Погодний енергокомплекс і спосіб формування в ньому тягового повітряного потоку

Винахід відноситься до нетрадиційних і відновлювальних джерел енергії, зокрема, до енергокомплексів, які використовують енергію сформованого в ньому повітряного потоку. Відомо авторське свідоцтво №1231252 „Вітроенергетична установка", МПК F03D1/04, публ. 15.05.86., автори Єрохін M.B. та інші. Даний пристрій має вітрозбирач, енергетичну установку і конструктивні елементи для активізації повітряного потоку. Активізація повітряного потоку в даному пристрої здійснюється за допомогою кільцевого сопла, розташованого на виході із вітрозбирача, що забезпечує активізацію повітряного потоку достатню тільки для збільшення моменту зрушення вітроколеса. Відомо авторське свідоцтво №1657723, „Вітродвигун ЕНІП-2", МПК F03D3/04, публ. 23.06.91., бюл. №23, автор Пікуль Β.Η. Даний пристрій містить вітрозбирач, конвективний повітряний канал, вихідний отвір якого обладнаний просторовою конструкцією із наскрізними каналами для активізації повітряного потоку в конвективному повітряному каналі, повітряну турбіну. Пристрій дозволяє використовувати вітровий потік у відкритій атмосфері для активізації повітряного потоку в повітряному каналі за допомогою просторової конструкції, наскрізні непрямі канали якої забезпечують надходження до вихідного отвору повітряного каналу вітрового потоку у відкритій атмосфері. Але пристрій не забезпечує, одержання великих номінальних і установлених потужностей надважких турбогенераторів наземного базування, так ж наскрізні канали вітрозбирача і просторової конструкції являються непрямими і пасивними елементами функціювання даного пристрою у відкритій атмосфері, що абсолютно залежить від зовнішніх (механічних) негативних характеристик напорно-інерційного вітрового потоку, тому його енергія в момент контактування із стінками наскрізних повітряних каналів радіусної форми просторової конструкції і вітрозбирача частково втрачається зі зміною її форми, відповідно зменшується і швидкість вітрового потоку; при подоланні неоднакових відстаней на поворотах в повітряних каналах вітровий потік розділяється на окремі різношвидкісні струмені, які через внутрішнє тертя між собою утворюють вихоревий опір вітровому потоку в повітряних каналах, тому загальний швидкісний стрибок вітрового потоку на пристрої прострорової конструкції буде менше очікуваного, а відтак і вплив активізуючого розрідження в зоні виходу конвективного каналу буде мінімальним; вказані в формулі співвідношення сумарної площі прохідного перетину повітряних каналів просторової конструкції і вітрозбирача є некоректним, оскільки вітрозбирач повинен забезпечити максимальний масовий (об’ємний) повітряний потік через окреслювану площу повітряної турбіни, а не обмежувати функціональні можливості просторової конструкції; вітровий потік у відкритій атмосфері в будь-який проміжок часу діє з одного визначеного напрямку, тобто практично тільки на декілька каналів просторової конструкції і вітрозбирача, тому активізація руху повітряного потоку у каналах буде відбуватися тільки з боку дії вітру, а відтак, не забезпечується активізація повітряного потоку по всій площі вихідного отвору повітряного каналу. В основу виноходу „Погодний енергокомплекс і спосіб формування в ньому тягового повітряного потоку" закладена задача створення такого енергокомплексу, конструктивні елементи якого : створюють в його імітаційному повітряному каналі стійкий первинний тяговий повітряний потік, повітрозабирач змієголової форми і активної дії, імітаційний повітряний канал, який складається із адвективної і конвективної частини просторового розташування, сукупність яких функціонально імітує висхідн у лінію природного переносу повітряних мас в атмосфері, певна залежність діаметрів поперечного перетину на різних його ділянках, його внутрішнє облаштування активізують швидкісні і оптимізують якісні характеристики повітряного потоку, - перетворюваючий силовий суматор (далі ПСС) з прямоточними вакуум учими каналами, які розширюються до виходу, причому, площа його горизонтального робочого перетину в 3 рази більша площа перетину робочої ділянки адвективної частини імітаційного повітряного каналу (далі ІПК); використовують енергію повітряного потоку в силовому полі від" ємного тиску по всій довжині ІПК; конструктивні особливості повітряної турбіни, встановленої на робочій ділянці адвективної частини ІПК - забезпечити формування в ІПК погодного енергокомплексу тягового повітряного потоку з такими характеристиками, якпрактична лінійність руху повітряного потоку, рівномірність розподілення силового тиску на кожну одиницю площи перетину на всіх ділянках ІПК, що дає можливість збільшити енерговідбір на лопатях повітряної турбіни, використати надважкі високономінальні генератори наземного базування для одержання великих установлених потужностей. Суть винаходу-пристрою полягає в наступному: погодний енергокомплекс має повітрозабирач, конвективний повітряний канал, вихідний отвір якого обладнаний просторовою конструкцією із наскрізними каналами для активізації повітряного потоку в конвективному