Способ сооружения аэродинамической трубы
Владельцы патента RU 2619131:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) (RU)
Изобретение относится к аэродинамическим трубам и может быть использовано для проведения различных испытаний моделей летательных аппаратов, парашютных систем, тренировки спортсменов в условиях, соответствующих свободному падению в атмосфере, а также в качестве развлекательного аттракциона для граждан. Способ включает возведение аэродинамической камеры, нагнетателей воздуха и силового привода нагнетателей. Силовой привод выполняют в виде гидроагрегатов-генераторов пневматической энергии, напрямую преобразующих энергию потока воды в энергию сжатого воздуха. Гидроагрегаты помещают в русло водотока параллельно скорости движения воды. Полученную гидроагрегатами пневматическую энергию накапливают в пневматических аккумуляторах, из которых поток воздуха направляют в расширители и затем в аэродинамическую камеру. Технический результат заключается в возможности использования для работы трубы энергии, выработанной из возобновляемых источников энергии, природных низконапорных водотоков. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к аэродинамическим трубам и может быть использовано для проведения различных испытаний моделей летательных аппаратов, парашютных систем, тренировок спортсменов в условиях, соответствующих свободному падению в атмосфере, а также в качестве развлекательного аттракциона для граждан.
Известен способ сооружения аэродинамической трубы, включающий возведение аэродинамической камеры для проведения испытаний различных объектов, тренировок спортсменов и развлечений граждан, нагнетателей воздуха в камеру и силового привода нагнетателей [Аэродинамическая труба. Патент РФ №2349889, опубл. 20.03.2009 г. в бюллетене изобретений №8].
Недостатком этого способа сооружения аэродинамической трубы является использование в качестве привода нагнетателей воздуха электродвигателей, потребляющих значительную электрическую мощность, что негативно сказывается на эксплуатационных затратах аэродинамической трубы.
Прототипом предлагаемого технического решения выбран способ проведения зрелищного представления [Патент РФ №2295374, опубл. 20.03.2007 г. в бюллетене изобретений №8]. Прототип обладает такими же недостатками, что и аналог.
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание способа сооружения аэродинамической трубы, использующей пневматическую энергию для ее работы, напрямую полученную из возобновляемых источников энергии (природных водотоков). При этом существенно снижаются затраты на эксплуатацию аэродинамической трубы.
Согласно изобретению техническая задача решается следующим образом. Способ сооружения аэродинамической трубы (см. Фиг. 1) включает возведение аэродинамической камеры (1) для проведения испытаний различных объектов, тренировок спортсменов или развлечения граждан, нагнетателей воздуха (2) и силовой привод нагнетателей (3). Способ сооружения аэродинамической трубы отличается тем, что силовой привод (3) выполняют в виде гидроагрегатов - генераторов пневматической энергии, получаемой прямым преобразованием гидравлической энергии водотоков в пневматическую энергию. Гидроагрегаты (3) сооружают в виде водоводов, помещают в русло водотока параллельно скорости движения воды. Гидроагрегаты (3) накапливают кинетическую энергию потока воды, преобразовывают ее в потенциальную энергию гидравлического удара, под действием которой совершается механическая работа по перемещению подвижных в радиальном направлении стенок водоводов (мембран), являющихся одновременно рабочими органами нагнетателей воздуха (2). Накопители пневматической энергии выполняют в виде воздушных ресиверов (4).
В предложенном способе кинетическая энергия всего объема воды, движущейся в водоводе с первоначальной скоростью (до инициирования гидравлического удара в водоводе), сначала преобразуется при перекрытии сечения водовода автоматически работающими от энергии потока воды ударными клапанами (5) в потенциальную энергию упругой деформации воды и стенок водовода [Гидравлика. Н.Н. Кременецкий, Д.В. Штеренлихт, В.М. Алышев, Л.В. Яковлева, М., Энергия, 1973, с. 215-217]. Под действием потенциальной энергии совершается механическая работа по радиальному перемещению подвижных частей стенок водовода (мембран), являющихся рабочими органами нагнетателей воздуха (2).
