Гравитационно-гидравлическая электростанция и способ получения электроэнергии

Изобретение относится к области энергетики. Гравитационно-гидравлическая электростанция (ГГЭ) состоит из воронки, сифона, водяной турбины, генератора электрического тока. Воронка ГГЭ установлена в водоеме на глубину ∆ и связана с нижним переходником водопровода в виде сифона, который установлен на опору ГГЭ и связан с вертикальным водопроводом, который связан с одной стороны с нижним переходником водопровода в виде сифона, с другой стороны связан с верхним переходником водопровода в виде сифона, который гидравлически связан с водяной турбиной, которая связана с генератором электрического тока. Оптимальные условия для стационарного напора воды ∆H (м): угол внешний наклона конуса воронки =45°; h=R

$$\Delta H=\frac{G^{″}}{S_{a^{\prime }-a^{\prime }}\gamma }=\frac{G^{″}}{\gamma \pi r^2}(м),$$ $$G^{″}=G-G^{\prime }=\gamma \frac{\pi h}{3}[R(R+r)-2r^2]{\cos }^2\alpha (кг),$$ где ∆H - оптимальный уровень подъема воды, выдавливаемой весом воды G^'' (м); S _{a' - a'} - сечение на уровне верхней поверхности воронки; S _{a' - a'} = πr² ; - удельный вес воды, равный 1000 (кг/м³); r - нижний радиус воронки (м); G - вес воды в объеме воронки (кг); G^' - вес цилиндра круглого прямого высотой h (кг); h - высота воронки, h=R (м); R - верхний радиус воронки (м); - угол воронки ГГЭ. Способ получения электроэнергии осуществляется с помощью вышеприведенной гравитационно-гидравлической электростанции. Технический результат состоит в реализации заявленной группой изобретений своего назначения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение «Гравитационно-гидравлическая электростанция и способ ее работы» пионерское, относится к области энергетики и может быть использовано для производства электроэнергии, подъема воды на новый уровень, устройства фонтанов. Работоспособность заявленного решения подтверждается только при конкретных соотношениях диаметра воронки к диаметру сифона и значительного гидравлического давления, например, в условиях морских течений (Гольфстрим).

На фиг. 1 изображена принципиальная схема «гравитационно-гидравлической электростанции и способа ее работы», где:

1 - водоем (океан, море, озера, пруд, река);

2 - опора ГГЭ;

3 - воронка ГГЭ, установленная в водоеме;

4 - нижний переходник водопровода (сифона);

5 - вертикальный водопровод (сифона);

6 - верхний переходник водопровода (сифона);

7 - водяная турбина;

8 - генератор электрического тока;

α - угол воронки ГГЭ=45°;

∆ - величина углубления воронки ГГЭ в водоем.

Вектор G"cosα - сила напора воды, действующая в сторону сечения $$S_{a-a}=\frac{\pi d^2}{4}=\pi r^2$$ под углом 45°.

Вектор G"cos²α - сила напора воды, действующая нормально (вертикально) на сечение $$S_{a-a}=\frac{\pi d^2}{4}=\pi r^2$$

h - высота воронки =R;

D - верхний диаметр воронки;

d - нижний диаметр воронки;

R - верхний радиус воронки;

r - нижний радиус воронки;

S_a′-a′ - сечение на уровне верхней поверхности воронки;

ΔН - теоретический уровень подъема воды, выдавливаемой весом воды G″=G-G′, (оптимальный, стационарный);

Δh - уровень воды с учетом гидравлических потерь (КПД гидравлических потерь η_h);

0,8 Δh - рабочий уровень воды для работы ГГЭ.

На фиг. 2 изображен ГГЭ, вид А, где:

8 - генератор электрического тока.

Технологическая связь узлов ГГЭ

Воронка ГГЭ (3) связана с нижним переходником водопровода (сифона), который связан с вертикальным трубопроводом (сифоном) (5), который связан с верхним переходником водопровода (сифона) (6), который связан с водяной турбиной (7), которая связана с генератором электрического тока (8).

