Спосіб та пристрій для перетворення енергії газоподібного середовища (наприклад, повітря) в механічну або електричну “газотурбокомпресорний двигун віктора григоренка (гткд-вг)”

1. Спосіб перетворення енергії газоподібного середовища (наприклад, повітря) в механічну (електричну), при якому один потік газоподібного середовища направляють до турбіни, за якою утворюють вихрову зону, подаючи до цієї зони через завихрювачі другий потік газоподібного середовища, який відрізняється тим, що два потоки газоподібного середовища отримують, розділяючи потік газоподібного середовища після виходу з проточної частини механічно з'єднаного з турбіною компресора необ'ємної дії, і один з цих потоків газоподібного середовища подають на вхід проточної частини турбіни, а другий потік газоподібного середовища подають до розташованої за турбіною вихрової камери, в якій створюють вихрову зону. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вихрову зону у вихровій камері створюють таким чином, що приосьова зона вихру утворюється саме на виході із турбіни. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що потоки газоподібного середовища до входу проточної частини турбіни та до вихрової камери подають через концентричні кільцеві канали, причому потік газоподібного середовища, який подають до вихрової камери, завихрюють в кільцевому каналі, через який вихід проточної частини компресора сполучений з вихровою камерою. 2 (19) 1 3 Винахід стосується енергетики і може бути застосований в будь-якій галузі, де генерується або використовується електрична (механічна) енергія, переважно на різних електростанціях об'єднаної, регіональної, локальної енергосистем, і може бути також застосований на транспорті. Відомий спосіб перетворення енергії вітрового потоку (потоку газоподібного середовища повітря) в електричну або механічну, при якому вітровий потік (потік газоподібного середовища повітря) направляють до турбіни (вітроколеса, вітротурбіни), за якою утворюють вихрову зону, також подаючи до цієї зони вітровий потік (потік газоподібного середовища - повітря) через завихрювачі (Ветро-энергетика, под ред. Д. де Рензо - М; "Энергоиздат", 1982, с. 24-32, 48-49). Відомі всілякі вітроенергетичні установки (ВЕУ) з горизонтальною та вертикальною віссю обертання, з використанням сили опору, а також комбіновані (Дар'є, сонячно-вітрові і т. ін.). Проте всі відомі ВЕУ зупиняються за відсутності вітру, і це є головним недоліком, який стримує повсюдне впровадження ВЕУ, які використовують кінетичну енергію повітря. Відомим є прийнятий за прототип вихровий пристрій баштового типу для перетворення енергії вітрового потоку (потоку газоподібного середовища - повітря) в електричну (механічну), в якого башта з вертикальною віссю утворена вертикальними пластинами (вихроутворювачами) таким чином, що всередині башти утворений простір (вихрова камера), в якому утворюється вихор за будьякого напрямку вітру, а в нижній частині башти розташовано з'єднане з електрогенератором (споживачем) вітроколесо (турбіна), вісь якої співпадає з вертикальною віссю башти, вихідний переріз співпадає з областю низького тиску в приосьовій зоні вихору, а вхідний переріз спрямовує вітровий потік до вітроколеса (вітротурбіни)(Ветрознергетика, под ред. Д. де Рензо - М.; "Энергоиздат", 1982, с. 24-32, 48-49). Основним недоліком відомих способу та пристрою для перетворення енергії вітрового потоку (потоку газоподібного середовища - повітря) в електричну або механічну є те, що спосіб може бути реалізований, а пристрій може працювати лише за наявності вітру. Технічна задача винаходу полягає в удосконаленні способу перетворення енергії газоподібного середовища (наприклад, повітря) в механічну (електричну), при якому один потік газоподібного середовища направляють до турбіни, за якою утворюють вихрову зону, подаючи до цієї зони другий потік газоподібного середовища через завихрювачі, шляхом отримання двох потоків газоподібного середовища розділенням потоку газоподібного середовища, який виходить з проточної частини компресора, механічно з'єднаного з турбіною, подання одного потоку газоподібного середовища на вхід проточної частини турбіни, а другого потоку газоподібного середовища до вихрової камери. Відомо, що тиск в 87869 4 полі вихру у стислому середовищі (газоподібному серердовищі, наприклад, повітрі) неперервно зменшується з наближенням до вісі вихру зворотно пропорційно квадрату відстані до вісі, і тому всюди в полі вихру тиск менший за тиск в спокійному газоподібному середовищі (наприклад, атмосфері), тобто в полі вихру має місце підсмоктування (Н.