Представленный способ получения энергии представляется нам наиболее перспективным, исходя из следующих соображений:
относительно небольшая стоимость изготовления, возможность использования распространенных подручных материалов для строительства резервуара, возможность использования любого воздушного компрессора, который удастся достать, сравнительно небольшие габариты устройства, что делает возможны и его установку в личном хозяйстве.
Проживание автора в пределах досягаемости делает возможным обращение к нему за консультациями относительно конкретных размеров и формы элементов устройства.
Вместе с тем обсчет мощностей автором делает не слишком принципиальным вопрос о превышении полученной мощности над затраченной в десятки раз, если -уж эффект есть, то он проявится при любом соотношении подаваемой и снимаемой мощностей.
Тем более что для домашних экспериментов не требуется мощная материальная база.
Любой домашний умелец в состоянии изготовить образец, используя любые подходящие емкости, и придерживаясь примерного соотношения габаритов, данных автором.
Администрация сайта будет благодарна за информацию о экспериментах по проверке и строительству рабочих образцов.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ
(патент РФ N 2059110)
МАРКЕЛОВ В.Ф.,
Россия Гражданский пр., д.15, кор.1, кв.147,
г. Санкт-Петербург Россия,
195220
В 1607 году датский ученый Корнелиус ван Дреббель продемонстрировал английскому королю Иакову I «вечные» часы, приводимые в движение, естественно, столь же «вечным» двигателем. Дреббель запатентовал их еще в 1598 году. Однако в отличие от других многочисленных устройств с таким же названием этот двигатель действительно в определенном смысле был «вечным».
В чем же был секрет этих часов (вернее, их двигателя)? Вечные часы Дреббеля работали от привода, использующего, как и любой другой реальный двигатель, единственно возможный источник работы — неравновесность (разность потенциалов) во внешней среде.
Но неравновесность, использованная Дреббелем — особого рода, хотя она также связана с разностью температур и давлений. Она может действовать в совершенно равновесной окружающей среде, температура и давление которой одинаковы во всех точках. В чем же тут дело и откуда берется работа?
Секрет состоит в том, что разности потенциалов здесь все же присутствуют, однако они проявляются не в пространстве, а во времени.
Наиболее наглядно это можно пояснить на примере атмосферы. Пусть в том районе, где находится двигатель, не наблюдается никакой существенной разницы давлений и температур. Но (общие во всех точках) давление и температура все же меняются (например, днем и ночью). Эти разности и могут быть использованы для получения работы (в полном согласии с законами термодинамики).
В описании изобретения «Способ извлечения запаса содержащейся в жидкости и газе энергии и преобразования ее в механическую работу» (Патент РФ № 2059110) приведен мой вариант псевдо-вечного и успешно работающего солнечного двигателя. Для увеличения числа циклов и мощности наиболее полно используются свойства двух неравновесных по отношению друг к другу сред — воды и воздуха. Закон Архимеда рассматривается как следствие закона сохранения энергии, в котором выталкивающая сила увязывается с затратами энергии на создание воды и воздуха. Количество этой энергии определило и такие физические свойства как, например, плотность, теплоемкость, теплопроводность.
Частично соотношение энергии на создание плотностей отражено в коэффициенте неравновесности равном 820 и, если бы мы нашли способ использовать эту неравновесность полностью, то получили бы выигрыш в энергии в 820 раз. Неравновесности проявляются с момента подвода воздуха под столб воды и увеличиваются по мере всплытия за счет увеличения объема воздуха и отбора теплоты у воды, при этом воздух подается с температурой ниже температуры воды, т.к. «если, например, давление воздуха равно 4 Атм (0,4 МПа), а температура +20oС (293 K), то при расширении до атмосферного давления он охладится примерно до — 75oС (198 K), т.е. на 95oС». Отбор теплоты будет происходить в условиях, близких к адиабатным, т.е. с минимальными потерями теплоты, т.к. вода является хорошим аккумулятором теплоты, но плохим ее проводником.
Фото 2
Охлаждение — водяное.
