Гидроциркулирующая энергоустановка “ДиОНиК” по выработке малозатратной электрической энергии

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ проблемами доставки и обеспечения электроэнергией. Цель изобретения- Создание альтернативной всем существующим видам ГЭС, ТЭЦ, АЭС ветровой солнечной и другим энергоустановкам и не уступающим им в выработке энергии в сравнении по установленной мощности гидроагрегатов и даже увеличивающая эту мощность до 10 раз с увеличением удельного веса воды содержащейся в системе, вездесущную наземную энергоустановку- Обеспечение простоты всех конструкций при их сборке и разборке, в том числе здания энергоустановки- Повышение удобства эксплуатации с применением современных ЭВМ и автоматизацией всевозможных режимов работы гидроагрегатов и других процессов управлений энергоустановки- Удовлетворение растущей потребности в электроэнергии народного хозяйства в труднодоступных регионах с обеспечением от центральных сетей энергоснабжения- Созданием энергоустановки альтернативы,снятие актуальности проблемы поиска нового вида источника электроэнергии.(76) Батырбеков Копжасар Ахатович Батырбеков Дулат Копжасарулы Днасилов Мейрлан Нрланлы(54) ГИДРОЦИРКУЛИРУЮЩАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА ДИОНИК ПО ВЫРАБОТКЕ МАЛОЗАТРАТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ(57) Изобретение относится к области гидроэнергетики для выработки малозатратной электроэнергии в энергоустановке ДиОНиК,собранной из труб замкнутым контуром в виде сообщающихся сосудов,устанавливаемых непосредственно на поверхность земли с малой площадью и исключающей наличие сквозного течения рек, строительства плотин, водохранилищ и других комплексов гидротехнических сооружений,удорожающих стоимость строительства в несколько десятков раз и приносящей огромный вред окружающей природной среде региона. Используется наряду с действующими крупными или малыми энергосистемами в энергодефицитных местностях или автономно во всех регионах с Изобретение относится к области гидроэнергетического машиностроения и используется для выработки малозатратной электрической энергии. Суть изобретения сводится к созданию гидроциркулирующей энергоустановки высокой мощности с применением жидкости увеличенной плотности и физического явления в двух коленно сообщающихся сосудах с замкнутым контуром составленных из труб и гидросилового оборудования в единую конструкцию, где уровни создания напора и подъема жидкости в коленах обеспечивается физическим явлением природы при заполнении системы и остающихся неизменным и при работе энергоустановки. Энергоустановка используется наряду с действующими подстанциями крупных или малых энергосистем в энергодефицитных местностях и автономно во всех отдаленных регионах с проблемами централизованного обеспечения электроэнергией, освоения новых земель и горнодобывающих отраслях. Техническое решение Со времени, когда М. Фарадей создал первый электрогенератор, а Б.С.Якоби электродвигатель,началось широкое использование человеком электроэнергии в облегчении своего труда,освещении, обогрева и т.д. Одновременно с этим началось и создание всевозможных видов машин, вырабатывающих электрическую энергию, которые, чтобы совершить такую работу используют энергию угля, нефти, газа,энергию падающей воды, ветра, Солнца и ядерной энергии. Однако ни один из этих видов энергии не подается непосредственно к турбине машин, а претерпевает ряд превращений из одной формы в другую. В результате такой сложной цепи преращение энергии, подводимая к машине,неизбежно теряется часть первоначальной энергии на потери так называемые механическую (силу трения) и немеханическую (внутренную). Поэтому решение задач с созданием машин заключается в поиске формы машин и способа в ней уменьшающий до доступного предела потери подводимой к ней энергии (Уч. Физика 8 кл. И.К. Кикоин. 1986 г. Главы 8,9.) Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является гидроэнергетическая установака,содержащая конусообразную водонапорную емкость, связанную последовательно, посредством трубопровода с водонагнетательным насосом,турбинным двигателем и дополнительным насосом,соединенным с конусообразной водонапорной емкостью. (Патент 22527 кл. 03, 3/10 публ. 17.05.2010. бюл. 5) Однако, в известной гидроэнергетической установке имеется целый ряд недостатков нарушающий закона сохранения энергии. Главным из которых является механическое создание высокого давления потока воды, подаваемый в турбину установки посредством первого насоса и затрачивая на эту работу огромное количество 2 энергии, по крайней мере равной мощности выдаваемой самой турбиной, причем с исключением 1 напора создаваемый конусной емкости, который теряется со входом в нагнетательный насос. Такой же недостаток и со вторым насосом с местом его установки и чистым подъемом воды с преодолением острого угла водоотводной трубы, направленная в противоположную сторону от направления создаваемой этим же насосом и требующего намного большей энергии, чем равного напору водоподъемной трубы. При этом понижается и мощность турбины на столько, насколько снижен водоотвод. Несоизмеримый объем конусной емкости с созданием напора при расходе всего 1 от всего объема воды. Напор жидкости зависит от высоты, а не от площади дна емкости. Задача предлагаемого изобретения является создание гидроциркулирующей энергоустановки,вырабатывающей электрическую энергию с повышением ее мощности до десяти или более раз,удобства эксплуатации с автоинтегральным управлением всех рабочих процессов гидроагрегатов и обеспечение экологической чистоты окружающей среды. Поставленная задача достигается тем, что в энергоустановке содержащей конусообразную водонапорную емкость, связанную последовательно посредством трубопровода с насосом, турбинным двигателем и дополнительным насосом соединенным с конусообразной емкостью,отличающаяся тем, что гидроциркулирующая энергоустановка выполнена в виде двух коленно сообщающихся сосудов (фиг.1 или 2) с замкнутым контуром верхних концов колен кратчайшим путем в точке В, с посредством наклонной трубы 10,замково-отводной трубы 9, и у образной отводной трубы 7, и содержит установленные между трубами колени в энергетических точках первого осевого насоса 11 в точке-А, реактивной гидротурбины 1 в точке-С, и второго осевого насоса 14 в точке-Д и составляют единую конструкцию энергоустановки(или единую систему). В целях пояснения превращения энергии покоящейся жидкости в коленах сообщающихся сосудов с замкнутым контуром в циркулирующий поток в системе энергоустановки а, так же и тесно взаимосвязанных энергетических и других процессов происходящих при работе установки,замкнутая система составленная из труб и гидросилового оборудования, условно разделена на два энергетическое колено по принципу образования в них сил и энергии сонаправленного действия. Первая с названием потокообразующее ПО колено или левое колено. (Фиг.1, вид от нас) в которой процесс потокообразования полностью предоставлен действию динамических сил двух осевых насосов типа ОВ работающих совместно с кинетической энергией потока жидкости образованной правой НС коленом и содержит потокоотводящую трубу 17, осевые насосы 11 и 14,вертикальную трубу 13 и наклонную трубу 10. А вторая с названием напоросоздающее НС колено или правое колено в которой процесс создания напора предоставлено действию неиссякаемой силе(поле) притяжения Земли, пробуждаемое мгновенно с первыми оборотами колеса насосов в ПО колене и поступающего из левого колена через точку В потока жидкости с определенной кинетической энергией и содержит замковоотводную трубу 9,У- образно отводную трубу 7, напорную трубу 5 и реактивную гидротурбину 1, в точке С (фиг.3) выполненная с верхним вертикальным подводом напора жидкости в эксцентрично-полуспиральную камеру (3) распределения энергии потока на 180 образованной между передней стенкой корпуса турбины и ободом 4 рабочего колеса 5 и нижним горизонтальным патрубком 8 выхода жидкости из турбины сонаправленно циркулирующему потоку и содержит рабочее колесо с ковшовыми приводами 7. Все энергохарактерные точки системы обозначены заглавными буквами А, В, С и Д. при этом точки В,С и Д являются точками превращении энергии потока жидкости из одной формы в другую а точка А и Д-точками образования потока и циркуляции жидкости в системе, то есть пуска установки, восстановления потерянной энергии в гидротурбине и на поворотах