повітряному каналі, повітряну турбіну. - що відомо. Наступні істотні ознаки являються новими. Повітрозабирач є активним елементом енергокомплексу і має змієголову форму з вертикальними направляючими шторами, площини яких спрямовані до осьової лінії адвективного повітряного каналу під кутом 10град. по ходу повітряного потоку. Форма центральної осі імітаційного повітряного каналу подібна функціонально до висхідної лінії природного переносу повітряних мас в атмосфері. Повітряний канал складається із адвективної частини, з’єднаної з горловиною повпрозабирача, і конвективної частини. Внутрішній кут “ a ” між їх центральними осями не менше ніж 93град., в свою чергу адвективна частина послідовно складається із повітрозабирача, розгінної ділянки у вигляді зрізаного конусу, робочої ділянки, демпферно-стабілізуючої ділянки, вхід в яку має розширений овальний перетин, а при переході до колбоподібної форми вона оснащена затримуючим козирком, діаметри робочої ділянки адвективної частини, вхідного і вихідного отворів ІПК знаходяться в наступній залежності ДВХ.=Д ВИХ.>Др., дє Др. - діаметр робочої ділянки; Двх. - діаметр вхідного отвор у, Двих. - діаметр вихідного отвору. Просторова конструкція виконана у ви гляді ПСС (перетворюючий силовий суматор). Його незамкнутий корпус аеродинамічної форми має відкритий зів з захисними горизонтальними панелями і підпірну частину, задня кромка якої є лінією відриву швидкісного вітропотоку висотного вітру, де розміщено ряд дахоподібних утворень з ламінізуючими манжетками, вершини яких з’єднані поперечним підпірним профілем. Під підпірною частиною корпусу виконані вітроприймальні вікна прямопоточних вакуум уючи х каналів, які розширюються до виходу гантелеподібних у розтині, причому їх центральні ділянки обладнані по всій їх довжині пасивними генераторами від" ємного тиску, розташованими на протилежних внутрішніх стінках кожного прямопоточного вакуумуючого каналу і зсунути х відносно один одного. Пасивні генератори від’ємного тиску представляють собою повітряні щілини, передні активні кромки яких по ходу повітряного потоку в прямопоточних вакуумуючи х каналах облаштовані підпірними поверхнями радіусного перетину, паралельно їх активній кромці встановлені нерухомо із зазором активізуючи планки, причому їх передні кромки зсунуті вперед відносно активних кромок підпірних поверхонь. Площа вихідного отвору конвективної частини розташована нижче площі максимального горизонтального перетину перетворюючого силового суматора, площа перетину якого більша площі перетину робочої ділянки адвективної частини в 3 рази і нахилена вперед, причому робочий кут її нахилу не менше ніж 4 град. Повітряна турбіна встановлена на робочій ділянці адвективної частини, на її барабані, закритому з обох кінців конусними ковпаками, встановлені зсунуті по колу обертання відносно один одного на 60град. два силові трьохлопатеві елементи, форма верхніх профілів кожної лопаті представляє собою частину логарифмічної спіралі, нижня точка якої розміщена на поверхні барабана, а верхня точка розміщена на внутрішній поверхні аеродинамічної оболонки з центральним кутом між ними 105град., на виході із повітряної турбіни всі нижні точки лопатей зміщені на центральний кут 30 град. відносно нижніх точок на вході повітряної турбіни, а в сукупності всі нижні точки кожної лопаті утворюють гвинтову лінію на поверхні барабана, на виході із повітряної турбіни всі верхні точки лопатей зміщені на центральний кут 40 град. відносно верхніх точок всіх лопатей на вході повітряної турбіни. На задніх кромках верхніх-половин кожної лопаті встановлені активізуючи підпружинені закрилки, кут відхилення яких становить 30град., обмежений кінцевими упорами в позиції суміщення робочих площин закрилка і лопаті. На аеродинамічній оболонці, яка жорстко зв’язана з повітряною турбіною, на її ви ході, над кінцевими ділянками кожної лопаті розташовані динамічні генератори від’ємного тиску у вигляді повітряних вікон трапецієвидної форми в аеродинамічній оболонці, над якими утворені однобічні підпірні козирки, робочі поверхні яких звернеш в напрямку обертання повітряної турбіни, до того ж їх передні кромки облаштовані активізуючими планками. На вході в повітряну турбіну, з можливістю переміщення вздовж її осі обертання, встановлена розподільча касета з направляючими пластинами, які встановлені на поверхні підпірної обичайки у вигляді зрізаного конусу і підпружинені на радіальних осях обертання з можливістю максимального відхілення відносно осі обертання не більше ніж 6град. Більша основа підпірної обичайки розподільчої касети частково перекриває вхід в повітряну турбіну з утворенням зазору між внутрішньою поверхнею підпірної обичайки і поверхнею конусного ковпака барабана повітряної турбіни. На виході повітряної турбіни жорстко встановлена в повітряному каналі комбінована опорно-стабілізуюча решітка, яка утворена двома концентричними кільцями, скріпленими в передній площині опорними радіально-променевими пластинами, а в задній площині, - перехрещенням горизонтальних і вертикальних смуг, причому висота будь-якої пари суміжних смуг