Техно-дайджест    

 > Содержание Техно-дайджеста

Инерционный геометрический преобразователь электроэнергии

Инерционный геометрический преобразователь (ИГП) относится к области энергетики и представляет собой автономный электромеханический агрегат для выработки электроэнергии.

Техническая проблема, решаемая ИГП

Задача, решаемая ИГП, заключается в том, чтобы дать конструктивное решение блок-модульного устройства специальной конструкции, позволяющее преобразовать накопленную электромеханическую энергию в электроэнергию и при этом иметь: энергетический преобразователь - экономичный, автономный, экологически чистый, надежный и простой в эксплуатации, недорогой в монтаже и обслуживании, с применением изодромного регулятора, обеспечивающего автоматическую приспособляемость к изменениям нагрузки.

Современное положение дел в энергетике

До сих пор производство электроэнергии традиционно осуществляется с помощью различных технологий и агрегатов, таких как: атомные станции, теплоэлектростанции, гидроэлектростанции и т.д. В различных агрегатах при этом используются коммерческие виды топлива, но все они имеют ряд недостатков: они дорогостоящие, статические, существует проблема с поддержанием экологической чистоты окружающей среды и здоровья человека, зависят от природных атмосферных условий, а надежность эксплуатации оборудования ограничена множеством факторов, включая сложный и дорогостоящий ремонт и качество обслуживания при эксплуатации.
Атомные станции требуют высоких технологий и высококлассных специалистов, очень дорогого оборудования и, прежде всего, большого риска для окружающей среды и здоровья человека. Поэтому выработка электроэнергии стоит очень дорого и степень риска очень велика.
Функционирование теплоэлектростанций зависит от снабжения топливом (уголь, нефть, газ), требует применения дорогостоящего оборудования, которое также нуждается в регулярном комплексном обслуживании в процессе эксплуатации, дорогостоящем сервисном и техническом обслуживании, а также требует применения комплекса мер для обеспечения нормативных показателей по воздействию на окружающую среду и т.д. Следовательно, производство электроэнергии является дорогостоящим.
Гидроэлектростанции зависят от метеорологических условий, от количества накопленной в водохранилищах воды, а значит, нет уверенности в их надежном функционировании, при их строительстве требуется изменение ландшафта, а зачастую и затопление населенных пунктов, чтобы обеспечить накопление воды в водохранилищах, проведение дорогостоящих работ по строительству плотин, сложное техническое обслуживание (в том числе и в случае обледенения), существует риск разрушения плотин, подтопления громадных территорий и т.д. Кроме того, по причине длительной окупаемости таких проектов, производство электроэнергии этим способом также является дорогостоящим.
Агрегаты для производства электроэнергии на углеродных источниках энергии зависят от подачи топлива и являются дорогостоящими, требуют постоянной и непрерывной подачи топлива, регулярного технического обслуживания. В связи со всем вышесказанным существующие технологии и агрегаты для производства электроэнергии являются экономически неэффективными и дорогостоящими для потребителей.

Краткое описание ИГП

Автономный электромеханический агрегат для производства электроэнергии представляет собой устройство в едином корпусе, которое состоит из:
- основания (рамы), на котором закреплены (приварены) все основные агрегаты;
- валы, на которых смонтирован балансовый привод, редукторы и т.д.;
- шкивы и осевые подшипники для крепления валов; - рычажная система; - редукторы; - аккумуляторная батарея (АКБ) в качестве исходного источника энергии; - электродвигатель запуска и поддержания работы агрегата;
- генератор переменного тока для преобразования механической энергии в электрическую; - пуско-зарядное устройство;
- система автоматики и дистанционного мониторинга.

Структура ИГП 

Балансовый привод, установленный на корпусных подшипниковых узлах на лапах, закреплён на неподвижных опорах. Электромотор - редуктор на лапах закреплён на неподвижной платформе и присоединён к валу балансового привода. К балансовому приводу с помощью шарнирных наконечников крепятся рычаги, закреплённые с помощью корпусных подшипников к неподвижному корпусу. Через рычажно – редукторный механизм производится передача силы вращения на геометрический накопитель механической силы и трёхфазный электрогенератор. Электрогенератор установлен на неподвижной платформе. Для зарядки пускового АКБ установлено пуско – зарядное устройство. Для обеспечения автоматической работы ИГП на корпусе крепится контроллер. Изодромная система обеспечивает подстройку генератора к изменяющейся нагрузке. За прототип механической конструкции взята паровая машина Д. Уатта, рис.1. 