РАСЧЕТ ЭНЕРГОИЗВЛЕКАЮЩЕЙ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ТУРБИНЫ (патенты РФ N 2120058, N 2170364, N 2024780)
В качестве источника сжатого воздуха используем компрессор. Наиболее пригодными являются компрессоры объемного и динамического типа. Поршневой компрессор потребляет энергии в несколько раз меньше динамического, поэтому остановим наш выбор на компрессоре объемного типа — поршневом:
- Источник сжатого воздуха — компрессор поршневой ВП2-10/9.
- Производительность — 0,167 м3/с
- Конечное давление, Мпа — 0,9 (9 Атмосфер).
- Мощность на валу компрессора — 56,5 КВт
Судить об эффективности пневмогидравлической турбины будем, сравнивая затрачиваемую и полученную мощности, т.е. количество работы в секунду.
Производительность компрессора — объем воздуха, поступившего в компрессор при атмосферном давлении, т.е. производительность в 0,167 м3/с — объем воздуха перед входом в компрессор и после всплытия в турбине. При подаче воздуха под нижний уровень турбины через верхний уровень будет вытеснено 0,167 м3/с воды и столько же поступит под нижний уровень, создавая водовоздушную смесь и ее движение внутри корпуса турбины. Значение 0,167 м3/с соответствует расходу воды при расчете мощности пневмогидравлической турбины. Расчет проведем по формуле расчета мощности гидротурбины :
N=9,81·Q·H·КПД,
где 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения;
Q — расход воды в м3/с;
H — напор в м;
КПД реальной турбины достигает достаточно высоких значений и при наиболее благоприятном режиме достигает 0,94–0,95, или 94–95%. Мощность получаем в КВт. Поскольку рабочим телом является водо-воздушная смесь, есть необходимость подтверждения правомерности применения формулы расчета мощности для гидравлической турбины. Наиболее эффективным режимом работы турбины представляется режим, при котором используется смесь плотностью 0,5 т/м3 (состоящая из 50% воды и 50% воздуха). В этом режиме давление воздуха несколько выше абсолютного давления в корпусе турбины. Воздух из напорного патрубка компрессора выходит отдельными пузырями через равные промежутки времени, а объем пузырей равен объему воды между ними в корпусе турбины. Пузырь принимает форму шарового сегмента и в фиксированном пространстве работает как поршень, вытесняя воду только вверх, т.к. ее перетоку вниз препятствует более высокое давление, а перетоку в стороны — несжимаемость воды. При постоянной подаче 0,167 м3/с воздуха будет вытеснено 0,167 м3/с воды, т.е. через верхний уровень турбины будет вытеснено 2·0,167 м3/с водо-воздушной смеси с повышенной скоростью потока внутри турбины, тогда
N = 9,81·2·Q·0,5·H·КПД = 9,81·Q·H·КПД
Возьмем установку с высотой водяного столба равного 2 м и определим необходимую мощность двигателя компрессора на подвод под этот столб воды воздуха с учетом атмосферного давления исходя из данных технической характеристики компрессора:
N = (2 м·56,5 КВт) / (90 м + 10 м) = 1,13 КВт
На всей высоте установки будет наблюдаться восходящий поток водо-воздушной смеси, в котором независимая от глубины погружения тела выталкивающая сила позволяет разместить не менее 5 рабочих колес. Энергетический режим предлагаемой турбины протекает в более выгодных условиях, чем в известном насосе «Эрлифт», т.к. переток воды происходит ниже уровня воды в турбине, т.е. в условиях, близких к условиям невесомости, без значительного подъема воды в корпусе турбины, на что в насосе расходуется основное количество энергии. Возьмем КПД турбины равным 0,9. В этом случае мощность равна:
N = 9,81·0,167 ·2 ·5 ·0,9 = 14, 7 КВт
Таким образом, нами была получена энергия, в 13 раз превышающая затраченную:
14,7 КВт / 1,13 КВт = 13
