Генератор Маркелова

РАСЧЕТ ЭНЕРГОИЗВЛЕКАЮЩЕЙ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ТУРБИНЫ (патенты РФ N 2120058, N 2170364, N 2024780)

В качестве источника сжатого воздуха используем компрессор. Наиболее пригодными являются компрессоры объемного и динамического типа. Поршневой компрессор потребляет энергии в несколько раз меньше динамического, поэтому остановим наш выбор на компрессоре объемного типа — поршневом:

• Источник сжатого воздуха — компрессор поршневой ВП2-10/9.

• Производительность — 0,167 м3/с

• Конечное давление, Мпа — 0,9 (9 Атмосфер).

• Мощность на валу компрессора — 56,5 КВт

Судить об эффективности пневмогидравлической турбины будем, сравнивая затрачиваемую и полученную мощности, т.е. количество работы в секунду.

Производительность компрессора — объем воздуха, поступившего в компрессор при атмосферном давлении, т.е. производительность в 0,167 м3/с — объем воздуха перед входом в компрессор и после всплытия в турбине. При подаче воздуха под нижний уровень турбины через верхний уровень будет вытеснено 0,167 м3/с воды и столько же поступит под нижний уровень, создавая водо-воз-душную смесь и ее движение внутри корпуса турбины. Значение 0,167 м3/с соответствует расходу воды при расчете мощности пневмогидрав-лической турбины. Расчет проведем по формуле расчета мощности гидротурбины :

N=9,81·Q·H·КПД,

где 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения;

Q — расход воды в м3/с;

H — напор в м;

КПД реальной турбины достигает достаточно высоких значений и при наиболее благоприятном режиме достигает 0,94–0,95, или 94–95%. Мощность получаем в КВт. Поскольку рабочим телом является водо-воздушная смесь, есть необходимость подтверждения правомерности применения формулы расчета мощности для гидравлической турбины. Наиболее эффективным режимом работы турбины представляется режим, при котором используется смесь плотностью 0,5 т/м3 (состоящая из 50% воды и 50% воздуха). В этом режиме давление воздуха несколько выше абсолютного давления в корпусе турбины. Воздух из напорного патрубка компрессора выходит отдельными пузырями через равные промежутки времени, а объем пузырей равен объему воды между ними в корпусе турбины. Пузырь принимает форму шарового сегмента и в фиксированном пространстве работает как поршень, вытесняя воду только вверх, т.к. ее перетоку вниз препятствует более высокое давление, а перетоку в стороны — несжимаемость воды. При постоянной подаче 0,167 м3/с воздуха будет вытеснено 0,167 м3/с воды, т.е. через верхний уровень турбины будет вытеснено 2·0,167 м3/с водо-воздушной смеси с повышенной скоростью потока внутри турбины, тогда

N = 9,81·2·Q·0,5·H·КПД = 9,81·Q·H·КПД

Возьмем установку с высотой водяного столба равного 2 м и определим необходимую мощность двигателя компрессора на подвод под этот столб воды воздуха с учетом атмосферного давления исходя из данных технической характеристики компрессора:

N = (2 м·56,5 КВт) / (90 м + 10 м) = 1,13 КВт

На всей высоте установки будет наблюдаться восходящий поток водо-воздушной смеси, в котором независимая от глубины погружения тела выталкивающая сила позволяет разместить не менее 5 рабочих колес. Энергетический режим предлагаемой турбины протекает в более выгодных условиях, чем в известном насосе «Эрлифт», т.к. переток воды происходит ниже уровня воды в турбине, т.е. в условиях, близких к условиям невесомости, без значительного подъема воды в корпусе турбины, на что в насосе расходуется основное количество энергии. Возьмем КПД турбины равным 0,9. В этом случае мощность равна:

N = 9,81·0,167 ·2 ·5 ·0,9 = 14, 7 КВт

Таким образом, нами была получена энергия, в 13 раз превышающая затраченную:

14,7 КВт / 1,13 КВт = 13

Увеличение мощности за счет размещения дополнительных рабочих колес подтверждено на экспериментальных моделях. Косвенно работоспособность турбины подтверждена опытами, проведенными в Санкт-Петербургском Государственном Техническом Университете. Вот что пишет доктор технических наук, профессор, член комиссии по не-
традиционным источникам энергии при Правительстве РФ, заведующий кафедрой «Возобновляемые источники энергии и гидроэнергетика» Елистратов В.В.: «Однако исходя из гидравлики гидромашин и наших многочисленных опытов по впуску воздуха в рабочее колесо гидротурбины с целью снижения кавитационной эррозии, было показано, что при улучшении кавитационных показателей энергетические показатели значительно снижались». В этом случае опыты показывают, что подводимый воздух создает встречный поток, который, действуя на рабочее колесо снизу, заставляет его вращаться в обратную сторону. Такова конструкция колеса (Рис. 1). И это действие оказывает небольшой объем воздуха на небольшом участке, равном корпусу гидротурбины. Предлагаемая установка обладает способностью отбирать теплоту из воды и преобразовывать ее в механическую энергию. С учетом разности температур воды и воздуха, когда температура воды равна 80oС (термальный источник, вода, нагретая в солнечном коллекторе, в системе охлаждения турбин, компрессоров и т.д.), а температура воздуха 20oС, коэффициент увеличения объема воздуха, согласно закону Люссака, равен

1+ (80oС – 20oС)/273 = 1,2

Мощность будет равна

N = 14,7 КВт· 1,2 = 17,6 КВт

Наши ожидания в выигрыше энергии подтвердились.

Сразу добавлю, что за компрессором можно установить бак-расширитель с клапаном на входе, который позволит удержать сжатый воздух в достаточном количестве, под давлением атмосфер пять и регулятором давления воздуха на выходе (Можно использовать обычный газовый шаровой кран). Тогда, в качестве компрессора, можно использовать устройства, которые подают воздух неравномерно. Например - небольшой ветряк, соединенный с насосом. При наличии ветра, он будет создавать в расширителе избыточное давление, которое позволит установке работать, когда ветер отсутствует. Да и вообще, компрессоров может быть несколько. Ветряной, электрический, ручной и т.д. При таком подходе, получаем равномерное получение электроэнергии, независимо от внешних условий.

Принцип действия генератора основан на том, что поток воздуха, подаваемый в трубу снизу, выдавливает мз верхней части аналогичное количество воды, что обеспечивает ее постоянную циркуляцию в баке. А если удается раскрутить воду, то с помощью крыльчаток можно получить вращение вала, соединенного с электрогенератором.