Рисунок 1.

Функционирование ИГП

Агрегат функционирует так, что при включении пускового выключателя, начальная энергия возбуждения от АКБ доходит через пуско – зарядное устройство до электродвигателя, который с помощью редуктора приводит в движение балансовый привод на валу. Балансовый привод передаёт накопленную энергию через систему рычагов на геометрический накопитель силы и генератор электроэнергии. Генератор подсоединен через кабели к потребителям переменного тока, а также к пуско-зарядному устройству и через него к АКБ и приводному двигателю ИГП. Пуско-зарядное устройство после пуска и выхода ИГП в рабочий режим – подзаряжает АКБ до номинального значения. Часть необходимой энергии от генератора, не зависимо от уровня нагрузки стабильно поступает на приводной двигатель ИГП, поддерживая его равномерное вращение. Это непрерывный повторяющийся цикл, при котором балансовый привод, благодаря своей собственной энергии, постоянство которой при изменяющейся нагрузке поддерживается изодромом, потребляет значительно меньше энергии от электродвигателя - редуктора, а потребляемая электрическая мощность в нагрузку подается от генератора, через клемную коробку. Таким образом, при изменении внешней полезной электрической нагрузки в пределах от 0 до 100%, агрегат постоянно и стабильно работает в оптимальном режиме и обеспечивает на выходе необходимые параметры.

Рисунок 2.

Для обеспечения работоспособности ИГП, была использована теоретическая база созданная русским математиком и механиком, основоположником теории устойчивости равновесия и движения механических систем с конечным числом параметров, Александра Михайловича Ляпунова [19], а именно:

1. Равновесие не устойчиво, если потенциальная энергия не есть минимум;
2. Равновесие не устойчиво, если потенциальная энергия есть максимум,
были приняты основные конструктивные решения, учитывающие принципы нелинейной механики. Силы ∑JjkẎk называются - скоростными. Силы (сопротивления) Rj = ˗ ∑JjkYk не консервативны, так как соответствующие им компоненты вихря
2 Jjk = - Mjk+Mkj ,
вообще, отличны от нуля. Можно назвать эти силы «искусственными», так как при прохождении системой какого -либо замкнутого цикла конфигураций С в n- мерном пространстве координат yj (малые приращения) работа этих сил ∮ ∑Rjdyj имеет определённое значение, вообще, отличное от нуля; при Cj повторных прохождениях цикла работа неограниченно возрастает. С помощью несложных технических решений её возрастание ограничивается и поддерживается на необходимом уровне.
Единственным возможным периодическим движением является равновесие, что формально верно, так как всякая постоянная, в том числе и нуль, может рассматриваться как периодическая функция с любым периодом. Необходимо иметь в виду, что работа равна нулю только за время одного полного колебания. Работу совершает лишь та составляющая силы, которая находится в фазе со скоростью. Эта работа отдаётся обратно, но уже позднее, при последующем движении, а до этого времени она должна накапливаться в виде потенциальной или кинетической энергии, что и предполагает наличие неограниченного источника энергии.

Настоящий генератор не является вечным двигателем и не может даже теоретически быть причислен к нему, так как имеет источник энергии, которым является окружающая среда, содержащая достаточно много энергии не только в тепловой, но также в электрической, механической, химической, ядерной, гравитационной и т.д. форме. При этом, обращаем особое внимание, что работа ИГП абсолютно объяснима, теоретически обоснована и не имеет никакого отношения к всевозможным околонаучным «обращениям за помощью к свойствам некоего галактического газа, учёту влияния удалённых звёзд или к чему – либо другому», которые уводят понимание за пределы классической и нелинейной механики и требуют введения новых постулатов.