співвідноситься як 1:1,5, і вони періодично повторюються. Верхні кінці радіально-променевих пластин по периметру мають прямокутні опорні косинці, які зв’язані між собою захисною юбкою у вигляді зрізаного конусу, утворюючи реактивну обойму, яка охоплює із зазором по периметру вихід повітряної турбіни над повітряними вікнами в аеродинамічній оболонці. На робочій ділянці перед розподільчою касетою адвективної частини встановлений пусковий повітряний затвор у вигляді кільцевої рами з несучою хрестовиною, на якій встановлені осі обертання секторних створок, причому один кінець кожної осі обертання встановлений рухомо на кільцевій рамі, а другий кінець жорстко з’єднаний з конічною шестернею реверсивного приводу обертання, який жорстко закріплений на перехресті несучої хрестовини, причому осі обертання жорстко з’єднані із секторними створами на бісектрисах їх кутів. Накожному промені хрестовини встановлені кінцеві перемикачі, які фіксують секторні створки в положеннях „паралельно” або „перпендикулярно" напрямку повітряного потоку. Наступне відомо. Поворотна платформа, на якій розміщений перетворюючий силовий суматор, - патент України № 6419, „Вітродвигун Будревича", п убл. 29.12.94, бюл. №8-194, патентовласник Будревич К.А - Ме ханізм переміщення розподільчої касети, - повзунковий механізм на направляючих штангах з пружинами для повернення з приводом відцентрового регулятора швидкості (Артоболевський I.I., „Теорія механізмів і машин", видавництво „Наука", Москва, 1976,стор.390-399). Лопаті повітряної турбіни встановлені в кільцевому каналі, утвореному аеродинамічною оболонкою і барабаном, - патент України №303433, „Вітродвигун", бюл. №6-П-2000р, МПК F03D1/00, патентовласник Чумаченко AT. В разі застосування даного погодного енергокомплексу досягається максимальний відбір енергії повітряного потоку в адвективній частині імітаційного повітряного каналу за рахунок: можливостей використання надважких турбогенераторів наземного базування з високими номінальними потужностями для відбору енергії повітряного потоку штучно створеного в ІПК і активізованого по всій його довжині силами від" ємного тиску. Це забезпечує наступні суттєві ознаки: змієголова формаповітрозабирача з орієнтацією площини його штор до осьової лінії адвективної частини імітаційного повітряного каналу по ходу повітряного потоку під кутом 10град. забезпечує забір повітря по всій площі перетину вхідного отвору імітаційного повітряного каналу в секторі 180 град.; форма повітряного каналу, яка конструктивно забезпечується внутрішнім кутом між адвективною і конвективною частинами; додатковим введенням розгінної ділянки між повітрозабирачем і робочою ділянкою; додатковим введенням після робочої ділянки демпферно-стабілізуючої ділянки, яка забезпечує стабілізацію лінійності руху повітряного потоку і захист його від зворотних імпульсних ударів висотного вітру; застосування аеродинамічної оболонки повітряної турбіни усуває відцентрові викиди деформованого повітряного потоку; застосування динамічних генераторів від’ємного тиску збільшують швидкість повітряного потоку в порожнині повітряної турбіни і створюють додаткові реактивні зусилля на її лопотях при обертанні, за допомогою опорно-променевих пластин і опорних косинців в реактивній обоймі, опорно-стабілізуючи решітки вирівнюють на виході із повітряної турбіни характеристики деформованого повітряного потоку, знижують внутрішній опір повітряної турбіни в ІПК в цілому і збільшують лінійність і швидкість повітряного потоку; застосування рухомої розподільчої касети з поворотними направляючими пластинами на вході повітряної турбіни, дозволяє використати широкий діапазон швидкостей вихідного повітряного потоку повітряною турбіною, яка за аеродинамічними властивостями своїх лопатей і їх просторовому розташуванню пристосована для роботи тільки в середовищі тягового повітряного потоку сформованого в ІПК енергокомплексу. Конструкція погодного енергокомплексу дає можливість використовувати каскадне включення повітряних турбін, а також традиційних вітроколес на адвективній частині висхідного повітряного каналу, що забезпечує одержання великого коефіцієнта використання погодного енергокомплексу. Суть винаходу-способу полягає в наступному. Створюють первинний повітряний потік в ІПК енергетичної установки, активізують його в зоні виходу конвективного каналу, використовують енергію активізованого повітряного потоку, - що відомо. Наступні суттєві ознаки являються новими. Створюють в імітаційному повітряному каналі погодного енергокомплексу стійкий первинний тяговий повітряний потік, імітуючи лінію природного переносу повітряних мас в атмосфері за рахунок градієнтних сил температури і тиску, з переваженням їх вертикальних складових, і сил динаміки атмосфери з прив’язкою отриманого постійно діючого джерела градієнтних сил на висоті Нгр за схемою Ра-(Ра-РНгр), дє Ра - атмосферний тиск біля поверхні землі на вході в погодний енергокомплекс; (Ра-РНгр) - тиск на висоті дії градієнтів температури в 1град.