Увеличение мощности за счет размещения дополнительных рабочих колес подтверждено на экспериментальных моделях. Косвенно работоспособность турбины подтверждена опытами, проведенными в Санкт-Петербургском Государственном Техническом Университете. Вот что пишет доктор технических наук, профессор, член комиссии по не-
Фото 3, Фото 4
традиционным источникам энергии при Правительстве РФ, заведующий кафедрой «Возобновляемые источники энергии и гидроэнергетика» Елистратов В.В.: «Однако исходя из гидравлики гидромашин и наших многочисленных опытов по впуску воздуха в рабочее колесо гидротурбины с целью снижения кавитационной эрозии, было показано, что при улучшении кавитационных показателей энергетические показатели значительно снижались». В этом случае опыты показывают, что подводимый воздух создает встречный поток, который, действуя на рабочее колесо снизу, заставляет его вращаться в обратную сторону. Такова конструкция колеса (Рис. 1). И это действие оказывает небольшой объем воздуха на небольшом участке, равном корпусу гидротурбины. Предлагаемая установка обладает способностью отбирать теплоту из воды и преобразовывать ее в механическую энергию. С учетом разности температур воды и воздуха, когда температура воды равна 80oС (термальный источник, вода, нагретая в солнечном коллекторе, в системе охлаждения турбин, компрессоров и т.д.), а температура воздуха 20oС, коэффициент увеличения объема воздуха, согласно закону Люссака, равен
1+ (80oС – 20oС)/273 = 1,2
Мощность будет равна
N = 14,7 КВт· 1,2 = 17,6 КВт
Наши ожидания в выигрыше энергии подтвердились.
Рис. 1
17,6 КВт / 5 = 3,5 КВт 3,5 КВт / 1,13 КВт = в 3,1 раза на одно колесо
При расчете мощности, необходимой для подвода воздуха, мы учли атмосферное давление (1 Атмосфера = 10 м водного столба), что значит, что всплывающий воздух преодолевает абсолютное давление внутри корпуса турбины, которое складывается из давления столба воды в турбине и атмосферного и равно давлению 12-метрового столба воды. Абсолютное давление внутри корпуса турбины нейтрализовано силой плавучести воздуха, но оно присутствует за корпусом и влияет на подвод воды в турбину. Это влияние равноценно влиянию на водный поток разрежения, создаваемого в корпусе турбины всем находящимся в турбине объемом воздуха (в гидротурбине данный эффект отсутствует) и при соответствующей конструкции турбины мы вправе рассматривать напор как Н=Н в.ст. + 10 м. Тогда мощность будет равна
N = 9,81·0,167 м3/с ·12 м·5·1,2·0,9 = 106,14 КВт
Мы получили энергию в 93 раза превышающую затраченную.
Произведем расчет более мощной энергоустановки, способной обеспечить энергией средний поселок, воинскую часть, судно и т.д. В качестве источника сжатого воздуха возьмем поршневой компрессор 2ВМ10 — 63/9 со следующими техническими характеристиками:
• Производительность — 1,04 м3/с
• Конечное давление, Мпа — 0,9 (9 Атмосфер)
• Мощность на валу компрессора — 332 КВт
• Охлаждение водяное.
Расчет проведем для установки с высотой водяного столба равным 5 м с размещением в нем по глубине через 500 мм 10 рабочих колес. Мощность двигателя компрессора на подвод воздуха под столб воды 5 м с учетом атмосферного давления равна
5 м (332 КВт / 100 м) =16,6 КВт
Мощность установки равна
N= 9,81 · 1,04 м3/с ·15 м ·10 ·1,2 · 0,9 = 1652 КВт
Получили энергию в 99 раз превышающую затраченную.
Таким образом, возможно получение любого количества энергии с одновременным улучшением газового состава воды экологически чистым способом из неисчерпаемого источника энергии, используя природную неравновесность воды и воздуха в любой климатической зоне без строительства дорогостоящей плотины и шлюзового оборудования, без затопления ценных сельскохозяйственных земель и т.д.
РАСЧЕТ ЭНЕРГОИЗВЛЕКАЮЩЕГО ПНЕВМОГИДРОДВИГАТЕЛЯ
(патенты РФ N 2003830, N 2160381)
- Источник сжатого воздуха — поршневой компрессор ВП2 — 10/9.