В мире уже более полувека на практике используются так называемые тепловые насосы, которые берут тепло из внешней среды с низкой температурой и перекачивают его с более высокой температурой в жилое помещение. Фактически тепловые насосы используют энергию окружающей среды, преобразуя ее в тепло с СОР (коэффициент преобразования, - Coefficient Of Performance) на современном уровне ˃ 6. Предлагаемый импульсно-инерционный генератор работает по аналогичному принципу, он тоже использует энергию окружающей среды, но преобразует ее не в тепло, а в механическое движение и затем в электричество. И в этом смысле он весьма напоминает паровую машину Джеймса Уатта, если в ней заменить энергию сгорающего угля или нефти на энергию окружающей среды.

Особенность структуры ИГП заключается в том, что он не потребляет топлива и не имеет связанных с этим проблем (транспортных, финансовых, технических, экологических и др.). Генерация возможна даже в тех местах, где нет источников энергии, так как агрегат является автономным, мобильным. ИГП более чем на 90% собирается из серийно производимых промышленностью комплектующих.
При относительно невысокой начальной стоимости – от 1500 до 2500 евро / за 1 кВт установленной мощности ИГП обеспечивает экономически выгодное производство, т. е. недорогую генерацию электрической энергии. Поскольку этот вид производства электроэнергии не сжигает топлива, окружающая среда не подвержена отрицательному воздействию, остаётся первозданной. Надежность агрегатной функции проявляется в том, что балансовый привод за счет эйлеровой (доламберовой) инерции при выходе на установленные обороты, значительно снижает потребление энергии от электродвигателя-редуктора. Конструкция агрегата проста, а для его сборки используются коммерческие материалы из стандартного ряда с применением простой технологии, что делает его малозатратным в эксплуатации. По заданию Заказчика агрегат может работать параллельно с сетью и параллельно между аналогичными агрегатами выбранной единичной мощности. Модельный ряд на данном этапе предполагает единичную мощность от 1 кВт до 50 кВт. Может быть установлен дистанционный мониторинг и другие элементы автоматизации для дистанционного мониторинга и управления. ИГП предназначен для постоянной работы в режиме 7/24, круглогодично.
Подробная конструкция и чертежи не предоставляются, так как ИГП находится в стадии патентования (но варианты возможны).

Для заинтересованных лиц, которым будет необходим такой генератор или на их основе энергоцентр, после предоставления письма о намерениях (letter of intent – LOI), подписания предварительного договора (ГК РФ Статья 429.) и договора о неразглашении коммерческой тайны (non-disclosure agreement, NDA), будут предоставлены структурная схема конструкции ИГП. В качестве исключения, на возмездной основе, заинтересованному лицу может быть предоставлен список литературы, в которой имеются подробная теория и рабочие формулы, описывающие физические принципы работы ИГП.
В правовом плане ИГП соответствует требованиям РП РФ 1523р от 09.06.2020 г. «Энергетическая стратегия РФ на период до 2035г.» приложение № 3, часть II. п.п. 21, 28, 32 и 33.

Применение генератора

Применение ИГП обусловлено его особенностями конструкции и уникальными характеристиками. Как один из примеров, он будет коммерчески эффективен и полезен для развития сельскохозяйственных экологических кластеров в России. Наличие экологически чистого источника электроэнергии как первичной энергии для последующего преобразования в необходимые её виды, позволит создавать на базе заброшенных деревень, посёлков в глубинке нашей необъятной Родины современную инфраструктуру жизнеобеспечения. Без создания комфортных условий проживания, которая подразумевает наличие – воды, света, телекоммуникации, тепла, инфраструктуры для полноценного отдыха (бассейны, аквапарки, центры досуга, религиозные центры и т.п.) невозможно привлекать современную молодёжь и не только молодёжь. Коммерческая выгода применения ИГП очевидна даже без углублённых экономических расчётов. В заброшенных населённых пунктах либо уничтожено, либо вообще ранее отсутствовало электрохозяйство. Создание новых электросетей однозначно будет либо дороже, либо вообще невозможно. Подвод или развитие углеродных мини ТЭЦ также проблематичен. Применение таких углеродных мини ТЭЦ сводит на нет сам принцип Эко-поселения и развитие на его базе соответствующей инфраструктуры. Использование ВИЭ (возобновляемые источники энергии) нецелесообразно, так как во многих местах природные и погодные условия не обеспечат стабильность электроснабжения даже с применением дорогостоящих энергонакопителей. Затраты на подъездные дороги естественным образом будут минимизированы, так как большинство таких населённых пунктов находятся исторически относительно рядом с крупными магистралями.
Сейчас:

Возможно:

И это только одно из направлений, чрезвычайно востребованное в нашей стране.

