использовано в гидравлических и тепловых энергетических установках и на транспорте. Известны способы преобразования энергии текучей среды, включающие подачу текучей среды по трубопроводам, под давлением, в преобразующее устройство(пропеллерные,радиально-осевые,диагональные и ковшовые гидротурбины), в котором энергия воды преобразуется во вращение ротора турбины и передается генератору тока(Малая гидроэнергетика / Л.П. Михайлов, Б.Н. Фельдман, Т.К. Марканова и др. - М. Энергоиздат,1989. с.430) Недостатком этих способов являются большие потери энергии текучих сред, в частности воды, изза интенсивных турбулентных процессов,приводящих к возрастанию гидравлических потерь в трубопроводах и кавитационных явлений при взаимодействии потока воды с рабочими элементами гидротурбин, что обуславливает применение дорогих высокопрочных материалов для гидротурбин и оказывает негативное влияние на структуру воды. Наиболее близким аналогом, то есть прототипом,является способ, реализованный в струйной турбине(Патент Австрии 117749 от 10.05.1930 г.), в которой в конфузоре перед осевой турбиной(преобразующее устройство) потоку воды придается изменение момента инерции за счет сужающегося конфузора и винтовых направляющих,закручивающих поток воды в продольный вихрь. Недостатком прототипа являются значительные потери в напорном трубопроводе и низкая эффективность преобразования энергии потока текучей среды. Технической задачей изобретения является снижение гидравлических потерь и повышение эффективности преобразования энергии. Поставленная задача достигается тем, что способ преобразования энергии текучей среды,включающий операции подачи среды через трубопровод в конфузор, где осуществляется изменение момента инерции текущей среды и подача е в преобразующее устройство, в котором осуществляется преобразование кинетической энергии среды рабочим ограном в его механическое вращение, которое через передаточный механизм передается генератору энергии и вывода среды из преобразующего устройства, дополнен операцией изменения момента инерции текучей среды в напорном трубопроводе и/или в преобразующем устройстве и/или передаточного механизма при этом изменение момента инерции текучей среды в напорном трубопроводе осуществляется за счет формирования ламинарного вихревого потока среды, изменение момента инерции текучей среды в преобразующем устройстве осуществляется за счет формирования ламинарного вихревого потока при центростремительной и/или центробежной подачи 2 среды по волновым и/или винтовым каналам рабочего органа, а изменение момента инерции передаточного механизма осуществляется за счет изменения положения масс элементов механизма путем механических и/или гидравлических и/или пневматических и/или электромагнитных и/или магнитных воздействий. Техническая задача изобретения достигается благодаря практическому использованию известного закона сохранения (постоянства) момента количества движения вращающейся системы. Изменение момента инерции вращающихся систем в соответствии с законом сохранения момента количества движения приводит к изменению угловой скорости вращения и соответственно к изменению кинетической энергии вращающейся системы. Примерами таких систем является вращение фигуриста и природные вихревые образования(торнадо и смерчи). Фигурист создает вращательный импульс при вытянутых в стороны руках. При этом он имеет момент инерции 1 и угловую скорость вращения 1. После того как фигурист во время вращения прижмет руки к туловищу или поднимет их вверх, изменив(уменьшив) момент инерции до значения 2, он получит вращательный импульс, то есть угловая скорость увеличится до значения 2 в соответствии с законом сохранения момента количества движения(1122)-При этом, при вытянутых руках,кинетическая энергия вращения фигуриста составляла Т 10,5 1120,51, а при сжатых руках Т 20,5 2220,52. , так как 21, то Т 2 Т 1. В природных вихревых образованиях торнадо и смерчах происходит аналогичный физический процесс. Известно, что торнадо образуется в грозовом облаке и формируется в виде вращающихся масс в виде воронки и хобота. Очевидно кинетические энергии Т 1 вращения в начальном слое с приведенным радиусомв плоскости материнского облака и в конечном слое хобота вихря с радиусом- 2, как известно, будут равны 1 1 1 Т 1122122112 , (1) 2 2 2 1 2 1 2 1 2 2222222 , (2) 2 2 2 где -элементарные массы вращающихся частиц,и -расстояния элементарных масс до оси вращения в соответствующих слоях, М-суммарная масса вовлеченных во вращение частиц,и-приведенные радиусы вращения суммарных масс в соответствующих слоях, 1 и 2 - моменты инерции вращающихся суммарных масс относительно оси вращенияв соответствующих слоях. В соответствии с законом сохранения момента количества движения в разных слоях вращения с учетом допущения постоянства суммарной массы М вращающихся частиц можно записать следующее 1122 или 1222 Из выражения (3) определяется степень возрастания угловой скорости 2 в процессе вихреобразования 2 Таким образом, в сформировавшихся воронках природных вихрей происходит возрастание скорости вращения и соответственно кинетической энергии вращающихся масс хобота в квадратичной зависимости от отношения радиуса начального вращения масс грозового облака к радиусу конечного вращения масс в хоботе. Получив импульс вращения масс грозового облака на радиусе, к примеру, 1500 метров и, сформировав хобот радиусом 50 метров, кинетическая энергия вращающихся масс вихря возрастет в 900 раз. Это объясняет механизм