труб в точках А, В и Д, регулирования режимов работы турбины с усилением или понижением кинетической энергии циркулирующей жидкости в системе вплоть до полной остановки энергоустановки осуществляется(управляются) оборотами винта осевых насосов,установленными в точках А и Д потокообразующего колена. При этом, сами насосы после получения устойчивой циркуляции жидкости в системе образованной при обороте винтов от 360 до 600 об/мин совершенно не перегружены сонаправленностью действие потока жидкости с кинетической энергией. Поэтому вся работа энергоустановки и управление всеми процессами системы находится в прямой интегральной зависимости от частоты вращения винта насосов и осуществляются с помощью ЭВМ и мультиплексорной автоматики по нагрузке внешней сети. Создание постоянной разности давления в коленах осуществляются насосами и кинетической энергией потока жидкости с подъемом жидкости на очень малую высоту и равной диаметру отводной трубы 9, до точки В. Далее поток жидкости перетекает свободным падением в НС колено. При этом полость камеры свободного хода (К.С.Х) потока переходит (занимает) в зону от границы точки В до уровня В-В в НС колене с целью создания разности давления в коленах, а опустившийся уровень В-В в НС колене доливается до этого уровня еще при пуске установки автоматически через верх трубы 7. При остановке установки качение жидкости в коленах исключено с отключением насоса 14 в точке Д, спуском объема долитой жидкости через клапан 18 и замедленным сопровождением процесса насосом в точке А, до полного покоя У-образная отводная труба 7 с диффузором 6 предназначением для общения трубы НС колена с атмосферой,успокоения вихрей потока, удалений воздушных пузырьков и пара жидкости а так же созданию ламинарности течения в напорной трубе 5 при прохождении ими диффузора. А на верхней части 8(фиг.2) этой трубы 7 размещаются датчики температуры, скорости потока, уровня жидкости и трубы заливки системы, которые в фигуре условно не показаны. Развитие энергоустановки С применением в предлагаемой энергоустановке уже известных и широко применяющихся в практике техники физических эффектов или способов и т.д, намного повышается ее характеристика как мощность, КПД и другие показатели энергоустановки 1) Если добавить в объем жидкости,содержащейся в установке, сотую долю процента некоторых полимерных порошков, то их длинные молекулы располагаясь вдоль потока, гасят вихри,воздушных пузырьков и пара, создает ламинарное течение, делая жидкости более скользкой, снимает до предела потери энергии на трение жидкости об стенки труб или о детали оборудования, чем и повышается КПД энергоустановки. (Г. Альтов и тут появился изобретатель, Дет.лит. 1984 г с.55-56,эффект В. Томса 1948 г.) 2) Энергоустановка может работать с любыми жидкостями различной плотности с антикоррозионным свойством по отношению к металлу. Например с применением водных растворов глицерина синтетического производства,с плотностью 11,2 кг/дм 3,мощность энергоустановки при том же напоре Н, работающей с чистой водой увеличится более чем 11-раз. А это равносильно подъему водного напора ГЭС на 11,2 раза. 3) Повысить плотность жидкостей в установке,например тосола (или воды) решается очень просто с применением физического эффекта С. ЖданПушкина. (Г. Альтов, там же с.132-133, обойти Архимеда). Насыпается в поток жидкости в системе установки мельчайший порошок железа, они равномерно разносятся потоком по всей системе. Если на этот поток с порошком железо подействовать регулируемым полем низкоточной электромагнитной катушкой, одетым на трубу в любом месте, то удельный вес тосола повысится в 10-12 раз. 4) Эксплуатационная приспособленность энергоустановки к климатическим условиям местности обеспечивается с применением жидкости тосол с наинизшим температурным показателем местности и холодильной установкой,обеспечивающей постоянную температуру жидкости в установке 15 С которая устанавливается в точкетрубы 17. В энергоустановке применены осевые насосы типа ОВ (фиг.4) с жестко закрепленными лопастями. Они применяются при больших подачах от 0,2 до 18 м 3/мин. С напором от 1,5 м до 22 м и оборотами винта от 600 до 1800 об/мин. Высш.