ИГП будет полезен в качестве источника жизнеобеспечения геолого разведывательных экспедиций. Таким образом, можно будет значительно экономить не только на стоимости обеспечения проживания личного состава экспедиции, но и стоимости работ бурения, дробления пород и т.д. В этом случае резко снижается составляющая стоимости топлива для технологических устройств и агрегатов, которые потребляют электроэнергию.

При этом применение ДЭС или других агрегатов, традиционно используемых для выработки электроэнергии может быть вообще исключено, что значительно удешевит функционирование основного технологического оборудования экспедиции, за счёт отсутствия затрат на приобретение, транспортировку и хранение ГСМ, а также затрат на обслуживание генерирующих ДЭС, помимо прочего, ещё и имеющих довольно ограниченный ресурс до ремонта.
Ощутимое снижение затрат ИГП обеспечит во время осуществления спасательных операций, проводимых МЧС. Востребованность в энергообеспечении в этих случаях критически высока. Необходимо обеспечить электропитанием не только различного рода специальные инструменты, но и передвижные госпитали.

Предполагаем использование ИГП во всех отраслях народного хозяйства и не только, - везде, где востребовано энергетическое обеспечение относительно небольшой мощности - оборудования, работ, жизнеобеспечения и т.д. Технические характеристики ИГП позволят на необходимый срок обеспечить универсальным источником энергии – электричеством - различные категории потребителей в самых разных местах и, прежде всего, в отдалённых, малодоступных, горных, островных и т.д.
Сфера применения ИГП не ограничена представленными примерами выше. Возможно, в процессе ознакомления с возможностями данного источника энергии, проявятся и другие сферы применения. Так, например, ИГП на наш взгляд имеет высокую перспективу экспорта, как в развитые страны, так и особенно в развивающиеся страны. «Зелёная» энергия способна дать значительный толчок в признании России на мировом рынке реальных технологий не только как создателя ракет и ракетных двигателей. Так, с помощью небольших насосных станций, добывающих воду из скважин, возможно, развить сельское хозяйство и привлечь местное население, которое наиболее легко можно будет обучить этому виду деятельности, так как оно изначально – сельскохозяйственное.

Во многих случаях технологии можно интегрировать и перекрещивать между собой. Так, например, там, где необходимо тепло – предоставлять тепло, где необходим холод – предоставлять холодильные машины (абсорбционные холодильные машины – АБХМ), которые преобразуют тепло в холод, причём довольно большой мощности – 5 -10 мВт, при этом такие машины потребляют небольшое количество электроэнергии, которое способен выработать наш ИГП. В этой схеме солнечное тепло с помощью коллекторов нагревает теплоноситель до температур более 1000С и затем он с помощью насосов поступает в АБХМ, где преобразовывается в холод (хладагент – вода с температурой 7/12С0), практически в том же или даже большем объёме мощности.

Список литературы:

