Теплоповітряна електростанція

Теплоповітряна електростанція, що містить вітроколесо з лопатями, з'єднане з генератором, вертикальну трубу та систему підігріву, яка відрізняє ться тим, що тр убу виконано у вигляді металевого теплового вентиляційного каналу, горизонтальну частину якого розміщено у розрізі основи діючого терикона, перпендикулярно до його хвоста в зоні вогнища горіння, а вертикальна теплоізольована частина, в розтрубі якої на горизонтальній осі встановлено лопаті вітроколеса, має визначену висоту і розташована зовні терикона. (19) (21) u200705578 (22) 21.05.2007 (24) 25.12.2007 (72) МАЦЕВИТИЙ ЮРІЙ МИХАЙЛОВИЧ, U A, ЦЕНЦИПЕР АДОЛЬФ ІС ААКОВИЧ, U A, РЕЗНІКОВ СТАНІСЛАВ ЮРІЙОВИЧ, UA, ІЛЬЯШОВ МИ ХАЙЛО ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, ЛУКАЧ ЛЕОНІД МАТВІЙОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАШИНОБУДУВАННЯ ІМ. А.М.ПІДГОРНОГО НАЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ, UA, ЗАКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "ДОНЕЦЬКСТАЛЬ МЕТАЛУРГІЙНИЙ ЗАВОД", U A 3 28695 обладнаний складною системою підігріву повітря з використанням природного газу. Складне підтримання функціонування громіздкої ускладненої конструкції та додаткове використання енергоносіїв не сприяють ефективному використанню відомого пристрою з високим коефіцієнтом корисної дії. Найбільш близькою за технічною сутністю та сукупністю ознак є тепловихрова електростанція [патент РФ №2070660, F 03 D 3/04, Бюл. №35, 1996], що містить вітроколесо з лопатями, з'єднане з генератором, вертикальну трубу та систему підігріву. Пристрій обладнаний допоміжним генератором вихору, входом для потрапляння навколишнього повітря, системою підігріву, оснащеною секцією батарей (колосників), бункерами з трубами для подачі теплого повітря, дисковим генератором з валом, на якому закріплені вітроколеса, та дефлектором. Крім того, для створення вихрового потоку з постійною швидкістю передбачено масивний диск-ротор, а для досягнення необхідної швидкості вихору використовують систему подачі тепла, яке відбирають з металургійних, коксохімічних, атомних станцій і т. п. Відомий пристрій складний та неефективний у використанні, коефіцієнт корисної дії також низький, оскільки потребує додаткових енерговитрат. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення теплоповітряної електростанції шляхом виконання тепловентиляційного каналу в зоні тепловідбору з створенням умов для формування та спрямованого переміщення повітряних висхідних потоків з швидкісним виносом на лопаті вітроколеса, в якій досягнуто значного спрощення конструкції і підвищення коефіцієнта корисної дії. Поставлена задача досягається тим, що в теплоповітряній електростанції, що містить вітроколесо з лопатями, з'єднане з генератором, вертикальну трубу та систему підігріву, згідно з винаходом, трубу виконано у вигляді металевого теплового вентиляційного каналу, горизонтальну частину якого розміщено у розрізі основи діючого терикона перпендикулярно до його хвоста в зоні вогнища горіння, а вертикальна, теплоізольована частина, в розтрубі якої на горизонтальній осі встановлено лопаті вітроколеса, має визначену висоту і розташована зовні терикона. На фігурі подано запропоновану теплоповітряну електростанцію. Теплоповітряна електростанція складається із вітродвигуна 1, який включає вітроколесо з лопатями, що встановлено у розтрубі 2 металевого тепловентиляційного каналу 3 з частинами змінного напрямку. Горизонтальну частину каналу 3 розташовано у розрізі основи діючого терикона 4 у зоні вогнища горіння 5 перпендикулярно напрямку до його хвоста. Вертикальна частина каналу 3 визначеної висоти h обладнана теплоізоляцією 6 та встановлена зовні терикона 4. Вітродвигун 1, з'єднаний з електрогенератором 7, встановленим на 4 стрижневій опорі 8 і обладнано електрокабелем 9, з'єднаним з шафою 10. Нехай, tвx, r вх, uвх, tв, r в, uв відповідно температура, густина і швидкість атмосферного повітря на вході і ви ході металевого тепловентиляційного каналу 3, d-внутрішній діаметр каналу 3, D-діаметр розтруба. Теплоповітряна електростанція працює таким чином. У тепло-вентиляційному каналі 3 змінного напрямку з горизонтальною частиною, розміщеною у розрізі основи терикона 4 в зоні вогнища горіння 5 і вертикальною теплоізольованою частиною висотою h, розміщеною зовні терикона 4, відповідно створюється спрямований підйомний висхідний потік навколишнього повітря. Це відбувається за рахунок різниці між густиною та температурою повітря на вході tвx, r вх у канал 3 і густиною та температурою розігрітого повітря tв, r в на виході із нього. При цьому, за рахунок висоти h вертикальної частини каналу 3 утворюється перепад тиску повітря, який визначається за формулою: DP=h(r вx-r в) де DР - перепад тиску; h висота вертикальної теплізольованої частини; r вх=¦(t) - функція густини повітря в залежності від температури навколишнього повітря t; r в=¦(T) функція густини повітря в залежності від температурного поля Τ в зоні вогнища горіння терикона. Тобто, штучно створюється вітер з визначеним постійним напрямком і швидкістю, що ні в якому разі не залежать від наявності або відсутності вітру з навколишнього середовища. Швидкість такого штучного вітру визначається за формулою: Jâ = 2 DPg = râ 2dh(râõ- râ ) , râ де g - прискорення вільного падіння. Розігрітий повітряний потік обертає лопаті вітродвигуна 1, який, в свою чергу, обертає ротор електрогенератора 7 і виробляє електричний струм, що через електрокабель 9 і шафу керування 10 потрапляє до споживача. При цьому, встановлена потужність теплоповітряної електростанції визначається за формулою: Q=0.000481D2Jзв ξ, де Q - встановлена потужність вітродвигуна; D - діаметр лопатей вітродвигуна, що дорівнює диаметру розтруба запропонованої конструкції; Jв - вихідна швидкість вітру, що ометає лопаті вітроколеса вітродвигуна; ζ - коефіцієнт корисної дії вітродвигуна. Потужність вітродвигуна 1 за іншими рівними умовами залежить від кубічної величини швидкості повітряного потоку uв, який ометає лопаті вітродвигуна 1. Вибір і розрахунок цієї швидкості здійснюють згідно з урахуванням відомої температури у вогни щі горіння 5 терикона, визначеної висоти h вертикальної частини тепловентиляційного каналу 3 та відповідно діаметрів d і D каналу 3 і розтруба 2, за розміром відповідного до діаметра лопатів вітродвигуна 1. Температура діючих териконів у вогнищі горіння практично постійна на протязі кількох десятиріч і в деяких сягає 1200°С і вище. Однак, при проектуванні повітряних електростанцій з використанням тепла діючих териконів вибір 5 28695 обмежують териконами, з температурою в зоні вогнища горіння 600-700°С, за яких ніяких змін з металевим вентиляційним каналом не відбувається. Використання запропонованого пристрою дозволяє значно спростити конструктивне рішення та суттєво підвищи ти коефіцієнт корисної дії за рахунок створення повітряного потоку постійного напрямку і швидкості. Таким чином, запропонована теплоповітряна електростанція може використовуватися у комплексі обладнання з метою вироблення електричного струму за умов використання та утилізації тепла зони вогнища горіння діючих териконів незалежно від рози вітрів та їхньої швидкості. 6