Спосіб отримання електроенергії

Реферат: Спосіб отримання електроенергії шляхом перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію, за рахунок використання енергії потоку газу/повітря, що видуваються технологічною установкою, керованою системою управління, яка живиться від електричної мережі. Формують канал для газового/повітряного потоку, всередині якого розміщують повітряний гвинт, кінематично пов'язаний із електричним генератором, за допомогою якого здійснюють вироблення електричної енергії, що живить систему управління. При цьому вибирають оптимальний кут атаки лопатей повітряного гвинта, при якому досягається максимальна аеродинамічна якість лопатей гвинта із урахуванням тиску й масової витрати газу/повітря для перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію. При достатній напрузі електричної енергії, яку створюють за допомогою електричного генератора, відключають напругу живлячої мережі від системи управління та живлять її від електричного генератора. UA 105303 U (12) UA 105303 U UA 105303 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до енергетичного будівництва, пов'язаного із проблемою енергозбереження, і може бути використана у системах автоматичного керування технологічними процесами різних агрегатів та механізмів. До відомих способів вироблення електроенергії можна віднести спосіб, котрий включає перетворення теплової енергії у механічну роботу в газотурбінній установці шляхом зміни послідовності утворення, охолодження та очищення робочого тіла установки при безпосередньому контакті теплоносіїв, щоб досягти можливість використовувати конденсат із продуктів згорання у газотурбінній установці (Патент України № 15127 А, МПК F02C6/18). Відомий спосіб має наступні недоліки. Вироблення електроенергії потребує додаткових затрат на стиснення повітря, спалювання вуглеводневого палива при змішанні продуктів згоряння із водяною парою, охолодження газопарової суміші при вчиненні роботи, що значно зменшує коефіцієнт корисної дії та потребує додаткового обладнання, яке дорого коштує. Найбільш близьким є спосіб отримання електроенергії у метрополітені, який включає операції по створенню повітряних потоків, перетворенню механічної енергії, вимірюванню та передачі струму на відстань, що перетворення механічної енергії в електричну здійснюється шляхом штучного створення повітряних потоків від електропоїзда, що рухається, подачі їх через повітровід, камеру на лопаті вентилятора, обертовий момент котрого одночасно приводить у дію вал електрогенератора, що виробляє електроенергію (Патент України № 28997, МПК F01B1/00, F03B13/12, F03D1/02). Недоліком даного способу є те, що не повністю використовується потік повітряних мас, котрі виникають внаслідок руху електропоїзда, що знижує ефективність отримання електроенергії. При реалізації цього способу необхідно додатково формувати потік повітряних мас на лопаті вентилятора (турбіни), що суттєво знижує коефіцієнт корисної дії перетворення повітряних мас у механічну енергію та додатково потребує матеріальних і фінансових витрат. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу шляхом використання потоку маси газів/повітря, відпрацьованих, вивільнених або видуваних, технологічною установкою, керованою системою управління, що живиться від електричної мережі, та перетворення енергії потоку цих мас у електричну. Це дозволяє зменшити кількість використаної електроенергії системою управління та обмежити рівень електромагнітних перешкод, що передаються із живлячої мережі у систему управління та захистити її елементи від пошкодження. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб отримання електроенергії виконується шляхом перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію, за рахунок використання енергії потоку газу/повітря, що видуваються технологічною установкою, керованою системою управління, яка живиться від електричної мережі. Згідно із корисною моделлю формують канал для газового/повітряного потоку, всередині якого розміщують повітряний гвинт, кінематично пов'язаний із електричним генератором, за допомогою якого здійснюють вироблення електричної енергії, що живить систему управління, при цьому вибирають оптимальний кут атаки лопатей повітряного гвинта, при якому досягається максимальна аеродинамічна якість лопатей гвинта із урахуванням тиску й масової витрати газу/повітря для перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію, при цьому при достатній напрузі електричної енергії, яку створюють за допомогою електричного генератора, відключають напругу живлячої мережі від системи управління та живлять її від електричного генератора. Корисна модель пояснюється кресленням, на