Я. Фабрикант. Аэродинамика М. "Наука", 1964, с 387). Перепад тисків, що виникає при цьому, забезпечує видобування деякої частки внутрішньої енергії газоподібного середовища (наприклад, повітря) та перетворення її в механічну, внаслідок використовують не тільки кінетичну, але й внутрішню енергію газоподібного середовища (наприклад, повітря), що робить можливою реалізацію способу перетворення енергії газоподібного середовища -повітря в механічну (електричну) навіть за відсутності вітру. Технічна задача винаходу полягає також в удосконаленні пристрою для перетворення енергії газоподібного середовища (наприклад, повітря) в механічну (електричну), до складу якого входить механічно з'єднана зі споживачем турбіна, вихідний переріз проточної частини якої сполучений з вихровою камерою, шляхом механічного з'єднання турбіни з компресором, вихід проточної частини якого сполучений з входом турбіни та з вихровою камерою, внаслідок чого може бути використана не тільки кінетична, але й внутрішня енергія газоподібного середовища (наприклад, повітря), що робить пристрій для перетворення енергії газоподібного середовища - повітря працездатним навіть за відсутності вітру. Спосіб перетворення енергії газоподібного середовища (наприклад, повітря) в механічну (електричну), при якому один потік газоподібного середовища направляють до турбіни, за якою утворюють вихрову зону, подаючи до цієї зони другий потік газоподібного середовища через завихрювачі, характеризується тим, що два потоки газоподібного середовища отримують, розділяючи потік газоподібного середовища після виходу з проточної частини механічно з'єднаного з турбіною компресора, і один з цих потоків газоподібного середовища подають на вхід проточної частини турбіни, а другий потік газоподібного середовища подають до вихрової камери, розташованої за турбіною, а вихрову зону у вихровій камері створюють таким чином, що приосьова зона вихру утворюється саме на виході із турбіни; потоки газоподібного середовища до входу проточної частини турбіни та до вихрової камери можуть подавати через концентричні кільцеві канали, причому потік газоподібного середовища, який подають до вихрової камери, можуть завихрювати в кільцевому каналі, через який вихід проточної частини компресора сполучений з вихровою камерою; потік газоподібного середовища після виходу з вихрової камери додатково прискорюють, випускаючи його через регульований вихлопний пристрій. 5 Пристрій для перетворення енергії газоподібного середовища (наприклад, повітря) в електричну (механічну), до складу якого входить механічно з'єднана зі споживачем турбіна, вихід проточної частини якої сполучений з вихровою камерою, перед якою установлені завихрювачі, характеризується тим, що турбіна механічно з'єднана з компресором, вихід проточної частини якого сполучений з входом проточної частини турбіни і з вихровою камерою. Турбіна може мати спільний вал з компресором і споживачем, при цьому вихід проточної частини компресора може бути сполучений із входом проточної частини турбіни та з вихровою камерою через концентричні кільцеві канали, і завихрювачі установлені в кільцевому каналі, через який вихід проточної частини компресора сполучений з призначеною для утворення вихру вихровою камерою. Вал турбіни може бути з'єднаний зі стартером. За вихровою камерою може бути установлений регульований вихлопний пристрій. Вихрова камера може бути вихровою трубою, установленою співвісно турбіні з можливістю обертання навколо своєї поздовжньої вісі відносно статора турбіни; на виході з вихрової труби може бути установлено біротативну турбіну, сопловий лопатковий апарат якої установлений на вихровій трубі, а вал біротативної турбіни може бути з'єднаний з валом турбіни або з окремим споживачем. На фіг. показаний ескіз пристрою для перетворення енергії газоподібного середовища (повітря)в механічну (електричну). До складу пристрою для перетворення енергії газоподібного середовища (повітря) в механічну (електричну) входять сполучений з джерелом газоподібного середовища (наприклад, з атмосферою) регульований конфузорний вхідний пристрій 1, компресор 2, механічно з'єднаний валом 3 з турбіною 4. Через два концентричні кільцеві канали 5 і 6 вихід проточної частини компресора 2 сполучений відповідно з входом проточної частини турбіни 4 та з призначеною для утворення вихру вихровою камерою у вигляді вихрової труби 7; причому в кільцевому каналі 6 установлено завихрювачі 8. Вихрову трубу 7 установленою співвісно турбіні 4 з можливістю обертання навколо її поздовжньої вісі відносно статора 9 турбіни 4. На виході з вихрової труби 7 установлено біротативну турбіну 10, сопловий лопатковий апарат