С/100м і тиску 12,5гПа/100м, при цьому Н пер>Нгр , де Нпер - висота перевищення виходу із імітаційного повітряного каналу над входом в нього, яка є не меншою, ніж 100м. Активізують первинний повітряний тяговий потік в ІПК сумарною силою від’ємного тиску в закритій зоні виходу із ІПК і по всій його довжині, використовуючи сумарне розрідження, отримане за рахунок швидкісного підпірного стрибка висотного вітру на підпірній частині корпусу ПСС і за рахунок виникнення процесу вакуум ування в пасивних генераторах від’ємного тиску прямопоточних вакуумуючи х каналів. Використовують енергію тягового повітряного потоку, сформованого переважно за рахунок вертикальних складових постійно діючого джерела градієнтних сил і активізованого по всій довжині ІПК погодного енергокомплексу сумарними силами від’ємного тиску. Наступне відомо. Збільшують запас енергії тягового повітряного потоку при несприятливих атмосферних факторах в системі місцевої погоди, наприклад, за допомогою пристрою тепловологонасичення повітряних мас (Мейклеяр М.В-, „Сучасні котельні агрегати", М-, „Енергія", 1978р.) Застосування даного способу дає можливість використовувати переважно вертикальну складову градієнтних сил температури і тиску, які спричиняють виникнення в імітаційному повітряному каналі погодного енергокомплексу стійкого первинного повітряного потоку, зумовленого дією на нього джерела градієнтних сил температури і атмосферного тиску на робочій висоті погодного енергокомплексу при використанні імітаційного повітряного каналу у конвективному процесі. Дія джерела градієнтних сил на повітряний потік в ІПК підсилюється активізуючою дією на нього односпрямованого від’ємного сумарного тиску який створюється в ПСС і діє рівномірно на кожну одиницю окреслюваної площі в будь-якому перетині ІПК по всій його довжині. Сформований в імітаційному повітряному каналі повітряний потік не має негативних фізичних і аеродинамічних характеристик, притаманних начорно-інерційному вітровому потоку у відкритій атмосфері. Система, наприклад, резервного тепло - вологонасичення повітряного потоку на вході ІПК, штучно збільшує енергію повітряного потоку в разі добових або сезонних коливань впливу природних факторів атмосфери, таким чином додатково збільшує коефіцієнт використання погодного енергокомплексу. До того ж, оскільки імітаційний повітряний канал функціонально імітує лінію руху висхідного повітряного потоку в природі, то адвективна його частина не може бути горизонтальною, а конвективна не завжди є строго вертикальною, а діапазон кута між осями цих каналів дає практичну змогу врахувати природний ландшафт при монтажі. Пристрій ілюструється наступними кресленнями: Фіг.1, 2 - загальний вид погодного енергокомплексу; Фіг.3 - схемне від ображення горизонтальних і вертикальних сил тиску і лінії природного переносу-повітряних мас в атмосфері; Фіг.4 - перетворюючий силовий суматор (загальний вид); Фіг.5 прямопоточний повітряний канал в ПСС (канали) з пасивними генераторами від’ємного тиску; Фіг.6 повітряна турбіна (загальний вид);Фіг.7 повітряна турбіна з розподільчою касетою (вид збоку); Фіг.8 - повітряна турбіна (на виході); Фіг.9 - комбінована решітка (вид спереду і зверху); Фіг.10 - повітряний затвор (вид спереду). Погодний енергокомплекс фіг.1, 2 складається із змієголового повітрозабирача поз.1 направляючими шторами поз.2. До горловини повітрозабирача под’єднаний імітаційний повітряний канал поз.3, форма центральної осі якого подібна до лінії природного переносу повітряних мас в атмосфері фіг.3. Імітаційний повітряний канал складається із адвективної частини поз.4, і конвективної частини поз.5. Внутрішній кут між їх центральними осями не менше 93град. Адвективна частина складається із послідовно розташованих: повітрозаоирача змієголовом форми поз.1, розгінної ділянки поз.6 у вигляді зрізаного конусу, робочої ділянки поз.7, демферно-стабілізуючої ділянки поз.8, яка на вході має розширений овальний перетин поз.9, а при переході до колоподібної форми вона оснащена затримуючим козирком поз.10. Діаметри робочої ділянки адвективної частини вхідного і ви хідного отворів конвективної частини, який являється вихідним отвором поз.11 імітаційного повітряного каналу, знаходяться в такій залежності ДрНгр, де Н пер - перевищення по висоті виходу із ІПК над входом в нього; активізують первинний повітряний потік в ІПК сумарною силою від’ємного тиску в закритій зоні виходу із ІПК і по всій його довжині, використовуючи сумарне розрідження, отримане за рахунок швидкісного підпірного стрибка висотного вітру на підпірній частині ПСС і в процесі вакуум ування на пасивних генераторах від’ємного тиску в прямопоточних повітряних каналах, а також за рахунок використання динаміки атмосферних факторів в системі місцевої погоди; використовують енергію тягового повітряного потоку, сформованого, переважно, силами вертикальних складових постійно діючого джерела, градієнтних сил і активізованого по всій довжині ІПК; збільшують запас енергії тягового повітряного потоку при несприятливих атмосферних факторах в системі місцевої погоди. Виникнення рушійних сил горизонтального руху повітряних мас, так званого, вітру фіг.3 створюється, як правило, одним горизонтальним градієнтом