якому зображено наступне: 1 - технологічна установка, 2- система управління, 3 - комутатор, 4 - канал для газового/повітряного потоку, 5 пристрій для зміни кута атаки лопатей повітряного гвинта 4-1, 6 - генератор. Всередині каналу 4 окрім повітряного гвинта 4-1 також встановлені: 4-2 - датчик тиску газу, 4-3 - датчик масової витрати повітря або газу. Технологічною установкою 1 може бути газовий котел, шахтний або іншого типу витяжний вентилятор, димосос, котлоагрегат тощо. Установка 1 потребує відсмоктування димових газів із топок - продуктів згоряння палива або видування по повітроводах стислого повітря та призначена для застосування у теплоенергетиці, промисловості або для протипожежних заходів, а також різних галузей народного господарства для переміщення чистого або газонасиченого повітря. Система 2 складається спеціалізованого контролера, виконаного на великих інтегральних мікросхемах та мікропроцесорних засобах автоматизації та елементів, що узгоджують сигнали управління. Вона також може бути виконана із використанням: релейно-контакторної апаратури, елементів середнього ступеня інтеграції, великих інтегральних схем, мікропроцесорів тощо. 1 UA 105303 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Основне призначення системи 2 - забезпечення основних і допоміжних режимів роботи технологічної установки 1, управління комутатором 3, пристроєм 5 для зміни кута атаки лопатей повітряного гвинта. Система 2 приймає інформацію від датчиків 4.2 і 4.3 відповідно тиску та об'єму газу та контролює і управляє роботою технологічної установки 1. Вона формує сигнали управління для забезпечення: пуску, гальмування та регулювання швидкості у широких межах роботи двигуна витяжного вентилятора; ненаголошеного пуску двигуна витяжного вентилятора для зменшення зносу механічних частин електроприводу та механізму технологічної установки 1; номінального моменту двигуна вентилятора вже при низьких швидкостях; зменшення навантаження на мережу за рахунок виключення режимів прямого пуску двигуна, а також комутації навантаження великої потужності при перемиканні "зірка-трикутник" тощо; управління комутатором 3; формування команд у пристрій 5 на зміну кута атаки лопатей повітряного гвинта 4-1. Для визначення моменту перемикань напруги від живлячої мережі, що подається у систему управління 2, на живлення від генератора 6, використовується комутатор 3, який управляється системою 2, до складу якої входять задаючі й порогові елементи та на яку подаються сигнали від датчиків 4-2 і 4-3. Інформація, що надходить від датчиків 4-2 і 4-3 та елементів, що задають початкові значення перемикань рівнів напруг живлення, тиску та об'єму газу тощо, обробляється по спеціальному алгоритму контролером, визначаючи потрібний сигнал для управління технологічною установкою 1, перемикання контролера 3 та завдання команд у пристрій 5 на зміну кута атаки лопатей повітряного гвинта 4-1. Комутатор 3 може бути виконаним на релейно-контактних або безконтактних елементах. Він призначений для безпосереднього виконання перемикань напруг живлення, які подаються на систему управління 2 від живлячої мережі або від генератора 6. Для визначення моменту перемикань напруг система 2 використовує задані значення порогів перемикань напруг живлення, тиску та об'єму газу та виміряні значення цих параметрів відповідно датчиками 4-2 та 4-3, що розташовані у каналі 4 для газового/повітряного потоку. Для цього завдання система управління 2 одним із виходів пов'язана із входом комутатора 3, а двома іншими входами під'єднується до виходів датчиків 4-2 і 4-3. Канал 4 для газового/повітряного потоку встановлюється на виході технологічної установки 1 (котла, димососа, вентилятора тощо) і призначений для відведення продуктів згорання від побутових газових приладів, печей та іншого побутового та промислового газового або повітряного обладнання. У каналі 4 встановлені повітряний гвинт 4-1, датчик 4-2 тиску газу і датчик 4-3 масової витрати повітря або газу. Пристрій 5 для зміни кута атаки лопатей повітряного гвинта 4-1 побудований на основі використання гідроциліндра, поршень якого через редуктор механічно з'єднаний з привідним колесом хвостовиків лопаток. Зміна кута атаки лопаток виконується за допомогою зміни вихідної амплітуди поршня. У цьому пристрої лопатки повітряного гвинта 4-1 можуть бути змонтовані на втулці, що обертається уздовж осі робочого колеса, або містить безщітковий електродвигун і механічні сполучні засоби, або можуть мати іншу конструкцію. Під кутом атаки повітряного гвинта 4-1 ми маємо на увазі кут між напрямком швидкості набігаючого на лопатку потоку газу/повітря і характерним поздовжнім напрямком, вибраним на