Способ получения энергии путем ее многоступенчатого преобразования и устройство для его осуществления

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2311558

Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение

Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится преимущественно к области энергетического машиностроения и двигателестроения и может быть использовано на силовых приводах транспортных средств и для выработки электроэнергии.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В качестве прототипа принято устройство, содержащее основную гидротурбину, к которой присоединен насос, содержащий ротор с валом и выходной патрубок, к насосу присоединена вспомогательная гидротурбина, содержащая ротор с валом и входной патрубок, и которая присоединена к генератору электрического тока, причем вал насоса соединен с валом основной гидротурбины, выходной патрубок насоса соединен с входным патрубком вспомогательной гидротурбины, а вал вспомогательной гидротурбины соединен с валом генератора электрического тока. Вал насоса может быть соединен с валом основной гидротурбины через редуктор. Набольший эффект при эксплуатации устройства достигается, если в качестве вспомогательной гидротурбины используют гидротурбину радиально-осевого типа (см. патент Российской Федерации №2061186 С1, кл. F03В 13/00, 27.05.1996).

В данном устройстве путем многоступенчатого преобразования осуществляется получение электрической энергии, используя энергию гидравлического потока.

Однако данное устройство имеет сложную конструкцию и не позволяет увеличить КПД и крутящий момент, передаваемый на электрогенератор.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение КПД, упрощение конструкции за счет изменения кинематической схемы передачи с увеличением крутящегося момента от приводного двигателя до потребителя механической энергии.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявленный способ преобразования энергии рабочего тела в механическую и электрическую путем многоступенчатого преобразования включает использование приводного двигателя, имеющего крутящийся выходной вал, например, гидротурбины, передачу силового момента от вала приводного двигателя к потребителю механической энергии осуществляют посредством, по меньшей мере, двухступенчатого преобразования механической энергии в энергию рабочего тела, например воды, давление которой обеспечивают посредством использования центробежного гидронасоса или радиально-осевой гидротурбины, работающей в насосном режиме, с обеспечением выработки реактивной энергии от взаимодействия воды с лопастями ступени гидротурбины или реактивными струйными соплами рабочего колеса ступени, с передачей воды через неподвижный водовод и статор ступени, выполненный в виде спиральной камеры или разветвленного коллектора, при этом окружная скорость рабочего колеса ступени с лопастями или реактивными струйными соплами увеличивает крутящий момент на величину разности радиусов рабочего колеса ступени и рабочего колеса приводного двигателя, при этом нагрузкой для приводного двигателя является центробежный гидронасос или радиально-осевая гидротурбина первой ступени.

Заявленное устройство для преобразования энергии рабочего тела в механическую и электрическую энергию содержит приводной двигатель, имеющий крутящийся выходной вал, например, гидротурбины, передаточный вал, генератор и, по меньшей мере, две аналогичные друг другу ступени преобразования, при этом вал гидротурбины сочленен с рабочим колесом центробежного насоса первой ступени, радиально от которого отходят неподвижные водоводы, идущие до разветвленного коллектора или до спиральной камеры, по боковой окружности которых установлено рабочее колесо радиально-осевой турбины, несущее по периферии рабочие лопасти или сопла, под которыми установлен сточный коллектор, причем рабочее колесо гидронасоса второй ступени жестко установлено на валу, посредством которого имеет связь с рабочим колесом первой ступени и ротором электрогенератора.

Способ получения энергии путем ее многоступенчатого преобразования и устройство для его осуществления

Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 изображен общий вид устройства, позволяющего реализовать двухступенчатый заявленный способ; на фиг.2 изображена правая часть рабочих колес с внутренним подводом воды к их лопастям; на фиг.3 изображен подвод воды к реактивным соплам.

Устройство для осуществления заявленного способа содержит:

1 - приводной двигатель;

2 - генератор;

3 - рабочее колесо;

4 - неподвижный водовод;

5 - реактивные сопла;

6 - радиально-осевая гидротурбина или центробежный насос;

7 - сборный коллектор;

8 - направляющие лопатки;

9 - лопасти;

10 - сточный коллектор;

11 - водозаборная камера;

12 - вал, соединенный с генератором 2;

13 - нижняя часть вала 12;

14 - вал.

