Спосіб отримання електроенергії

Реферат: Спосіб отримання електроенергії включає формування потоку газу або повітря за рахунок роботи вентилятора технологічної установки, що живиться напругою від електричної мережі, вплив потоку газу або повітря на повітряний гвинт, кінематично пов'язаний із ротором генератора, перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію. Для формування потоку газу або повітря використовують повітропровід технологічної установки, всередині якого розміщують повітряний гвинт та за допомогою генератора здійснюють вироблення електричної енергії для живлення напругою технологічної установки, при умові досягнення в каналі оптимального тиску газу/повітря, при цьому формують імпульсний сигнал, який визначається шпаруватістю, що є функцією від величини живлячої напруги генератора, при цьому відключають напругу живлячої мережі від технологічної установки і забезпечують синхронізацію по фазі напруги живлення генератора із електрорухомою силою на обмотках статора вентилятора та встановлюють оптимальний кут атаки лопатей повітряного гвинта, при якому досягається максимальна аеродинамічна якість лопатей гвинта для перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію. UA 110298 U (12) UA 110298 U UA 110298 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 для додаткового забезпечення електричною енергією систем автоматичного керування технологічними процесами різних агрегатів та механізмів. Відомий спосіб роботи вітроенергетичної системи, який полягає в тому, що в башті системи формують конфузорними каналами в вертикальному каналі висхідний вихровий вітровий потік, який в подальшому обертає в цьому каналі щонайменше одне вітроколесо перетворювача енергії. По цьому способі передачу теплової енергії вітровому потоку в вертикальному каналі та його конфузорних каналах здійснюють розпилюванням в них краплинок нагрітої в резервуарі води [патент України № 76279]. Основним недоліком цього способу роботи вітроенергетичної системи є недостатня ефективність використання вітрового потоку, що обумовлено його низькою кінетичною енергією при формуванні вітрового потоку в вертикальному каналі вихровим, який потребує велику швидкість зовнішнього вітрового потоку. А це також обумовлює низьку температуру вітрового потоку в нижній частині витяжних труб, і як наслідок цього, низьку швидкість його і відповідно низьку кінетичну енергію при проходженні до вітроколіс відповідно в першій та другій витяжних трубах. 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). Недоліком даного способу є те, що не повністю використовується потік повітряних мас, котрі виникають у наслідок 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 отримання електроенергії шляхом використання потоку маси газів або повітря, відпрацьованих, вивільнених або що видуваються технологічною установкою, що живиться напругою від електричної мережі, та перетворення енергії потоку цих мас у електричну для додаткового живлення технологічної установки. Технічний результат від використання корисної моделі полягає у тому, що зменшується кількість використаної електроенергії та збільшується ККД технологічної установки. Крім цього обмежується рівень електромагнітних перешкод, що передаються із живлячої мережі у систему управління, та захищаються її елементи від пошкодження. Поставлена задача вирішується за рахунок того спосіб отримання електроенергії включає формування потоку газу або повітря за рахунок роботи вентилятора технологічної установки, яка живиться напругою від електричної мережі, вплив потоку газу або повітря на повітряний гвинт, кінематично пов'язаний із ротором генератора, перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію. Згідно з корисною моделлю, для формування потоку газу або повітря використовують повітропровід технологічної установки, всередині якого розміщують повітряний гвинт та за допомогою генератора здійснюють вироблення електричної енергії для живлення напругою технологічної установки, при умові досягнення у повітропроводі оптимального тиску газу/повітря, при цьому формують імпульсний сигнал, який визначається шпаруватістю, що є функцією від величини живлячої напруги генератора, при цьому відключають напругу живлячої мережі від технологічної установки і забезпечують синхронізацію по фазі напруги живлення генератора із електрорухомою силою на обмотках статора вентилятора та встановлюють оптимальний кут атаки лопатей повітряного гвинта, при якому досягається максимальна аеродинамічна якість лопатей гвинта для перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію. Корисна модель пояснюється кресленням, яке ілюструє запропонований спосіб. На кресленні зображено наступне: 1 - технологічна установка, 2 - система управління, 3 повітропровід для газового або повітряного потоку технологічної установки 1, 4 - комутатор і 5 генератор. У середині повітропроводу 3 технологічної установки 1 встановлені: 3-1 - датчик тиску газу та 3-2 - повітряний гвинт з пристроєм для зміни кута атаки лопатей, що сам встановлюється. Повітряний гвинт 3-2 кінематично з'єднаний з валом ротора генератора 5. 