Автономное электрогенерирующее устройство

Устройство предназначено для преобразования энергии воздушного потока, возникающего в открытой с торцов вертикальной трубе в электрическую энергию. Автономное электрогенерирующее устройство содержит силовой блок (СБ), систему создания потока воздуха через СБ и блок стабилизации и регулирования выходного напряжения. При этом СБ выполнен в виде цилиндрического полого вертикально установленного корпуса с размещенным внутри него статором электрического генератора, внутри которого на вертикальном валу установлена многоступенчатая пропеллерная турбина с охватывающим ее ротором электрического генератора, выполненным магнитным или с обмотками возбуждения. Вертикальный вал турбины установлен на верхней и нижней магнитных опорах (МО), каждая из которых образована выполненным из магнита конусом, установленным в конусной полости магнитного основания, причем магнитное основание верхней МО установлено выше ротора. Магнитное основание нижней МО расположено ниже ротора, а конус и конусная полость основания обращены одинаковыми магнитными полюсами навстречу друг другу. Система создания потока воздуха через СБ состоит из двух частей: нижней, на которой расположен СБ, и верхней, прикрепленной сверху к СБ, при этом нижняя часть выполнена в виде цилиндрической обечайки и предназначена для создания потока воздуха на входе в СБ, а верхняя часть выполнена в виде трубы из жесткого или мягкого воздухонепроницаемого материала. Выполненная из мягкого материала верхняя часть снабжена растяжками и внутренними перемычками для фиксации положения верхней части относительно СБ и образованными в стенке верхней части полостями из газонепроницаемого материала, заполненными газом легче воздуха и сообщенными с резервуаром через клапан для подачи газа легче воздуха в эти полости. Устройство обеспечивает экологически безопасное получение электроэнергии различной мощности. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электроэнергетики и предназначено для производства электроэнергии с использованием нетрадиционных возобновляемых источников, а именно потока воздуха, возникающего в результате естественной разности давления воздуха над поверхностью земли и на высоте.

Известно устройство для выработки электроэнергии, содержащее вертикально установленную трубу со стенкой корпуса переменного сечения с расширением в верхнем и нижнем сечениях и сужением в средней части трубы, в которой размещена пропеллерная турбина, соединенная с ротором электрогенератора (см. патент США №4016725 А, МПК 7 F02С 1/04, 12.04.1977).

Однако данное устройство требует подогрева воздуха в нижней части трубы и при этом не позволяет получить значительную мощность из-за конструкции электрогенератора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для выработки электроэнергии, которое содержит вертикально установленный корпус с внутренним каналом переменного сечения с сужением в средней части корпуса, в которой размещена многоступенчатая пропеллерная турбина, соединенная с цилиндрическим ротором электрогенератора, выполненным магнитным или с обмоткой возбуждения, и снабженная конусообразной насадкой в нижней части, при этом внутренний канал открыт с верхнего торца корпуса, а в нижней части корпуса выполнены отверстия для регулируемого притока воздуха посредством системы управления, имеющей также электронную часть для стабилизации параметров электрического тока, статор электрогенератора выполнен в виде двух цилиндрических обечаек, закрепленных на корпусе коаксиально относительно ротора и снабженных электрическими обмотками, причем ротор установлен на магнитной подвеске, а над верхним торцом корпуса установлен с возможностью вертикального перемещения защитный колпак (см. патент RU №2225949, кл. F03G 7/04, 20.03.2004).

Данная конструкция устройства позволяет получать электрическую энергию, однако выполнение устройства с двумя статорами и расположенным между ними ротором усложняет конструкцию и приводит к увеличению габаритов устройства, что сужает область использования устройства.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции электрогенерирующего устройства и расширение области его использования.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение надежности работы электрогенерирующего устройства за счет упрощения конструкции электрического генератора и выполнения устройства в виде модульной конструкции, легко адаптируемой к конкретным задачам потребителя.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что автономное электрогенерирующее устройство содержит силовой блок, систему создания потока воздуха через силовой блок и блок стабилизации и регулирования выходного напряжения, при этом силовой блок выполнен в виде цилиндрического полого вертикально установленного корпуса с размещенным внутри него статором электрического генератора, внутри которого на вертикальном валу установлена многоступенчатая пропеллерная турбина с охватывающим ее ротором электрического генератора, выполненным магнитным или с обмотками возбуждения, вертикальный вал турбины установлен на верхней и нижней магнитных опорах, каждая из которых образована выполненным из магнита конусом, установленным в конусной полости магнитного основания, причем магнитное основание верхней магнитной опоры установлено выше ротора, магнитное основание нижней магнитной опоры расположено ниже ротора, а конус и конусная полость основания обращены одинаковыми магнитными полюсами навстречу друг другу, система создания потока воздуха через силовой блок состоит из двух частей: нижней, на которой расположен силовой блок, и верхней, прикрепленной сверху к силовому блоку, при этом нижняя часть выполнена в виде цилиндрической обечайки и предназначена для создания потока воздуха на входе в силовой блок, а верхняя часть выполнена в виде трубы из жесткого или мягкого воздухонепроницаемого материала, причем выполненная из мягкого материала верхняя часть снабжена растяжками и внутренними перемычками для фиксации положения верхней части относительно силового блока и образованными в стенке верхней части полостями из газонепроницаемого материала, заполненными газом легче воздуха и сообщенными с резервуаром через клапан для подачи газа легче воздуха в эти полости.