- Производительность — 0,167 м3/с
- Конечное давление, Мпа — 0,9 (9 Атмосфер).
- Мощность на валу компрессора — 56,5 КВт
- Охлаждение водяное.
Судить об эффективности пневмогидродвигателя будем, сравнивая затраченную и полученную мощности, т.е. количество работы, производимой в секунду. Производительность компрессора — количество воздуха на входе в компрессор, т.е. объем воздуха при атмосферном давлении. Тогда 0,167 м3/с — объем воздуха на входе в компрессор и на выходе из верхнего поплавка пневмогидродвигателя, изображенного на Рис. 3. Освобождение поплавков от воздуха и их заполнение водой происходит ниже уровня воды в корпусе двигателя. При давлении воздуха в 9 Атм он может быть подан под столб воды высотой 90 м. При скорости всплытия 0,4 м/с время всплытия составит 225 сек, при этом на всей высоте столба в поплавках будет присутствовать воздух, находящийся в движении. Скорость всплытия равная 0,4 м/с определена в результате замеров. Ее увеличение или уменьшение при сохранении столба воды и производительности компрессора отражается только на размерах поплавков по горизонтали, т.е. на длине и ширине, т.к. увеличивается или уменьшается количество воздуха, что, в свою очередь, увеличивает или уменьшает силу и не отражается на мощности пневмогидродвигателя. Изменение размеров поплавков только по горизонтали позволяет делать поплавки необходимого объема при сохранении столба воды.
Объем воздуха на выходе из напорного патрубка компрессора на глубине 90 м с учетом атмосферного давления будет равен
0,167 (м3/с) / 10 Атм = 0,0167 м3/с
т.к. давление 10 м водяного столба равно 1 Атм, а увеличение объема воздуха на величину первоначального объема происходит через каждые 10 м всплытия. Если бы объем воздуха не изменялся, то на момент всплытия он бы занял объем равный
0,0167 (м3/с) ·225 с = 3,757 м3
С учетом увеличения объема воздуха при всплытии объем будет равен
3,757 м3 ·10 Атм = 37,57 м3
С учетом коэффициента теплового расширения объем равен
37,57 м3 ·1,2 = 45, 084 м3
Сила плавучести 1 м3 воздуха равна 1000 кг с
Этот объем воздуха при всплытии произведет
работу равную
45,084 тС ·0,4 м/с =18, 033 тС · м/c
или 18033 кг С ·м/с
1 кг C·м = 9,81 Ватт, тогда при пересчете получим:
18033 кг С·м/с ·9,81 =176903,73 Вт или 176,9 КВт
Прибавив к полученной мощности не менее 30% возвращенной энергии за счет реактивной силы, развиваемой при заполнении поплавка воздухом и вытеснения из него воды, получим:
176,9 КВт + 18 КВт = 194 КВт
Мы получили энергии в 3,4 раза больше затраченной.
Механический КПД пневмогидродвигателя будет довольно высоким, т.к. работа происходит в условиях постоянной смазки водой, а поплавки взаимоуравновешены. КПД компрессора учтен при рассмотрении мощности двигателя компрессора. Пневмогидродвигатель оборудуется тормозом и останавливается на ходу, при этом в поплавках остается воздух и при следующем запуске расхода энергии не требуется, т.к. при расторма-живании оставшийся в поплавках воздух приведет двигатель в работу.
Мы сделали расчет для серийно выпускаемого компрессора, способного подать воздух под столб воды высотой 90 м. Это является вариантом повышения эффективности ГЭС за счет размещения пневмогидродвигателей на понтонах в водохранилищах. Повышение эффективности ГЭС с использованием нижнего бьефа показано в описании изобретения № 2059110. Конструкция пневмогидродвигателей отличается низкой металлоемкостью, т.к. состоит из легких каркасов. Любая речка, пруд, ручей, термальный источник, градирня могут стать источником энергии. На ГЭС за счет перемешивания нижних более теплых слоев воды с холодными верхними, сопровождаемого одновременным отбором теплоты, произойдет выравнивание температуры воды. Особенно важно то, что энергию не надо будет экономить, т.к. используя для ее получения природную неравновесность, мы не усиливаем энергетического неравновесия Земли, а, наоборот, возвращаем его, снимая последствия теплового загрязнения. Что касается солнечной энергии, то мы не расходуем ее больше, чем получаем.