1 UA 110298 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 повітроводам 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 управління 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: релейноконтакторної апаратури, елементів середньої ступені інтеграції, великих інтегральних схем, мікропроцесорів, тощо. Основним призначенням системи управління 2 є забезпечення основних і допоміжних режимів роботи технологічної установки 1 та контроль її роботи, а також управління комутатором 4. Для цього система управління 2 приймає інформацію від технологічної установки 1, датчика 3.1 тиску газу/повітря та генератора 5 і формує сигнали управління для забезпечення: - пуску, гальмуванні та регулювання швидкості у широких межах роботи витяжного вентилятора технологічної установки 1; - ненаголошеного пуску двигуна витяжного вентилятора для зменшення зносу механічних частин електроприводу та механізму технологічної установки 1; - номінального моменту електродвигуна вентилятора технологічної установки 1 вже при низьких швидкостях; - управління комутатором 4. Після визначення моменту перемикань напруги від живлячої мережі, що подається на технологічну установку 1, система управління 2 включає комутатор 4. Останній відключає технологічну установку 1 від напруги живлячої мережі та виконує живлення технологічної установки 1 від генератора 5. Для забезпечення цих режимів роботи в системі управління 2 контролером обробляється інформація від задаючих й порогових елементів, сигнал від датчика 3.1, враховуються величина напруги і фази живлячої напруги, що подається від генератора 5, та контролюються фаза електрорухомої сили на обмотках статора вентилятора і стан технологічної установки 1. Комутатор 4 може бути виконаним на релейно-контактних або безконтактних елементах, наприклад на тиристорних ключах. Він призначений для безпосереднього виконання перемикань напруг живлення від живлячої мережі або від генератора 5, які подаються на технологічну установку 1 і систему управління 2. Для визначення моменту перемикань напруг у системі управління 2 використовуються задані значення порогів перемикань напруг живлення, та виміряні значення параметрів датчику тиску 3-1, що розташований у повітропроводі 3 газового/повітряного потоку. Для цієї задачі система управління 2 одним із виходів пов'язана із входом комутатора 4, а двома іншими входами під'єднується до виходу датчика 3-1 і генератора 5. Повітропровід 3 для газового або повітряного потоку встановлюється на виході технологічної установки 1 (котла, димососу, вентилятора, тощо) і призначений для відведення продуктів згорання від побутових газових приладів, печей та іншого побутового та промислового газового або повітряного обладнання. У повітропроводі 3 встановлені повітряний гвинт 3-2 повітряний гвинт з пристроєм для зміни кута атаки лопатей, що сам встановлюється, та датчик 3-1 тиску повітря або газу. Повітряний гвинт 3-2 має пристрій для зміни кута атаки лопатей, що самовстановлюється, побудований на основі використання до напрямку потоку середовища, що набігає. Під кутом атаки лопатей повітряного гвинта 3-2 ми маємо на увазі кут між напрямком швидкості набігаючого на лопатку потоку газу/повітря і характерним поздовжнім напрямком, вибраним на тілі лопатки. Лопать (крило) змінює кут атаки під дією напрямку набігаючого потоку середовища. Воно встановлене на рухомій конструкції з можливістю обертання навколо власної осі, що містить пристрій зміни кута атаки крила шляхом повороту його осі за допомогою впливу на нього через кінематичний зв'язок закрилка. Такий закрилок встановлений на задній кромці крила з можливістю повороту, відмінний тим, що пристрій зміни кута атаки являє собою вісь, один кінець якої розташований всередині закрилка між двома пластинами і загнутий під кутом 120135° із можливістю переміщення між даними пластинами. Вісь виконана такою, що обертається, а її другий кінець розташований всередині крила і кінематично пов'язаний з рухомою 2 UA 110298 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 конструкцією з можливістю напружено-пружного поворотного повороту при перевищенні робочого моменту обертання осі. Генератор 5 - 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, роторі, змонтовані обмотки, з яких знімається електричний струм. Для створення магнітного поля використовуються постійні магніти або електромагніти. Вал ротора генератора 5 кінематично зв'язаний із валом повітряного гвинта 3-2. Датчик тиску 3-1 призначений для виміру тиску газу або повітря у повітропроводі 3 на виході з технологічної