якої установлений на вихровій трубі 7; біротативна турбіна 10 має спільний вал 11 з турбіною 4 (їхні вали з'єднані), з іншого боку вал 11 біротативної турбіни 10 з'єднаний зі стартером 12. На виході з проточної частини біротативної турбіни 10 (отже, за вихровою трубою 7) розташований сполучений з джерелом газоподібного серердовища (наприклад, з атмосферою) регульований вихлопний пристрій (регульований повітровідвід) - сопло 13. До спільного вала 3 компресора 2 та турбіни 4 через редуктор або мультиплікатор 14 приєднаний споживач - електрогенератор 15. Корпус 16 пристрою для перетворення енергії газоподібного середовища повітря в механічну (електричну) за допомогою підшипника 17 установлений на башті 18. 87869 6 Спосіб перетворення енергії газоподібного середовища (наприклад, повітря) в механічну (електричну) реалізують під час роботи пристрою для перетворення енергії газоподібного середовища (наприклад, повітря) ГТКД-ВГ, який функціонує наступним чином. За допомогою стартера 12 розкручують спільний вал 11-3 біротативної турбіни 10, турбіни 4 і компресора 2. При цьому компресор 2 через вхідний пристрій 1 всмоктує газоподібне середовище (наприклад, повітря) із джерела газоподібного середовища (наприклад, з атмосфери) і подає його через концентричні кільцеві канали 5 і 6 до турбіни 4 та до вихрової труби 7, в якій завдяки завихрювачам 8 утворюється вихор і тиск повітря стає значно нижчим, ніж на виході з проточної частини компресора 2, відповідно - і на вході до проточної частини турбіни 4. У вихровій трубі 7 обидва потоки газоподібного середовища (наприклад, повітря) з проточної частини турбіни 4 та з кільцевого каналу 6 об'єднуються; об'єднаний потік потоки газоподібного середовища (наприклад, повітря) проходить через біротативну турбіну 10 і через регульований вихлопний пристрій (регульований повітровідвід) - сопло 13, в якому він додатково прискоюється, виходить у навколишнє середовище з середньою температурою потоку нижчою за атмосферну. Завдяки своїм достатньо великим розмірам (довжині та діаметру) та обертанню відносно своєї поздовжньої вісі вихрова труба 7 сприяє підсиленню вихру, отже сприяє зниженню тиску в зоні вихру (Н.Я. Фабрикант. Аэродинамика - М. "Наука", 1964, с 309). Коли перепад тиску на турбіні 4 стає достатнім для підтримання обертання турбіни 4 з компресором 2, тобто коли сумарна потужність турбіни 4 і біротативної турбіни 10, конструктивно об'єднаних з компресором 2 і споживачем - електрогенератором 15, стає більше потужності, яка витрачається на обертання компресора 2 та вихрової труби 7, стартер 12 вимикають. Завдяки регульованим вхідному пристрою 1 завихрювачам 8 і вихлопному пристрою (повітровідводу) - соплу 13 та завдяки вибору кількісного розподілення потоку стиснутого газоподібного середовища (наприклад, повітря) між концентричними каналами 5 і 6 (тобто розподіленню потоку стиснутого газоподібного середовища - наприклад, повітря - між турбіною 4 та зоною вихроутворення вихрової труби 7) сумарної потужності турбін 4 і 10 вистачає для того, щоб підтримувати обертання компресора 2 та забезпечувати обертання споживача - електрогенератора 15. Потужність газоотурбокомпресорного двигуна ГТКД-ВГ збільшується при флюгуванні в атмосферному вітровому потоці (якщо він є) завдяки установці у підшипнику 17 на башті 18. Оскільки електричні машини є оборотними, то під час запуску пристрою для перетворення енергії газоподібного середовища (наприклад, повітря) електрогенератор 15 може бути використаний як двигун, тобто може виконувати функцію стартера. На відміну від вітродвигунів, які використовують частину лише кінетичної енергії з вітрового потоку, що проходить крізь них, пропонований га 7 87869 зо-турбокомпресорний двигун ГТКД-ВГ створює потік газоподібного середовища (наприклад, атмосферного повітря) та добуває з нього частину внутрішньої та кінетичної енергій та перетворює їх в механічну (електричну) енергію та в низькотемпературний потік вихлопного газоподібного середовища, наприклад, повітря (холод). Використання пропонованих способу та пристрою перетворення енергії газоподібного середо Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 8 вища (наприклад, повітря) в механічну (електричну) сприятиме економії природних паливних ресурсів, зниженню витрат на транспортування енергоносіїв та вирішенню соціальних проблем шляхом створення додаткових робочих місць. При цьому енергетичний та хімічний склад атмосферного повітря при його використанні в якості газоподібного середовища не змінюється, отже немає сприяння розвиткові парникового ефекту. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601