тиску за умовною схемою: Ра-Рв, дє Pa. - п ункт на поверхні землі з меншим атмосферним тиском; Рв - пункт на поверхні землі з більшим атмосферним тиском, з максимальним чисельним значенням горизонтального тиску між ними 1-3гПа/100км. Так як сили вертикального тиску завжди присутні, постійно спрямовані вгору і більші за горизонтальні на одиницю відстані (12,5гПа/100м), то горизонтальний рух повітряних мас буде відбува тися під деяким кутом до горизонту. Стійке сходження повітряних мас в конвективному процесі не тільки запускається, а і відбувається силами градієнта температури 1град/100м, в результаті чого одиничний об’єм наземного повітря, ж більш теплий і більш легкий, піднімається на кожний новий рівень висоти з меншим атмосферним тиском, внаслідок чого відбувається ще й паралельне розширення вказаного об’єму повітря, а підйомні сили і швидкість його зміщення вгору складається з такими, що обумовлені градієнтом температури. І так на кожному рівні у 8м. Температурний градієнт працює спільно з градієнтом тиску, переважно в конвективних процесах, як первинний, або локомотивний, виконуючи роботу по підійманню маси повітря на геопотенціальну висоту ступеня (1гПа/8м) на кожні вісім метрів, переборюючи сили прискорення вільного падіння g=9,8м/кв.см. Очевидно, що конвективні процеси мало залежать від вітрової обстановки в приземному шарі повітря, в системі місцевої погоди - ці процеси самостійні. Швидкість руху повітряних мас конвективного процесу у відкритій атмосфері при відповідних значеннях енергії нестійкості атмосфери, або її наскрізного температурного градієнта, може сягати 40м/сек. і більше. (П-М. Тверський „Курс метеорології" Гідрометеорологічне видавництво, Л-, 1962 р. стор.156-159, табл.18). В системі місцевої погоди градієнт тиску може „включатися" самостійно в конвективних процесах, особливо в зимовий період, при негативних значеннях температури повітря. Очевидно, що градієнти рушійних сил температури і тиску, працюють в конвективних процесах, як спільно, при певних значеннях своїх величин, так і роздільно. Так, якщо градієнт температури в конвективних процесах у відкритій атмосфері проявляє свою перевагу у весняно-літній період, то градієнт тиску, відповідно, переважає при низьких температурах повітря, коли тиск має більші значення ступенів висоти підйому повітря Одержана крива фіг.3 природного руху. підйому і переносу повітряних мас в атмосфері може бути використана, як принципіальна схема дії пристрою і відтворена штучно на короткому відрізку імітаційного повітряного каналу на стандартній висоті спрацювання градієнтів температури 1град./100м і тиску 12,5гПа/100м по відповідній і умовній схемі: Ра-(Ра-РНгр), де Ра - атмосферний тиск біля землі, на вході повітряного каналу штучного пристрою, (Ра-РНгр) - атмосферний тиск на висоті спрацювання градієнтів температури і тиску не виході ІПК. Штучна система відтворення конвективних рушійних сил і руху повітряних мас в ІПК відрізняється від горизонтальних (вітрових) сил з хаотичними і випадковими напрямками їх виникнення в часі і просторі, тим що єдине і раціональне із множини, постійне за напрямком, функціонально відповідає умовній схемі (Ра-РНгр). Ця схема практично відтворює дію основного механізму природної „системи” переносу повітряних мас і енергії в земній атмосфері і „включена” вхідним „потенціалом" градієнтів в підстилаючий шар атмосфери, із самими активними і значущими за величиною градієнтними змінами фізичних властивостей приземного повітря, а другим - вихідним „потенціалом” - вгору, в постійно рухому, динамічну зону верхньої атмосфери, в якій породжуються погодні фактори, що викликають градієнтні зміни в підстилаючому шарі тропосфери, біля земної поверхні. Дія механізму конвективного руху повітряних мас в ІПК полягає в безперервному спрацюванні виникаючих градієнтних сил температури і тиску на кожному наступному рівні висоти одиночного об’єму наземного повітря з аналогічними висотного, тобто, за різницею температури і густини. Пристрій з механізмом системного використання рушійних сил в ІПК відрізняється від хаотичного і безсистемного зародження вітрового потоку з одним, занадто слабким, градієнтом тиску, тим, що вже два основні градієнти з ідентичними силовими функціями перенесені з випадкових, горизонтальних напрямків на постійний вертикальний і стаціонарно прив’язані до стандартної висоти (Ра-РНгр) - утворюють постійно діюче, беззатратне джерело рушійних сил, що рухають повітряний потік в ІПК від входу до виходу. Якщо конвективний потік у відкритій атмосфері молекулярне зчеплений з довколишніми, зустрічними, більш холодними і малорухомими масами повітря, внаслідок чого відбуваються процеси обміну енергією, тертя, підсосування і гальмування його руху, то енергія повітряного потоку, який рухається в ІПК витрачається, переважно, на розширення його об'єму і збільшення швидкості зміщення вгору. Одержаний повітряний потік в штучному каналі рушійними силами двох градієнтів ще не завжди може бути достатнім і надійним для роботи системи в режимі відбору промислової потужності. В зв’язку з ним виникає необхідність