концентрации кинетической энергии вращающихся масс торнадо и смерчей. Чем больше масс грозового облака будет вовлечено в процесс формирования вихря и чем больше будет начальный вращательный импульс и соотношение геометрических размеров зоны вращения масс в облаке и хоботе, тем больше кинетической энергии вращения будет сконцентрировано в хоботе вихря. Таким образом, практическое использование описанного физического вихревого эффекта приводит к значительным энергетическим выгодам. Так в напорных трубопроводах происходят потери напора из-за гидравлического трения и турбулентных процессов до 30 в зависимости от их материалов, длины и диаметра. Если в трубопроводах обеспечить периодические вихревые образования за счет конструкции водопроводов и при помощи специальных лопастей или каналов можно добиться не только устранения гидравлических потерь, но и прироста кинетической энергии напорного движения жидкости или газа. Это приведет к повышению эффективности преобразования энергии. В преобразующем устройстве (турбина) особой конструкции также организуются вихревые процессы за счет изменения момента инерции текучей среды, которые приводят к возрастанию е кинетической энергии взаимодействия с рабочими органами турбины. Что, также, приведет к повышению эффективности преобразования энергии. При передаче энергии вращения рабочего органа турбины генератору тока или другому энергетическому устройству, также, возникают механические потери энергии в передаточном механизме. Изменение момента инерции элементов передаточного механизма, также, позволят добиться импульсов изменения кинетической энергии всего механизма, что, также, положительно отразится на эффективности преобразования энергии. Способ преобразования энергии текучей среды,например, воды, осуществляется следующим образом. Вода из реки, под напором, подается в специальной конструкции водопровод, где за счет пространственной конфигурации и при помощи направляющих и каналов она периодически изменяет свой объемный момент инерции и соответственно получает импульсы прироста кинетической энергии, что в итоге приводит к устранению гидравлических потерь и повышению суммарной кинетической энергии потока воды. Попадая в гидротурбину(преобразующее устройство) вода по винтовым или волновым каналам движется центростремительно и уменьшает свой момент инерции,создавая импульс кинетической энергии на рабочем органе турбины. Далее, под действием центробежных сил инерции вода попадает в винтовые или волновые каналы, где,также,ускоряется и выбрасывается через специальные форсунки, создавая дополнительный реактивный импульс на рабочем органе турбины. Отработанная вода по выводному каналу сбрасывается обратно в реку или подается к следующей турбине. Вращательное движение рабочего органа турбины передается генератору тока при помощи специального передаточного механизма, в котором,при помощи механических средств, обеспечивается периодическое изменение его момента инерции за счет изменения положения масс элементов механизма. Это приводит к импульсам скорости вращения и, соответственно, к импульсам кинетической энергии вращения. В итоге компенсируются механические потери и повышается суммарная эффективность преобразования энергии движения воды в электричество. В связи с тем, что вариантов исполнения конкретных узлов и механизмов для реализации данного способа много, а их конструкции и технологии изготовления являются предметом НОУ-ХАУ авторов, в данном описании их конструктивные особенности не раскрываются. В настоящее время авторами проводятся работы по изготовлению опытного устройства,реализующего описанный способ преобразования энергии текучей среды. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ преобразования энергии текучей среды, включающий операции подачи среды через трубопровод в конфузор, где осуществляют изменение момента инерции текущей среды и подачу е в преобразующее устройство, в котором рабочим органом осуществляют преобразование кинетической энергии среды в его механическое вращение, которое через передаточный механизм передается генератору энергии и выхода среды из преобразующего устройства, отличающийся тем,что он дополнен операцией изменения момента инерции текучей среды в напорном трубопроводе 3 и/или в преобразующем устройстве и/или передаточного механизма. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение момента инерции текучей среды в напорном трубопроводе осуществляют за счет формирования ламинарного вихревого потока среды посредством пространственной конфигурации трубопровода или винтовыми направляющими или каналами. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение момента инерции текучей среды в преобразующем устройстве осуществляют за счет формирования ламинарного вихревого потока при центростремительной и/или центробежной подаче среды по волновым и/или винтовым каналам рабочего органа. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение момента инерции передаточного механизма осуществляют за счет изменения положения масс элементов механизма путем гидравлических и/или механических и/или пневматических и/или электромагнитных и/или магнитных воздействий.

МПК / Метки

МПК: G21H 1/00, F24J 3/00, F25B 9/04, F03G 7/00

Метки: способ, преобразования, среды, энергии, текучей

Код ссылки

<a href="https://kz.patents.su/4-ip28239-sposob-preobrazovaniya-energii-tekuchejj-sredy.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ преобразования энергии текучей среды</a>

Похожие патенты