В ходе исследования различных конструкций электрогенерирующих устройств было выявлено, что наиболее рационально выполнение устройства, состоящего из трех функциональных частей: 1) силового блока, 2) системы создания потока воздуха и 3) блока стабилизации и регулирования выходного напряжения в зависимости от нужд потребителя.

Электроэнергия вырабатывается в силовом блоке, преобразующем кинетическую энергию воздушного потока в электрическую энергию.

Система создания потока воздуха состоит из двух частей, нижняя часть предназначена для крепления на ней силового блока и обеспечивает ламинарный подвод воздуха к пропеллерной турбине, а верхняя обеспечивает необходимый перепад давлений и, соответственно, расход воздуха, влияющий на мощность устройства. Верхняя часть, имеющая цилиндрическую форму, может быть выполнена как с жесткими стенками (при общей небольшой высоте устройства), так и с мягкими воздухонепроницаемыми стенками (при общей высоте сотни метров), имеющими внутренние полости для заполнения газом легче воздуха, обеспечивающего вертикальное расположение верхней части, ее подъем (надувание) и систему растяжек и внутренних перемычек, придающих конструкции цилиндрическую форму и удерживающую в вертикальном положении в случае ветра.

Блок стабилизации и регулирования выходного напряжения позволяет преобразовывать ЭДС, наводимую в статоре устройства в необходимые для потребителя параметры электрического тока. В зависимости от назначения устройства это может быть как постоянный, так и переменный ток, различного напряжения и частоты.

Таким образом конструкция устройства легко собирается и быстро запускается в работу, поскольку модульное выполнение устройства позволяет создавать модули, которые полностью подготовлены для работы на месте установки, что снижает вероятность ошибок обслуживающего персонала в ходе сборки и подготовки к работе электрогенерирующего устройства.

На фиг.1 схематично представлен продольный разрез силового блока и на фиг.2 схематично представлен продольный разрез автономного электрогенерирующего устройства.

Автономное электрогенерирующее устройство содержит силовой блок (см. фиг.1), который состоит из вертикально установленного цилиндрического корпуса 1, внутри которого размещена многоступенчатая пропеллерная турбина 2, соединенная с охватывающим ее ротором 3 электрического генератора, выполненным магнитным или с обмоткой возбуждения. Вокруг ротора 3 коаксиально размещены электрические обмотки, образующие статор 4 электрического генератора. Вал турбины 2 и одновременно ротора 3 установлен на магнитных опорах - верхней и нижней. Каждая магнитная опора состоит из основания 5 с конусной полостью и конуса 6, расположенного в конусной полости и обращенного к последней одинаковым с ней магнитным полюсом. Выполнение конуса 6 и основания 5 с конусной полостью дает возможность обеспечить центровку ротора 3 относительно статора 4.

Система создания необходимого потока воздуха (см. фиг.2) состоит из двух частей, нижняя часть 7 предназначена для крепления на ней силового блока и обеспечения ламинарного режима подвода воздуха к пропеллерной турбине 2. Верхняя часть 8, имеющая цилиндрическую форму, может быть, как описано выше, изготовлена из мягкого воздухонепроницаемого материала, при этом верхняя часть 8 выполнена с полостями 9 из газонепроницаемого материала для заполнения газом легче воздуха, обеспечивающим вертикальное расположение верхней части 8 (надувание и подъем). Система растяжек 10 и внутренних перемычек 11 придает конструкции цилиндрическую форму и удерживает в вертикальном положении в случае ветра. Для компенсации утечек газа внутренние полости соединены с резервуаром 12, содержащим запас газа, а для сворачивания конструкции и выпуска газа легче воздуха из полостей 9 служит управляемый клапан 13. Одновременно над верхней частью 9 может быть установлен навес 14, который служит для защиты силового блока от атмосферных осадков. Расход воздуха через силовой блок регулируется на входе в последний заслонкой, например горизонтальной заслонкой 15.

Для маломощных устройств (например, для столбов уличного освещения) возможно изготовление верхней части 8 из жесткого материала без системы растяжек 10 и внутренних перемычек 11.