школа 1969 г). характеристика предостаточная с учетом деления напора Нр установки на два насоса. Однако правая часть этой характеристики может измениться в большую сторону с учетом содействия к насосам кинетической энергии потока жидкости НС колена. Поэтому есть возможность поднять обороты насосов до 3000 об/мин,соответственно этому увеличивается и объем подачи с постоянством высоты напора. Принцип работы Принцип работы энергоустановки с созданием циркуляции жидкости и разности давления в коленах замкнутой системы установки мало отличается от полета самолета с созданием тяговой силы и разности давления над и под крыльями оборотами лопастных (пропеллерных) винтов их двигателей. Работа лопастных винтов обеих машин призвана на преодоление силы притяжения Земли. Однако в энергоустановке сила тяжести в НС колене со своей сонаправленностью действиям винта насосов, усиливают их работу в создании выше названных процессов в системе энергоустановки, а этого в самолете нет. Поэтому двигатели самолета развивают очень большие обороты их винта. Работа энергоустановки В целом работа энергоустановки состоит из четырех режимов работ запуска установки,холостого хода,регулирования нагрузок гидротурбины и остановки. 1. Режим запуска осуществляется при плавно увеличивающихся оборотах винта насосов от О до 600 об/мин. При этом с первыми десятками их оборотов с отсосом жидкости в точке С и подъемом от уровня С-Д до точки В на очень мизерную высоту 3 (по сравнению с высотой напора Нр) появляется разность давлении в ПО и НС коленах,одновременно с этим проявляется и сила тяжести т.е напор жидкости в НС колене сонаправленная с действием осевых насосов. Под действием этих сил в системе образуется поток жидкости несущий собой некоторую кинетическую энергию, берущую начало движения от уровня В-В в НС колене и двигаясь по часовой стрелке поднимается до точки В. (При этом камера свободного хода КСХ переместится в зону справо от точки В до уровня В-В в НС колене а, пониженный уровень в правом колене доливается автоматически спецнасосом через верх трубы 7 с уровнем достаточной для перекрытия доступа воздуха в новую КСХ. При этом перелив жидкости сливается через спускной клапан 18 трубы 17). Далее, поток жидкости от точки В перетекает в НС колено, зону КСХ с некоторой скоростью неразрывно но намного разряжено. Потоки жидкости левой и правой колены в этой зоне замыкаются неразрывно. Перед диффузором освобождается от воздушных пузырьков и паров жидкости, затем проходя диффузор 6 приобретает вид ламинарного течения в трубе 5, поступает в экцентрично-спиральную камеру гидротурбины, где после взаимодействия с ковшовым колесом,продолжает двигаться дальше, повторяя весь этот цикл пути движения. Таким образом в системе 4 создается циркуляционное движение жидкости пускового периода, длящееся не более одной-две минуты. 2. Режим холостого хода установки является продолжением режима пуска с плавным увеличением оборотов насосов от 600 до 900 об/мин, которая является границей между режимом регулирования нагрузок турбины и холостой работы установки. При этом обороте насосов обеспечивается устойчивость циркуляции жидкости в системе и вырабатывается электрическая энергия, достаточная для апробации собственных электросиловых оборудований и подстанции без нагрузок внешней сети. При этом питание энергоустановки переключается на собственный источник электроэнергии. 3. Режим регулирования нагрузки гидротурбины от внешних нагрузок осуществляется оборотами насосов в диапазоне от 1000 до 2500 об/мин. С автоинтегральным регулированием при помощи ЭВМ. 4. Режим остановки осуществляются с плавным понижением оборота насоса 11 в точке А от оборота который имел в данный момент времени работы и сопровождением до О. При этом перед остановкой сливается объем жидкости долитая при режиме пуска через клапан слива 18, а насос в точке Д отключается. Технический результат Гидроциркулирующая энергоустановка высокой мощности с КПД от 0,951,0 автоинтегральное управление режимов работ гидротурбины,увеличение эксплуатационных сроков службы элементов установки с отсутствием кавитационных эррозий и других. Унифицированность и несложность их конструкции, сборки и разборки при обслуживании, малозатратность и дешевизна вырабатываемой энергии, приспособленность к любым климатическим условиям местности и универсальная применяемость в народном хозяйстве и промышленности. Перечень фигур графических изображений Фиг.1 2 (вертикальный разрез установки) Фиг.1 - предпусковое состояние энергоустановки заполненной водой до уровня В-В Фиг.2 - рабочее состояние энергоустановки с долитым уровнем воды от В-В и В-В ПО-потокообразующее колено. НС-напоросоздающее колено. 