Между любым приводным двигателем, например гидротурбиной, 1 и конечным потребителем механической энергии - генератором 2 устанавливают устройство многоступенчатого преобразования механической энергии в энергию воды высокого давления с выводом этого рабочего тела по неподвижному водоводу 4 для его использования на максимально допустимом радиусе рабочего колеса ступени для взаимодействия с лопастями 9 или с другими энерговоспринимающими устройствами, например с реактивными соплами 5. Для чего в центре рабочей ступени устанавливают радиально-осевую гидротурбину, работающую в насосном режиме, или многоколесный центробежный насос 6. Радиально от насоса отходит неподвижный водовод или несколько водоводов 4, передающих энергию воды высокого давления на периферийную зону установки в сборную спиральную камеру или разветвленный коллектор 7, используемые в качестве статора с направляющими лопатками 8.

правая часть рабочих колес с внутренним подводом воды к их лопастям

В качестве энерговоспринимающей части ротора по максимальному диаметру роторного круга рабочего колеса ступени устанавливают на его ступице и ободе лопасти 9 радиально осевой реактивной гидротурбины или другие элементы конструкции, например сопла 5, которые получают энергию воды высокого давления воды с наружной стороны сборного коллектора 7 (фиг.1) или с внутренней стороны (фиг.2) с использованием существующих способов уплотнений между роторной и статорной частью.

Отток отработанной воды с лопастей 9 и сопел 5 рабочего колеса 3 ступени производят в сточный коллектор 10, донная поверхность которого должна быть в наклонной плоскости для естественного стока воды в водозаборную камеру 11 для ее дальнейшего использования.

Сущность предлагаемого способа заключается в многоступенчатом, одновременном и последовательном преобразовании механической энергии в энергию высокого давления рабочего тела, например воды, всеми ступенями, которые вырабатывают реактивную энергию на лопастях 9 или в соплах 5 рабочего колеса 3 ступени, увеличенного по радиусу в несколько раз относительно радиуса ротора приводного двигателя 1, и с увеличенным в несколько раз крутящим моментом.

Передача воды от гидронасоса 6 к лопастям 9 и к соплам 5 производится по неподвижному водоводу 4, при этом увеличение окружной скорости перемещения лопастей 9 радиально-осевой реактивной гидротурбины или реактивных сопел 5 происходит на увеличенном в несколько раз радиусе рабочего колеса первой ступени.

При таком многоступенчатом преобразовании энергии и взаимодействии последовательно включенных ступеней нагрузкой для приводного двигателя 1 является гидронасос 6 первой ступени.

Устройство многоступенчатого преобразования энергии может состоять практически из любого количества ступеней и множества комбинаций в их расстановке и компоновке, т.к. общим энергосвязующим элементом является рабочее тело (вода) высокого давления, поступающая к гидротурбинному узлу другой любой ступени по неподвижному водоводу.

На фиг.1 изображена для наглядности общая компоновка малоскоростного агрегата с 2-ступенчатым преобразованием, т.к. расположение входной части лопастей 9, обращенные к валу, вызовут при работе давление реактивной силы в сторону действия центробежных сил.

Поэтому на больших скоростях целесообразно использование схемы фиг.2 и фиг.3.

подвод воды к реактивным соплам.

Устройство для многоступенчатого преобразования энергии имеет приводной гидротурбинный или любой другой двигатель 1 на его вертикально расположенном валу жестко посажен ротор радиально-осевой гидротурбины 6 с лопастями 9, используемый в качестве гидронасоса первой ступени.

На выходе из насоса воды высокого давления установлено радиально один или несколько неподвижных водоводов 4 с направляющими лопатками 8, наглухо сочлененными сборным коллектором 7.

Рабочее колесо 3 первой ступени жестко посажено на нижнем участке сочлененного в точке "К" вала 13, работающего вне зависимости от верхнего участка вала 14. На периферийной зоне рабочего колеса 1-ой и 2-ой ступени установлены рабочие лопасти 9 от реактивной радиально-осевой гидротурбины.

Для отработанной воды от лопастей 9 установлен сточный коллектор 10. Для концентрации воды со стороны водозаборной части насосов выполнена водозаборная камера 11.