доповнити природний потік в каналі штучно створеними силами активізації за рахунок використання енергії висотного вітру, тобто, активізувати і оптимізувати р ух повітряного потоку в ІПК із застосуванням технічних засобів, підсилюючих швидкість повітряного потоку і його інші якісні характеристики до максимально можливих значень, сформувавши тим самим робочий повітряний потік в ІПК. Для одержання відповідних сил тут більш доцільно використати такий природний фактор, як висотний вітер, швидкісні і інші характеристики, якого більш прийнятні і переважають характеристики наземного вітру. Так, по усередненим даним, „Технічна метрологія", (Бьоєр В.. Гідрометеорологічне видавництво, Л., 1966р. Стор.38-44, табл.5) для метеоумов середньої Європи, на висоті 100м швидкість висотного вітру у два рази вища від швидкості наземного. Очевидно, що пряме використання енергії висотного вітру на даній висоті занадто проблемне, тому раціональніше застосувати спосіб активізації руху повітряного потоку в ІПК шляхом створення сумарного розрідження в порожнині ПСС, над виходом повітряного потоку із ІПК і способом локального розрідження в прямо поточних вакуум уючи х каналах, і за допомогою щілиноподібних жалюзей, які знаходяться на бокових зовнішніх стінках корпусу ПСС, і загальним зовнішнім розрідженням над вихідним зівом ПСС в результаті швидкісного стрибка висотного вітру на підпірній частині ПСС по формулі: Рроз=PЕ-Ра=Ρ(Up-Ua)/2, дє Рроз - величина розрідження над зевом ПСС в кПа; Рв - тиск у вер хній точці швидкісного стрибка над ПСС; Ра - атмосферний тиск на рівні ПСС; r (ро) - масова щільність повітря над рівнем моря, що дорівнює 1,26кг/куб.м; VВ - квадрат швидкості вітрового стрибка над ПСС; Va - квадрат швидкості висотного вітру. Сумарне-розрідження в порожнині ПСС породжує сили від’ємного тиску, що діють на конвективні маси повітря і проходять через площу горизонтального поперечного перетину ПСС S1, і визначають величину швидкості повітряного потоку і об’ємної витрати повітря в куб. м/см в ІПК за формулою: Py=Ppoз-Si, де Ру - підйомна сила в кН; Рроз - величина розрідження в порожнині ПСС в гПа; S1 - площа повздовжньо-горизонтального перетину в ПСС в кв.м; Величина об’ємної витрати повітряного потоку, який проходить через ІПК в куб.м/сек. Q=V1·S 1=V2·S 2 Q – об’ємна втрата повітря, яке проходить через ІПК за одиницю часу в куб.м/сек.; V1 - швидкість руху повітряного потоку через площу повздовжньо-горизонтального перетину ПСС величиною S1 в кв.м. V2 - швидкість руху повітряного потоку в робочому каналі в кв.м, S2 - площа поперечного перетину робочого каналу в кв.м, Об’ємна витрата повітря, яке проходить через ІПК постійна, в залежності від величини сил від’ємного тиску, але швидкість руху повітряного потоку через різні площі перетинів S1 та S2 будуть різними, звідки V2=V1 xS1 /S2. Якщо умовно прийняти швидкість вільного повітряного потоку, який викликаний тільки силами від’ємного тиску в порожнині перетворюючого силового суматора за одиницю, наприклад V1=1м/с, тоді швидкість повітряного потоку в робочому каналі перетином S2 дорівнює V2=n; при V1=2м/с, відповідно V2=2n і т.д. Величина швидкостей руху повітряного потоку викликаного тільки від’ємними силами в ПСС відносяться як величини площ перетину. Очевидно, що величина S1/S2=11 тут грає роль коефіцієнта силового впливу на швидкість руху повітряного потоку в робочому каналі енергокомплексу. Від’ємний тиск в порожнині перетворюючого силового суматора, який породжений дією висотного вітру чисельно більший атмосферного тиску на даній висоті, а викликані сумарним тиском рушійні сили спільно з рушійними силами градієнтів температури і тиску діють як односпрямовані і породжують сумарне силове поле від’ємного тиску в ІПК, який викликає, в свою чергу впорядкований синхронний рух потужного повітряного потоку, відповідно закону нерозривності від входу до виходу. Розташування перетворюючого силового суматора на стандартній висоті спрацювання градієнтів температури висотного повітря і наземного, з постійно меншою щільністю повітря на виході повітряного каналу робить конвективний процес чутливий до всі х найменших змін в атмосферній системі місцевої погоди і постійно діючих в тій чи іншій мірі. Навіть слабкий рух висотного вітру викликає механічні зрушення повітряного потоку в ІПК, а турбулентне перемішування повітряних мас в висотному потоці активізує градієнт температури на виході силового суматора, так як теплопровідність повітря при цьому сотні тисяч раз більша за молекулярне, а повітряні маси потоку на виході із ІПК становляться меншої щільності і більш активні за наземні при контактному перемішуванні. Крім трьох основних атмосферних факторів, які беруть постійну участь в формуванні тягового повітряного потоку в ІПК погодного енергокомплексу, позитивний вплив на швидкість і стабільність його руху спричиняють інші фактори вище розташованих шарів атмосфери: швидкісні повітряні течії, які змінюють загальний атмосферний тиск підсосу, понижуючих температуру верхніх шарів, вносять турбулентне перемішування повітряних мас, руйнуючи ігри цьому температурні розшарування