1. Адронов А.А. Витт А.А. Хайкин С.Э., Теория колебаний, М.: Гос. изд. физ-мат. литературы, 1959г. – 915с.
2. Алексеев Г.Н. Преобразование энергии. М.: Изд. Н. 1966г. – 189с.
3. Ампер А.М. Электродинамика. Издательство Академии Наук СССР, 1954г. - 492с.
4. Ден-Гартог Дж. П., Теория колебаний, перев. А.Н. Обморшева 1942г.- 464с.
5. Бабаков И. М. Теория колебаний : учеб. пособие — М.: Дрофа, 2004. — 591,
6. Булгаков Б. В. Колебания. — М.: Гостехиздат, 1954. — 897 с.
7. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. В двух томах, Том1,Статика и кинематика – 3е изд., -М.: Наука. 1979г. - 272с.
8. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. В двух томах, Том2, Динамика – 2е изд., -М.: Наука. 1979г. - 544с.
9. Блехман И.И. Вибрационная механика. – М. Физматлит, 1994г. - 400с.
10. Гладун А.Д. Элементы релятивистской механики: учебно-методическое
пособие по курсу Общая физика. — 2-е изд. — М.: МФТИ, 2012. —37 с.
11. Зельдович Я.Б. Возможно ли образование вселенной «из нечего»? 8.III 1914 - 2.ХII 1987г.
12. Зельдович Я.Б. Теория вакуума, быть может, решает загадку космологии. Успехи физических наук. Том 133, вып.3.Март 1981г., с. 479 – 50313. Ишлинский А.Ю., Классическая механика и силы инерции. М.: Наука,1987г. 320с.
14. Козырев Н.А. Время как физическое явление. Сборник «Моделирование и прогнозирование в биоэкологии». Рига, ЛГУ им. П.Стучки, 1982, с. 59-72
15. Козырев Н.А. Астрономическое доказательство реальности четырехмерной геометрии Минковского // Проявление космических факторов на Земле и в звездах. – М., Л., 1980, с. 85-93.
16. Козырев Н.А. Причинная механика и возможность экспериментального исследования свойств времени. История и методология естественных наук. Вып.2. Физика. – М.: Изд-во МГУ, 1963, с. 95-113.
17. Лебединский В.К. Элементарное учение об энергии. С.-Петербург,1904г. - 123с.
18. Лурье А.И. Аналитическая механика, Физматгиз,1961г. - 824с.
19. Ляпунов Л.М. Общая задача об устойчивости движения. М.:1950г. - 470с.
20. Мандельштам Л.И. Полное собрание трудов, Том 1,Издательство Академии Наук СССР, 1947г. - 335с.
21. Мандельштам Л.И. Полное собрание трудов, Том 2,Издательство Академии Наук СССР, 1947г. – 396с.
22. Мандельштам Л.И. Полное собрание трудов, Том 3,Издательство Академии Наук СССР, 1950г. - 420с.
23. Каудерер Г. Нелинейная механика, пер. Пановко Я.Г., Изд.ин.лит. 1961г. – 776с.
24. Пакулин В.Н. Структура поля и вещества. М., Берлин: Директ- Медиа, 2017г – 210с.
25. Пуанкаре А.Ж. Наука и гипотеза, Тип. Спб. акц. общ. «Слово»1906г.238с.
26. Пуанкаре А.Ж. Теория Максвелла и Герцовские колебания, С.-Петербург, Типография П.В. Мартынова,1900г.98с.
27. Пуанкаре А.Ж. Теория вихрей, Ижевск: НИЦ «Регулярная хаотическая динамика»,2000,-160 стр.
28. Прохоров И.А. Физика и магия вакуума. Древнее знание прошлых цивилизаций. LAP LAMBERT Academic Publishing, Mauritius.2018г.- 423с.
29. Академик Сахаров А.Д. Научные труды. Сборник. – М.:АОЗТ «Издательство ЦентрКом»,1995г. – 528с.
30. Смолин Ли, Возвращение времени. От античной космогонии к космологии будущего: АСТ: CORPUS; М.:2014г.- 57с.
31. Смолин Ли, Неприятности с физикой: взлёт теории струн, упадок науки и что за этим следует. Penguin Book, London, Артамонов Ю. А.(перевод)2007г.
32. Тамм И.Е. Основы теории электричества. 9-е издание, М.:Наука.1976. -616с.
33. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Теория колебаний в инженерном деле. Пер. с англ. Корнейчук Л.Г. -М.: Машиностроение, 1985г. – 472с.
34. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике. М.: Мир., 1976 г., - 439с.
35. Хокинг С. Пенроуз Р. Природа пространства и времени. НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» УГУ 2000г. - 160с.
36. Челомей В.Н., Блехман Н.Н. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах, Колебания нелинейных механических систем, Том2. М.: Машиностроение 1979г. – 351с.

Примечание: [XX] – источник из списка литературы.

С уважением, инновационная группа.
Телефон для связи +79185543690.