Мы рассмотрели промышленный вариант получения энергии, но есть огромная потребность в энергоустановках на 3–4 КВт. Зададимся ее размерами. Возьмем высоту установки с высотой водяного столба равным 2 м. Используя этот же компрессор (только для расчета), определим мощность двигателя компрессора на подвод воздуха под столб воды 2 м:
N = (2 м·56,5 КВт) / (90 м + 10 м) = 1,13 КВт
Производительность компрессора — 0,167 м3/с
2 м водяного столба создают давление 0,2 Атм, тогда объем воздуха на глубине 2 м с учетом атмосферного давления будет равен
0,167 (м3/с) / 1,2 Атм = 0,139 м3/с
Время всплытия с глубины 2 м равно
2 м / 0,4 (м/с) = 5 сек
Через 5 сек в поплавках пневмогидродвигателя в состоянии движения с учетом увеличения объема при всплытии и коэффициента теплового расширения будет находиться
0,139 (м3/с) ·5 сек ·1,2 Атм ·1,2 = 1 м3
При всплытии будет произведено работы
1000 кгС ·0,4 м/с = 400 кгС·м/с
Работа в секунду означает мощность.
1 кгC м = 9,81 Ватт, тогда мощность равна
N = 9,81 Вт ·400 = 3924 Вт = 3, 924 КВт
Прибавив 30% возвращенной мощности, получим:
3, 924 КВт + 0,34 КВт = 4,263 КВт
При механическом КПД равном 0,9 получим мощность
N = 4,263 КВт · 0,9 = 3,84 КВт
Мы получили энергию в 3,4 раза больше затраченной:
3,84 КВт / 1,13 КВт = 3,4
Для того, чтобы еще раз убедиться в эффективности предлагаемого способа получения энергии, сравним его с эффективностью гидроаккумулирующей электростанции, когда насосом или обратимой гидротурбиной закачивается вода в высокоуровневое водохранилище с использованием ее на нижнем уровне в турбине. В этом случае при КПД равном 100% могло быть получено количество энергии равное затраченному. Определим мощность двигателя насоса для подачи воды на высоту 90 м производительностью 0,167 м3/с:
N = (9,81 ·0,167м3/с ·90 м)/ 0,75 = 196,5 КВт
Сравним полученную мощность с мощностью двигателя компрессора равной 56,5 КВт с производительностью 0,167 м3/с воздуха, способного вытеснить на высоту 90 м такой же объем воды с подачей ее на турбину и получить 196,5 КВт, затратив при этом в 3,5 раза меньше энергии. Кроме того, на всей высоте столба воды остался находящийся в движении воздух, который тоже произведет работу, что подтверждено вышеприведенным расчетом. Возможности осуществления предложенного способа дополнительно рассмотрим на графике (Рис. 2)
Из графика следует, что действие силы плавучести воздуха сразу начинается с объема Vo. Заштрихованная часть — столб воды H, на преодоление давления которого расходуется энергия компрессора, Vo — объем воздуха на глубине H, Vk — объем воздуха, расширившийся в результате падения давления при всплытии, Vq — действующий объем воздуха. На графике видно, что для пневмогидродвигателя количество находящегося в работе воздуха равно Vq, а для пневмогидравлической турбины важен объем воздуха, равный Vk, т.к. в ней работает вытесняемый объем воды, чем и объясняется разница в их эффективности.
Неисчерпаемость источника энергии, абсолютная экологическая чистота, активное улучшение окружающей среды, простота изготовления и быстрая окупаемость с возрастающей потребностью в энергии обеспечивают неисчерпаемость рынка сбыта, а разнообразие конструкций — широкую возможность их применения.
Источник: http://www.macmep.ru/markelov.htm