Способ работы гравитационно-гидравлической электростанции (ГГЭ)

Воронка ГГЭ устанавливается с нижней частью сифона в водоем на опору (2) так, чтобы верхняя поверхность воронки была притоплена на величину «Δ»=5÷10 см min.

Воронка представляет собой конус круглый прямой усеченный объемом

$$W=\frac{\pi }{3}h(R^2+r^2+Rr)\begin{array}{cc}({м}^3);& \end{array}$$

G= γW - вес воды в объеме воронки;

«Δ» - чем больше, тем больше G" на величину;

G″=G-G′=γ $$\frac{\pi }{3}$$ [R(R+r) - 2r²]cosα(h+∆)-(h+∆)πr²γ=γπ(h+∆) [ $$\frac{1}{3}$$ R(R+r)-2r²]cosα-r²];

γ - удельный вес воды $$=1000\frac{кг}{{м}^3}$$ ;

Цилиндр круглый прямой высотой h=R (м) и площадью сечения S_a-a=πr²(а)=W₁;

W₂=W-W₁ - объем конуса круглого прямого усеченного за вычетом объема цилиндра круглого прямого

G′=γW₁h=γπr²h (кг); G″=G-G′.

G′ - вес цилиндра круглого прямого высотой h статически уравновешивает уровень воды в сифоне «h».

$$G^{″}=\left[\frac{\pi }{3}h\left(R^2+r^2+Rr\right)-\pi r^{2}h\right]\gamma$$ (кг) уравновешивает уровень воды в сифоне ΔН.

$$G^{″}=\gamma \pi h\left[\frac{R(R+r)-2r^2}{3}\right]$$ .

Согласно закону Якова Бернулли $$\Delta H=\frac{P}{\gamma }$$ ;

Давление в сечении S_a′-a′ =G″cos²α; πr²h;

$$\Delta H=\frac{\gamma \pi h[R(R+r)-2r^2]{\cos }^2\alpha }{3\gamma \pi r^2}=\frac{R[R(R+r)-2r^2]}{3r^2}{\cos }^2\alpha ;\begin{array}{cc}& \Delta h=\Delta H{\eta }_h.\end{array}$$

η_h - гидравлический КПД=0,8.

Числовой пример:

R=3 м; r=1 м; η_h=0,8cos²α=0,499

$$\Delta H=\frac{3[3(3+1)-2\times 1^2]{\cos }^2\alpha }{3\times 1^2}=10\times \mathrm{0,499}=\mathrm{4,99}м;\begin{array}{cc}& \Delta h=\mathrm{4,99}\times \mathrm{0,8}=\mathrm{3,99}м.\end{array}$$

1. Гравитационно-гидравлическая электростанция (ГГЭ), состоящая из воронки, сифона, водяной турбины, генератора электрического тока, отличающаяся тем, что воронка ГГЭ установлена в водоеме на глубину ∆ и связана с нижним переходником водопровода в виде сифона, который установлен на опору ГГЭ и связан с вертикальным водопроводом, который связан с одной стороны с нижним переходником водопровода в виде сифона, с другой стороны связан с верхним переходником водопровода в виде сифона, который гидравлически связан с водяной турбиной, которая связана с генератором электрического тока, при этом оптимальные условия для стационарного напора воды ∆H (м): угол внешний наклона конуса воронки =45°; h=R


где
∆H - оптимальный уровень подъема воды, выдавливаемой весом воды G^'' (м);
S_{a' - a'} - сечение на уровне верхней поверхности воронки; S_{a' - a'} = r²;
- удельный вес воды, равный 1000 (кг/м³);
r - нижний радиус воронки (м);
G - вес воды в объеме воронки (кг);
- вес цилиндра круглого прямого высотой h (кг);
h - высота воронки, h=R (м);
R - верхний радиус воронки (м);
- угол воронки ГГЭ.

2. Способ получения электроэнергии с помощью устройства по п.1.