17 - водоотводная труба. 1 - реактивная гидротурбина с ковшовым колесом. 2 - вал рабочего колеса турбины. 3 - экцентричная полуспиральная камера с водовходным патрубком. 4 рабочее колесо с ковшовыми гидроприводами. 5 - водонапорная труба. 6 - диффузор. 7 - У образная водоотводная труба под углом 45 8 - клапан общения системы с атмосферой. 9 - замково-отводная труба под углом 90 10 - наклонная труба под углом 45 11 - осевой насос ОВ с водоотводным корпусом 45 12 - электродвигатель насоса-11. 13 - водоподъемная труба. 14 - осевой насос ОВ с водоотводным корпусом 90 15 - электродвигатель насоса-14. 16 - теплообменник воды в системе. 17 - водоотводящая труба. 18 - патрубок слива жидкости из системы. 19 - железо бетонная основание энергоустановки. 20 и 20 - металлические станины крепления установки. 21 - флянцы соединении деталей и труб. Фиг.2 а (крепление диффузора). 7 - У образная труба, нижний У образная труба крепление диффузора 6 - диффузор. 21 - соеденительная флянец. 24 -закрепительные болты. Фиг.2 б (соединение труб). 5 - водонапорная труба. 7 - У образная отводная труба. 21 - флянцы соединения труб. 25 - соединительные болты. 26 - специальная резиновая прокладка. Фиг.3 (реактивная гидротурбина). 1 - корпус реактивной турбины. 2 - вал рабочего колеса турбины. 3 - экцентрично-полуспиральная камера. 4 - прокатный обод рабочего колеса. 5 - рабочее колесо гидротурбины. 6 - диск рабочего колеса. 7 - ковшовые гидроприводы колеса. 8 - нижняя водоотводная патрубок турбины. Фиг.3 а (вид по А-А со станиной крепления). 1 - корпус гидротурбины. 8 - нижняя водоотводная патрубок турбины. 19 - железобетонная основание установки. 20 - 20 монолитные станины с ребрами жесткости. Фиг.4(осевой насос ОВ). 1 - лопасти винта осевого насоса ОВ. 2 - втулка вала насоса. 3 - крепежный фиксатор втулки вала. 4 - подшипники скольжения вала. 5 - соединительная муфта вала с эл.двигательем. 14-отводный корпус насоса. Фиг.5 и 5 а. 1 - гидротурбина. 2 - электрогенератор. 3 - пилон ферменный. 4 - хомутные крепления. 5 - напорная колена. 6 - У-образная отвод 45. 7 - трансформатор. 8 - ячейка РУ. 9 - замково-отводная труба. 10 - наклонная труба. 11 - электронасос ОВ. 12 - эл.двигатель насоса. 13 - труба левого колена. 14 - электронасос ОВ. 15 - эл.двигатель насоса. 16 - колонны жб. 17 - водоотводная труба. 18 - ферменные ригели. 19 - галерея здании. 20 - пульт управления. 21 - входное крыльцо. 22 - стена здании. 23 - ферменные колонна. 24 - ферменные балки связи. 25 - ферменные балки кровли. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Гидроциркулирующая энергоустановка,включающая конусообразную водонапорную емкость, связанную последовательно посредством трубопровода с насосом, турбинным двигателем и дополнительным насосом соединенным с водонапорной емкостью, отличающаяся тем, что гидроциркулирующая энергоустановка выполнена из труб в виде двухколенно-сообщающихся сосудов с замкнутым контуром верхних концов колен кратчайшим путем посредством наклонной трубы левого колена и отводными трубами правого колена и содержит первый осевой насос, вмонтированного в углу между наклонной и вертикальной трубы левого потокообразующего трубы и вертикальной трубы левого колена, реактивной гидротурбины вмонтированной в углу между вертикальной трубой правого напоросоздающего колена и горизонтального потокоотводящего колена и составляет единую конструкцию энергоустановки. 2. Гидроциркулирующая энергоустановка по п.1,отличающаяся тем, что реактивная гидротурбина выполнена с экцентрично-полуспиральной камерой распределения энергии потока жидкости на рабочее колесо турбины с охватом на 180 с верхне наливным подводом и нижним горизонтально сонаправленным выходом и содержит рабочего колеса с ковшовыми приводами.