В предложенном способе кинетическая энергия начинает накапливаться в водоводах гидроагрегатов (3) при открытии ударных клапанов (5), работающих автоматически за счет энергии потока воды. Количество и время накопления кинетической энергии воды в водоводах гидроагрегатов зависит от массы воды в них, т.е. от длины и поперечных размеров водоводов. Масса является мерой инерции, чем больше длина водовода при фиксированных размерах его поперечного сечения, тем больше требуется время для накопления энергии. Накопление кинетической энергии происходит при возрастании скорости движения воды от нуля до значения, соответствующего установившемуся движению жидкости в водоводах при известных значениях гидравлических сопротивлений и напора на входе в водоводы. Далее, кинетическая энергия всего объема воды, движущейся в водоводе со скоростью, соответствующей установившемуся движению, быстро преобразуется в потенциальную энергию гидравлического удара при перекрытии сечения водовода автоматически срабатывающими от энергии потока воды ударными клапанами (5). Под действием потенциальной энергии совершается механическая работа по радиальному перемещению подвижных частей стенок водовода (мембран), приводящих в возвратно-поступательное движение рабочие органы нагнетателей воздуха (2). Нагнетатели воздуха снабжены всасывающими и нагнетательными клапанами (6). Размеры водоводов и их количество выбирают согласно гидрологическим параметрам природного или техногенного водотока. Водоводы устанавливают в створе водотока параллельно друг другу и скорости потока воды. Срабатывание автоматических ударных клапанов (5) всех параллельно установленных водоводов происходит не одновременно, а со сдвигом во времени, обеспечивая непрерывность накопления и отбора энергии во времени. Кроме того, параллельно установленные друг другу водоводы в створе водотока являются для последнего гидравлическими сопротивлениями, поэтому создают перед собой подпор, необходимый для накопления энергии и срабатывания автоматических ударных клапанов.
Способ реализуется следующим образом. Преобразованная гидроагрегатами (3) энергия потока воды с установленным на них нагнетателями воздуха (2) в пневматическую энергию поступает в теплоизолированные ресиверы (4) для сохранения тепловой энергии сжатого воздуха. Далее по мере необходимости горячий воздух поступает в расширитель (7). В качестве расширителя может быть использован турбодетандер с отбором дополнительной механической энергии, например, для привода электрогенератора (8) или обычное дроссельное устройство, регулирующее расход воздуха. В случае недостаточности тепловой энергии сжатого воздуха в ресивере (4) и предотвращения обмерзания расширителя (7), воздух перед ним подогревают в теплообменнике (9). Для подогрева воздуха используют энергию, снятую с детандера. При необходимости возможен подогрев воздуха в теплообменнике (10) перед аэродинамической камерой (1) для обеспечения в ней комфортных условий. После расширителя (7) воздух подают в аэродинамическую камеру (1).
Использование заявленного технического решения обеспечивает питание аэродинамической трубы недорогой пневматической энергией, напрямую выработанной из возобновляемых источников энергии, природных низконапорных водотоков, что снижает эксплуатационные затраты аэродинамической трубы.
1. Способ сооружения аэродинамической трубы, включающий возведение аэродинамической камеры для проведения испытаний различных объектов и тренировок спортсменов или развлечений граждан, нагнетателей воздуха и силового привода нагнетателей, отличающийся тем, что силовой привод выполняют в виде гидроагрегатов-генераторов пневматической энергии, напрямую преобразующих энергию потока воды в энергию сжатого воздуха, помещают гидроагрегаты в русло водотока параллельно скорости движения воды, накапливают полученную гидроагрегатами пневматическую энергию в пневматических аккумуляторах, направляют поток воздуха из пневматических аккумуляторов в расширители воздуха, из расширителей воздух подают в аэродинамическую камеру.
2. Способ сооружения аэродинамической трубы по п. 1, отличающийся тем, что расширители воздуха выполняют в виде детандеров, с которых возможно снимать дополнительную полезную энергию.
3. Способ сооружения аэродинамической трубы по п. 1, отличающийся тем, что пневматические аккумуляторы (ресиверы) теплоизолируют для сохранения высокой температуры сжатого воздуха и предотвращения потерь тепловой энергии, приводящей к обмерзанию расширителя.
4. Способ сооружения аэродинамической трубы по п. 1, отличающийся тем, что воздух подогревают перед расширителями в случае потерь тепловой энергии в ресиверах.