атмосфери, що в свою чергу, активізує енергію нерівноважного стану атмосфери і її наскрізний (геометричний) градієнт температури. Відрізняючись від горизонтального вітру, який породжується силами тільки одного градієнта тиску з масивом існуючих хаотично виникаючих характерне пік, повітряний потік, сформований в ІПК погодного енергокомплексу, як енергоносій, відрізняється великою постійністю своєї присутності, мало залежить від вітрової обстановки в системі місцевої погоди, має усереднені швидкості руху 11-15м/с., з практичною лінійністю руху, частковою керованістю, відсутністю сумарного опору за окреслюванню площею вітроколеса, ротора турбіни, тощо і дозволяє до 1/3 повної енергії повітряного потоку використовувати на кінцевий результат вихідної потужності. До того ж повітряний потік не втрачає своїх механічних якостей при зміні напрямку руху, маючи суцільну структур у своєї щільності, здійснює рівномірний тиск на кожну одиницю площі будь якого перетину каналу, не утворюючи на окремих ділянках вітроколеса силові перекоси, що дозволить при експлуатації повітряних коліс (роторів) з великим діаметром використовувати електрогенератори великих номінальних потужностей до 1000МВт з наземним базуванням. Основними факторами в атмосфері над підстилаючою поверхнею, впливаючими на початок і інтенсивність розвитку конвективних процесів, являється характер, чи структура розподілення температури атмосферного стовпа по висоті, або так званий наскрізний (геометричний) температурний градієнт атмосфери, який визначає енергію так званої нестійкості атмосфери, або конвективну рівновагу. Таких варіантів в місцевій атмосфері визначено три: стійке, без різниці, не стійке Перше із них блокує “наскрізний” градієнт температури атмосферного стовпа, другий - іноді потребує підвищеної енергії повітряних мас для подальшого переміщення вгору, третій градієнтний варіант атмосфери відкриває шлях до повної енергії нестійкості атмосфери і відповідно, максимальній енергії розвитку і швидкості руху повітряних мас конвективного процесу. Така система місцевої погоди характерна не лише для позитивних температур повітря, коли сонячна активність в атмосферних процесах максимальна і переважає в ній градієнт температури. В зимовий період коли градієнт температури в природних умовах незначний, градієнт тиску в конвективних процесах грає основну роль, а значення висотних ступенів на одиницю тиску досягає значних величин. Конвективні процеси в атмосфері можливі, за невеликими виключеннями, у всі пори року. вночі і вдень. У весняно - літній період при активній провідній ролі градієнта температури конвективний процес має максимальний розвиток вдень, переважно в сонячні і малохмарні дні, до 5 балів хмарності, зі сходом сонця, коли в атмосфері розпадається температурні повітряні шари, і можуть продовжуватись до глибокої ночі, до повної втрати радіаційного тепла підстилаючою поверхню землі. Взимку, коли градієнт температури в природних умовах слабкий і майже зникають температурні розшарування в атмосфері, що приводить до нормального розподілення градієнта атмосфери і самим високим значенням його енергії і розвитку конвективних процесів. Стосовно до установок (енергокомплексів). Які використовують конвективний рух повітряних мас в повітряних каналах в якості енергоносія, де його енергія витрачається тільки на збільшення власного об’єму і швидкості зміщення вгору, одержують можливість штучного впливу на процеси, які активізують швидкість повітряного потоку в каналі і час його робочої, присутності за допомогою установки тепловологонасичення прохідної повітряної маси. В літній період вологе повітря активніше сухого в конвективних процесах, так як має більшу енергію підйому навіть, коли стан атмосфери „без різниці”. Взимку, при великій енергії наскрізного градієнта атмосфери і великих значеннях ступенів градієнта тиску, при надані повітряному потоку в каналі 1град. С тепла дає можливість підвищити середню швидкість повітряного потоку до 15-20м/с і більше. Застосування даних технічних рішень з використанням повітряних теплових потоків промислової вентиляції гарячих металургійних цехів, коксових батарей, шахт. використання скидних і оборотних енергоносіїв ТЕЦ, навіть, спалювання низькосортних видів палива значно підвищує е фективність роботи енергокомплекса, його коефіцієнт використання встановленої потужності. Приклад. Конвективна частина енергокомплексу споруджується на підвищенні місцевого ландшафту. Його адвективну частину споруджують на схилі з кутом між центральними осями адвентивного і конвективного каналів в діапазоні 87град., з бажаним напрямком сектора дії панівних вітрів, характерних для даної місцевості, без перешкод перед входом в порожнину повітрозабирача відстанню не меншою за 300м. Перетворюючий силовий суматор розташовується на висоті дії швидкісного постійно присутнього і більш якісного по лінійності висотного і ущільненого вітропотоку від чого одночасно збільшується різниця висот перевищення Нпер. між входом і виходом, що являється головною технологічною умовою надійної і стійкої роботи тягового повітряного