Устройство 2-ой ступени аналогично 1-ой ступени. Рабочее колесо гидронасоса 6 второй ступени жестко установлено на "верхней" части вала 14 и имеет посредством его прямую механическую связь с рабочим колесом 3 первой ступени. Рабочие лопасти 9 первой и второй ступени своей входной частью установлены снаружи сборного коллектора 7. Рабочее колесо 3 второй ступени посредством вала 12 соединено с ротором генератора 2. На фиг.2 изображена правая часть 1-ой и 2-ой рабочей ступени, в которой лопасти 9 своей входной частью установлены с внутренней стороны сборного коллектора 7.

Устройство осуществляет заявленный способ от любого приводного двигателя, в данном случае от гидротурбины 1. При передаче крутящего момента от гидротурбины 1 через нижнюю часть вала 13 на ротор гидронасоса 6 первой ступени, который при вращении засасывает воду из водозаборной камеры 11 и под давлением через направляющие лопатки 8, сборный коллектор 7 и неподвижный водовод 4 пропускает ее для отдачи энергии давления через лопасти 9 радиально-осевой гидротурбины. Сброс воды производится через сточный коллектор 10 в водозаборную камеру 11. Полученная энергия на лопастях 9 приводит во вращение рабочее колесо 3 с крутящим моментом большим, чем радиус гидротурбины 1. Таким образом, увеличенный момент на выходе первой ступени через верхнюю часть вала 14 передается на ротор гидронасоса 6 второй ступени, имеющей аналогичную конструкцию. Вода давлением на рабочие лопасти 9 рабочего колеса второй ступени при срабатывании образует увеличенный крутящий момент в соответствии с размерами. Одновременное действие силы и увеличит крутящий момент на приводном валу 12 генератора 2, что позволит увеличить его габариты.

Формула изобретения

1. Способ преобразования энергии рабочего тела в механическую и электрическую путем многоступенчатого преобразования, включающий использование приводного двигателя, имеющего крутящийся выходной вал, например, гидротурбины, передачу силового момента от вала приводного двигателя к потребителю механической энергии осуществляют посредством, по меньшей мере, двухступенчатого преобразования механической энергии в энергию рабочего тела, например воды, давление которой обеспечивают посредством использования центробежного гидронасоса или радиально-осевой гидротурбины, работающей в насосном режиме, с обеспечением выработки реактивной энергии от взаимодействия воды с лопастями ступени гидротурбины или реактивными струйными соплами рабочего колеса ступени, с передачей воды через неподвижный водовод и статор ступени, выполненный в виде спиральной камеры или разветвленного коллектора, при этом окружная скорость рабочего колеса ступени с лопастями или реактивными струйными соплами увеличивает крутящий момент на величину разности радиусов рабочего колеса ступени и рабочего колеса приводного двигателя, при этом нагрузкой для приводного двигателя является центробежный гидронасос или радиально-осевая гидротурбина первой ступени.

2. Устройство для преобразования энергии рабочего тела в механическую и электрическую энергию, содержащее приводной двигатель, имеющий крутящийся выходной вал, например гидротурбины, передаточный вал, генератор и, по меньшей мере, две аналогичные друг другу ступени преобразования, при этом вал гидротурбины сочленен с рабочим колесом центробежного насоса первой ступени, радиально от которого отходят неподвижные водоводы, идущие до разветвленного коллектора или до спиральной камеры, по боковой окружности которых установлено рабочее колесо радиально-осевой турбины, несущее по периферии рабочие лопасти или сопла, под которыми установлен сточный коллектор, причем рабочее колесо гидронасоса второй ступени жестко установлено на валу, посредством которого имеет связь с рабочим колесом первой ступени и ротором электрогенератора.

Имя изобретателя: Хомяков Лев Николаевич
Имя патентообладателя: Хомяков Лев Николаевич
Почтовый адрес для переписки: 156000, г.Кострома, ул. Мясницкая, 25, кв.29, Л.Н.Хомякову
Дата начала отсчета действия патента: 2006.07.04

Разместил статью: admin
Дата публикации:  11-01-2010, 19:18

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Фомин Дмитрий Владимирович  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!