Блок стабилизации и регулирования выходного напряжения 16 служит для преобразования ЭДС, наводимой в статоре устройства в необходимые для потребителя параметры электрического тока (постоянный, переменный, частота, количество фаз), и изготавливается в зависимости от назначения устройства.

Автономное электрогенерирующее устройство работает следующим образом.

При открытии заслонки 15 через нижнюю часть 7 за счет разности давления воздуха у земли и на высоте верхней части устройства в силовой блок (см. фиг.1) поступает непрерывный воздушный поток. Поток воздуха, оказывая давление на лопасти турбины 2, жестко соединенные с ротором 3, приводит во вращение ротор электрогенератора. Ротор 3, будучи магнитным, вращаясь, наводит ЭДС в обмотках статора 4, возникает электрический ток, параметры которого приводятся к необходимым потребителю величинам блоком стабилизации и регулирования выходного напряжения 16. Охлаждение элементов электрогенератора осуществляется воздушным потоком, проходящим через устройство. Для защиты от атмосферных воздействий служит расположенный над верхней частью 8 навес 14. Магнитные опоры минимизируют потери на трение, что позволяет повысить КПД турбины 2, одновременно обеспечивая долговечность эксплуатации устройства.

Проведенные расчеты показывают, что установленная мощность устройства может составлять от десятков кВт (высота устройства несколько десятков метров при диаметре ротора 2 до 2 м) до нескольких МВт (высота - сотни метров, диаметр ротора 2 до 10 м). Мощность предлагаемого устройства зависит от расхода воздуха через силовой блок, КПД турбины, диаметра и конструкции ротора. Указанные параметры (прежде всего расход воздуха) возможно регулировать в значительных пределах. Таким образом, существует возможность удовлетворять потребности в электроэнергии как бытовых, так и промышленных потребителей.

Устройство может иметь следующие практические применения:

В промышленных целях в качестве основного или резервного (аварийного) источника электроэнергии для:

- электроснабжения энергоемких производств;

- электрохимии (электролизные процессы, в частности получение водорода);

- электрического транспорта;

- энергоснабжения удаленных и труднодоступных районов;

- дорожного (уличного) освещения;

- обеспечения электроэнергией промышленных предприятий с сезонными или колеблющимися в течение суток потребностями в электричестве;

- проведения аварийно-спасательных работ.

Особо следует отметить возможность максимального приближения генерации энергии к конечному потребителю, что не требует создания сетевой передающей и распределительной инфраструктуры. А с учетом экологической чистоты и безопасности процесса, а также низкой стоимости вырабатываемой энергии выработки энергии можно говорить об экономической эффективности широкомасштабного применения предлагаемого устройства.

В бытовых целях устройство возможно использовать в качестве автономного источника энергии для жилищно-коммунальных нужд (энергоснабжение, освещение, теплоснабжение, подогрев воды) поселков, частных и многоквартирных зданий, перевод объектов ЖКХ (котельных) с углеводородного топлива на электричество. Замена природного газа, используемого в бытовых целях и автотранспорте, на водород и т.д.

Автономное электрогенерирующее устройство, содержащее силовой блок, систему создания потока воздуха через силовой блок и блок стабилизации и регулирования выходного напряжения, при этом силовой блок выполнен в виде цилиндрического полого вертикально установленного корпуса с размещенным внутри него статором электрического генератора, внутри которого на вертикальном валу установлена многоступенчатая пропеллерная турбина с охватывающим ее ротором электрического генератора, выполненным магнитным или с обмотками возбуждения, вертикальный вал турбины установлен на верхней и нижней магнитных опорах, каждая из которых образована выполненным из магнита конусом, установленным в конусной полости магнитного основания, причем магнитное основание верхней магнитной опоры установлено выше ротора, магнитное основание нижней магнитной опоры расположено ниже ротора, а конус и конусная полость основания обращены одинаковыми магнитными полюсами навстречу друг другу, система создания потока воздуха через силовой блок состоит из двух частей: нижней, на которой расположен силовой блок, и верхней, прикрепленной сверху к силовому блоку, при этом нижняя часть выполнена в виде цилиндрической обечайки и предназначена для создания потока воздуха на входе в силовой блок, а верхняя часть выполнена в виде трубы из жесткого или мягкого воздухонепроницаемого материала, причем выполненная из мягкого материала верхняя часть снабжена растяжками и внутренними перемычками для фиксации положения верхней части относительно силового блока и образованными в стенке верхней части полостями из газонепроницаемого материала, заполненными газом легче воздуха и сообщенными с резервуаром через клапан для подачи газа легче воздуха в эти полости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области разработки месторождений углеводородов и создания электроэнергии с использованием природных факторов. .