потоку, який сформований в ІПК погодного енергокомплексу. Погодний енергокомплекс може працювати в різних режимах в залежності від стану атмосфери в системі місцевої погоди. З моменту відкривання пускового повітряного затвору у адвективній частині ІПК практично відразу починається синхронний рух повітряного потоку в ІПК від входу до ви ходу. При активному розвитку атмосферних умов, так званому нестійкому її стані, при якому енергія наскрізного атмосферного градієнта найбільша, і відповідно, конвективні процеси відповідають самим високим значенням - швидкість тягового вітряного потоку в ІПК найбільша. Розподільча касета відведена від повітряної турбіни. Відбувається самий високий відбір енергії повітряного потоку на лопатях повітряної турбіни і відбір самих великих потужностей електрогенератором. При не розрізнюваному стані, конвективної рівноваги атмосфери, сухе повітря в конвективних процесах має меншу енергію підйому, ніж вологе (ненасичене) в момент розвитку процесів температурного розшарування (стратифікації) атмосфери. В цьому випадку може знизитися енергія конвективних процесів, як наслідок цього, швидкість повітряного потоку в ІПК і швидкість обертання повітряної турбіни Відповідно до даного режиму розподільча касета переміщується у ви хідне положення до повітряної турбіни. Поверхня конусної обичайки розподільчої касети направляє повітряний потік із центральної її частини до периферійних ділянок лопатей повітряної турбіни, а направляючи пластини, відповідно, під деяким кутом до робочих площин лопатей повітряної турбіни, що рівнозначно якісній зміни їхніх характеристик. Основною операцією цього режиму є запуск установки зволоження робочих повітряних мас на вході ІПК, чим досягається розширення технічних можливостей погодного енергокомплексу штучним впливом на природні процеси, які використовуються в даному способі відбору енергії. Днів з розвитком сприятливого сталу атмосфери на півдні України за сім місяців у весняно-літній період становить 82% з присутністю робочого процесу (по 18 годин на добу) 3200 годин; в зимовий період, відповідно 65% (по 20 годин на добу), або 2000 годин. Всього 5200 годин, що становить 60% річного часу, а коефіцієнт використання установленої потужності, відповідно, дорівнюватиме 0,6, що в свою чергу, втричі перевищує цей показник кращих світови х зразків сучасних вітросилових установок - (0,2), які працюють у відкритій атмосфері. В разі застосування в імітаційному повітряному каналі енергокомплексу технології штучної активізації градієнта температури робочого повітряного потоку установкою тепло-вологонасичення і відтворення природних сил в конвективних процесах разом зі ступенем атмосферного тиску в зимовий період - час робочого процесу в енергокормплексі може сягати - 75-80% (Довідник по клімату СРСР. вик. Ю Гидрометвипуск. Л-, 1966-1969р.) Стійкий стан, коли атмосфера розшарована (страгифікована) тепловими повітряними шарами, які блокують енергію атмосферного температурного градієнта і відповідно конвективні процеси, внаслідок чого знижується швидкість повітряного потоку. Якщо швидкість повітряного потоку знижується до неробочих значень, каскад знаходиться в очікувальному режимі або закривається пусковий повітряний затвор погодного енергокомплексу. В зимовий період, коли температурний градієнт знижує свою активність, а градієнт тиску збільшує ступінь підйому на одиницю градієнтної висоти включається система підігріву повітря, так як підвищення температури повітря в потоці на декілька градусів різко збільшує його природну вертикальну течію, і забезпечує постійну присутність повітряного потоку в ІПК, що значно підвищує рівень коефіцієнта використання встановленої потужності. Запровадження даного способу отримання тягового повітряного потоку і вироблення електроенергії в каналі енергокомплексу можливо „практично на суті більшості континентів, принаймні в смузі помірної зони - по обидва боки від екватора, так як фізичні властивості земної атмосфери, явищ в ній і їх динаміки, однакові і рівнозначні повсюдно, з деякими нюансами кліматичних умов, наприклад: широтний розподіл сонячної радіації; два температурних мінімуму і максимуму на екваторі; характер підстилаючої поверхні; характерні висотні повітряні течії, тощо. На тлі постійної присутності таких неоціненних фізичних властивостей атмосфери, як вертикальні сили градієнтів, що біля поверхні землі перевищують сили „горизонтального" вітру в 10 4 разів і породжують абсолютно невичерпні джерела енергії, тому провідна роль в застосуванні імітаційного повітряного каналу енергокомплексу в створенні захищених і керованих потужних повітряних потоків беззатратного відбору, і використання їхньої енергії є неперевершеним і без альтернативним способом в області нетрадиційної енергетики. Більше того, вітроенергетика, як галузь енергетики, не має великих перспектив в розвитку, а її частка у балансі промислової енергетики буде незначною, оскільки вітроресурси України порівняно невеликі, наприклад, у відносно вітропотенційних південних, приморських регіонах середньорічна швидкість вітру сягає 6-7м/с, в Карпатах - до 8м/с.