установки 1. Він встановлюється між видувним пристроєм (вентилятором) технологічної установки 1 і повітряним гвинтом 3-2 і з'єднується електричним джгутом із входом системи управління 2 і живиться від неї. Сигнал цього датчика представлений у вигляді постійного струму певної напруги. Величина напруги залежить від напрямку руху і кількості повітря, яке проходить через датчик. За принципом перетворення величини тиску газу або повітря у сигнал, що вимірює цю величину, датчик тиску 3-1 може бути електронним, у яких здійснюється вимірювання електричної величини, такої як електричний опір, індуктивність, резонансна частота. Ці параметри безпосередньо використовуються системою управління 2. Датчики 3-1 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 з'являються залишки пального, що не згоріло, повітря, чадний газ, водень, сажа, тощо видаляються з камери згорання установки 1; - включається вентилятор технологічної установки 1 і залишки пального, що не згоріло, повітря, чадний газ, водень, сажа, тощо направляються у повітропровід 3 для формування газового або повітряного потоку; - сформований потік попадає на лопатки, які обертаються і приводить у дію повітряний гвинт 3-2, в якому пристрій встановлює кут атаки лопатей, на основі використання до напрямку потоку середовища, що набігає; - обертаючись, повітряний гвинт 3-2 одночасно обертає ротор генератора; - генератор 5 виробляє електричну електроенергію; - датчик 3-1 визначає тиск повітря та газу у повітропроводі 3; - виміряні дані датчика 3-1 зрівняються у системі управління 2 із раніше заданими параметрами та при досягненні потрібної величини електричної енергії на виході генератора 5 і коли вона досягає встановленої величини і співпадає по фазі з електрорухомою силою на обмотках статора вентилятора система управління 2 подає імпульсний сигнал на комутатор 4, який відключає (включає) технологічну установку 1 від живлячої мережі та підключає (відключає) її до виходу генератора 5. Система управління 2 формує імпульсний сигнал, який визначається шпаруватістю S, що є функцією від величини живлячої напруги генератора 5 UГ  , тобто SГ  f UГ  . Шпаруватість SГ визначається наступним чином: t t SГ  ГВ гП , tг де tГВ , tГП - відповідно тривалість подачі та паузи живлячої напруги від генератора 5 на технологічну установку 1. При цьому tГВ  tГП  T - є періодом роботи генератора 5 та дорівнює періоду роботи комутатора 4 при подачі або відключенні (паузи) живлячої напруги від генератора 5 на технологічну установку 1. Величина порогу живлячої напруги UГ генератора 5 задається за допомогою спеціального задавача у системі управління 2. Таким чином, як встановлено у результаті проведених експериментальних досліджень, запропонований спосіб дозволяє зменшити до 20 % кількість електроенергії, витраченої технологічною установкою за рахунок використання додаткової електроенергії, отриманої із потоку маси газів/повітря, відпрацьованих, вивільнених або що видуваються технологічною установкою. Тобто технологічна установка живиться не тільки від електричної мережі, а від електричного генератора, що перетворює енергію потоку цих мас у електричну енергію. Це дозволяє підвищити ККД технологічної установки та обмежити рівень електромагнітних перешкод, що передаються із живлячої мережі у систему управління та захистити її полу 3 UA 110298 U провідникові елементи від пошкодження, не використовуючи при цьому додаткові елементи для їх захисту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 Спосіб отримання електроенергії, що включає формування потоку газу або повітря за рахунок роботи вентилятора технологічної установки, що живиться напругою від електричної мережі, вплив потоку газу або повітря на повітряний гвинт, кінематично пов'язаний із ротором генератора, перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію, який відрізняється тим, що для формування потоку газу або повітря використовують повітропровід технологічної установки, всередині якого розміщують повітряний гвинт та за допомогою генератора здійснюють вироблення електричної енергії для живлення напругою технологічної установки, при умові досягнення в каналі оптимального тиску газу/повітря, при цьому формують імпульсний сигнал, який визначається шпаруватістю, що є функцією від величини живлячої напруги генератора, при цьому відключають напругу живлячої мережі від технологічної установки і забезпечують синхронізацію по фазі напруги живлення генератора із електрорухомою силою на обмотках статора вентилятора та встановлюють оптимальний кут атаки лопатей повітряного гвинта, при якому досягається максимальна аеродинамічна якість лопатей гвинта для перетворення механічної енергії обертання повітряного гвинта у електричну енергію. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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