тілі лопатки. Генератор 6 - це електрична машина, у якій механічна робота перетворюється в електричну енергію. Електрична машина складається із двох основних частин: рухомої - ротора й нерухомої - статора. Одна з цих частин, індуктор, використовується для створення магнітного поля, на іншій, якорі, - змонтовані обмотки, з яких знімається електричний струм. Для створення магнітного поля використовуються постійні магніти або електромагніти. Вал ротора електричної машини кінематично зв'язаний із валом повітряного гвинта 4-1. Датчик 4-3 масової витрати повітря/газу необхідний для того, щоб визначити кількість повітря, що йде на заповнення каналу 4 організації газового/повітряного потоку під час роботи повітряного гвинта. Зазначений датчик 4-3 встановлюється у випускному тракті, відразу після технологічної установки. Датчик 4-3 з'єднується електричним джгутом із входом системи управління і живиться від системи 2. Датчик 4-3 встановлюється між технологічною установкою 1 і повітряним гвинтом 4-1. Сигнал цього датчика представлений у вигляді постійного струму певної напруги. Величина напруги залежить від напрямку руху і кількості повітря, яке проходить через датчик. 2 UA 105303 U 5 10 15 20 25 30 Датчик 4-2 призначений для виміру тиску газу або повітря у каналі 4 на виході з технологічної установки 1. За принципом перетворення величини тиску газу або повітря у сигнал, що вимірює цю величину, датчик тиску 4-2 може бути електронним, у яких здійснюється вимірювання електричної величини, такої як електричний опір, індуктивність, резонансна частота. Ці параметри безпосередньо використовуються у системі автоматизації. Датчики 4-2 для вимірювання тиску можуть мати інший принцип дії. Спосіб отримання електроенергії реалізується за рахунок виконання наступної послідовності операцій: запускається технологічна установка 1, наприклад газовий котел; згорає пальне, нагрівається вода та необхідно горючі речовини - залишки пального, що не згоріло, повітря, чадний газ, водень, сажа, тощо видалити з камери згорання; горючі речовини за допомогою вентилятора направляються у канал 4 для формування газового/повітряного потоку; сформований потік попадає на лопатки, які обертаються, і приводить у дію повітряний гвинт 4-1; обертаючись, повітряний гвинт 4-1 одночасно обертає ротор генератора 6; генератор 6 виробляє електричну електроенергію; датчики 4-2 і 4-3 визначають тиск і масову витрату горючих речовин у каналі 4; виміряні дані датчиків 4-2 і 4-3 зрівняються у системі управління 2 із раніше заданими параметрами та за допомогою пристрою 5 змінюється кут атаки лопатей повітряного гвинта 4-1 для досягнення потрібної величини електричної енергії на виході генератора 6 і, коли вона досягає достатньої величини, система управління 2 подає команду на комутатор 3, який відключає систему управління 2 від живлячої мережі та підключає її до виходу генератора 6. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє зменшити до 40 % кількість використаної електроенергії системою управління за рахунок використання потоку маси газів/повітря, відпрацьованих, вивільнених або видуваних технологічною установкою, керованою системою управління. Система управління живиться не від електричної мережі, а від електричного генератора, що перетворює енергію потоку цих мас у електричну енергію. Це дозволяє також обмежити рівень електромагнітних перешкод, що передаються із живлячої мережі у систему управління та захистити її напівпровідникові елементи від пошкодження, не використовуючи при цьому додаткові елементи для їх захисту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Спосіб отримання електроенергії шляхом перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію, за рахунок використання енергії потоку газу/повітря, що видуваються технологічною установкою, керованою системою управління, яка живиться від електричної мережі, який відрізняється тим, що формують канал для газового/повітряного потоку, всередині якого розміщують повітряний гвинт, кінематично пов'язаний із електричним генератором, за допомогою якого здійснюють вироблення електричної енергії, що живить систему управління, при цьому вибирають оптимальний кут атаки лопатей повітряного гвинта, при якому досягається максимальна аеродинамічна якість лопатей гвинта із урахуванням тиску й масової витрати газу/повітря для перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію, при цьому при достатній напрузі електричної енергії, яку створюють за допомогою електричного генератора, відключають напругу живлячої мережі від системи управління та живлять її від електричного генератора. 3 UA 105303 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4