Изобретение относится к устройствам для теплоэлектроснабжения жилых строений (объектов) с помощью энергосистем, работающих на возобновляемых источниках энергии, в частности к устройствам, работающим за счет искусственного постоянно направленного устойчивого воздушного потока.

Изобретение относится к области энергетики, к системам получения электроэнергии и может быть использовано в качестве индивидуальных и промышленных электростанций для получения экологически чистой энергии без расходования топливных ресурсов и без создания сооружений, оказывающих вредное экологическое воздействие на окружающую среду.

Изобретение относится к области электроэнергетики и предназначено для производства электроэнергии с использованием нетрадиционных возобновляемых источников, а именно потока воздуха, возникающего в результате естественной разности давления воздуха над поверхностью земли и на высоте.

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к источникам электроэнергии, которые дополнительно в виде побочного продукта производят пресную питьевую воду путем конденсации водяных паров из воздуха.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к электрическим машинам для энергоустановок с потоком среды через трубу

Изобретение относится к горной промышленности, а конкретно к геофизическим исследованиям и работам, буровым и ремонтным работам в скважинах, а также работам в средах с повышенным гидростатическим давлением для преобразования этого давления в механическую энергию

Изобретение относится к теплоэнергетике, использующей, в частности, лучистую энергию Солнца, и может быть использовано для привода различных машин, в том числе транспортных средств, перемещающихся по суше или по воде

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам для получения одновременно и тепла и электроэнергии, образующихся иначе, чем в результате сжигания топлива

Изобретение относится к энергетике и в частности к способам и устройствам для преобразования энергии потока сплошной среды в механическую энергию

Изобретение относится к геотермальным электростанциям. Геотермальная электростанция содержит блоки модульного типа, выполненные с возможностью установки в один или более контейнеров в виде геотермального контейнерного блока. Для указанного блока выбраны размеры, позволяющие получать геотермальную энергию из одной буровой скважины, причем каждый блок снабжен средством, предназначенным для электрического подключения к другим геотермальным контейнерным блокам, а также к электрической сети. Электростанция содержит блок обработки пара/рассола, функционально сопряженный с турбогенераторным блоком, функционально сопряженным с блоком конденсации пара, функционально сопряженным с блоком охлаждающей башни. Электростанция содержит несколько геотермальных контейнерных блоков, каждый из которых помещен над стволом скважины, из которой извлекается геотермальная энергия, или на небольшом удалении от нее. Электростанция включена в одноранговую сеть, включающую оператора геотермальной электростанции, оператора силовой электрической сети, продавцов и энергетическую компанию. Изобретение позволяет сформировать геотермальную энергосистему в сетевой конфигурации, обеспечивающей балансирование нагрузки и резервирование. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способам и системам производства электроэнергии, в частности, основанным на использовании газа для изменения плотности жидкостей. Устройство для производства электроэнергии содержит первый объект для помещения его в жидкость заданной плотности, генератор энергии, инжектор жидкости малой плотности. Генератор энергии соединен с первым объектом и спроектирован для производства энергии посредством смещения первого объекта. Инжектор жидкости малой плотности соединен с жидкостью. Этот инжектор вводит жидкость малой плотности в жидкость с целью понижения ее плотности до конечной плотности. Конечная плотность меньше, чем плотность объекта. При этом этот инжектор вызывает, таким образом, зависимое от плавучести смещение объекта для производства энергии энергетическим генератором. Техническим результатом является получение востребованного метода производства энергии, который минимизирует недостатки и сохраняет преимущества известных методов. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ преобразования тепловой энергии в полезную работу. В двух роторных двигателях применяемые в качестве рабочего тела жидкости не замерзают в земных климатических условиях, имеют низкую температуру кипения и под воздействием источников тепла или нагревателей, работающих за счет теплообмена с требующими охлаждения промышленными технологиями, позволяют осуществлять последовательно чередующийся переход рабочего тела из одного фазового состояния в другое. В герметично замкнутом и термически изолированном контуре идёт процесс преобразования тепловой энергии в полезную механическую работу с помощью бесклапанного вращающегося газораспределительного барабана. Барабан поочередно направляет образующийся в парогенераторе пар высокого давления в соответствующие рабочие секции применяемых винтового или зубчатого двух роторных двигателей, где за счет расширения пар совершает полезную работу и охлаждается. Устройство конденсации использует естественную низкую температуру высоких слоев атмосферы или холодные климатические условия окружающей среды. Сконденсированное рабочее тело возвращается в парогенератор для повторного использования. В результате предложенных решений огромное количество не используемой ранее тепловой энергии одновременно обеспечивает низкотемпературным холодом большие городские холодильники без сжигания углеводородного топлива. 1 ил.
Наверх