Александр Фролов - Новые источники энергии

Юрий Семенович принимал участие в проектировании установки, затем работал совместно со специалистами завода имени Дегтярева, г. Ковров, по изготовлению основной части испытательного стенда установки УКС-37.

Заказчиком проекта была моя компания «Лаборатория Новых Технологий Фарадей», в то время работавшая в Санкт-Петербурге. Теоретически, предполагалось получать электроэнергию на выходе электрогенератора, вращаемого турбиной, через которую проходит воздушный поток, причем в количестве, достаточном для работы вентилятора и полезной нагрузки. Воздух подавался на турбину от центробежного вентилятора через воздуховод, в котором предполагалось создать особые условия для использования кинетической энергии молекул воздуха, и последующей передачи этой энергии турбине. Очевидно, что, аналогично ранее рассмотренным случаям, избыточная кинетическая энергия создается уже в самом вентиляторе за счет центробежных сил, сжимающих воздух. Дальнейшие способы увеличения мощности на выходе энергокомплекса, которые предстояло изучить, должны были обеспечить пассивные конструктивные элементы воздуховода, без затрат энергии первичного источника.

Предполагалось получать электроэнергию от процесса вращения с помощью стандартного электрогенератора типа ГС-250 номинальной мощностью 60 кВт. Преобразование давления потока в кинетическую энергию вращения обеспечивала турбина вертолетного газотурбинного двигателя типа ГТД-350, через стандартный редуктор. Изначально, подачу воздуха на вход турбины обеспечивал центробежный вентилятор типа ВПЗ, диаметр ротора которого был около 1 метра, потребление 7 кВт/ час, производят такие вентиляторы завод в г. Чудово. Позже мы его заменили другим центробежным вентилятором ВДС-5, завод «ЛИССАНТ», Санкт-Петербург. Предполагалось, что устройство УКС-37 должно было работать в автономном режиме, и вырабатывать не менее 37 кВт электроэнергии для полезной нагрузки.

Концепция Потапова была, несомненно, верной, но у нас возникли организационные и технические трудности с ее реализацией. Выполнение работы на заводе задерживалось. После того, как договорные сроки изготовления и испытаний установки закончились, специалисты завода не вышли на автономный режим работы установки. Представители завода договорились со мной о том, что они сдают не готовое изделие, способное работать в автономном режиме, а комплект для изготовления стенда и экспериментов, по цене 50 % от договорной цены. Полагая это неплохим компромиссом, я получил экспериментальный стенд для исследований, и начал его дорабатывать. Юрий Семенович некоторое время работал со специалистами завода имени Дегтярева по данному проекту, но затем непосредственного участия в работе не принимал. Дальнейшие исследования в лаборатории я проводил самостоятельно. Большую помощь в работе по данному проекту оказал Погоняйло Игорь Анатольевич, офицер запаса, специалист высшей квалификации в области силовых установок, применяемых на судах ВМФ.

Испытательный стенд был получен мной в комплекте с неисправным вентилятором. По этой причине, вентилятор был заменен на новый центробежный вентилятор ВДС-5, производительностью 800 кубометров воздуха в час, потребление электроэнергии примерно 5 кВт в час.

Исследования показали, что концепция использования центробежных машин в автономных энергокомплексах вполне работоспособная. Нам удавалось получить около 3 кВт полезной мощности в лампах накаливания, причем это не оказывало влияния на увеличение потребляемой мощности. Эта принципиальная схема преобразователя, который использует рабочую массу потока вещества (воды или воздуха), и имеет почти полную конструктивную развязку между первичным источником «возбуждения среды» и устройством приема и преобразования кинетической энергии потока.

Можно сказать, что имеется даже некоторая «положительная связь»: если тормозить турбину, включая электрическую нагрузку, или полностью закрывать воздуховод между турбиной и вентилятором крышкой, то мощность, потребляемая электроприводом вентилятора, значительно уменьшается (от уровня 6–7 кВт до 4–5 кВт). Главное, то, что кинетическая энергия потока воздуха в такой конструкции увеличивается за счет центробежных сил, в результате сжатия рабочего тела – воздуха. При этом, потребление электроэнергии вентилятора можно минимизировать различными методами, например установкой конденсаторных компенсаторов реактивной мощности привода и точной настройкой контура в резонанс. Сложный автоматически регулируемый компенсатор реактивной мощности, в данном случае не нужен, так как у вентилятора постоянная нагрузка. Необходим мощный силовой конденсатор, имеющий величину КВАР – «КилоВольтАмперРеактивные», соответствующую мощности вентилятора.

Мы также изучили некоторые аспекты оптимизации данной конструкции. На участке от выходного отверстия центробежного вентилятора до турбины, был установлен воздуховод диаметром 400 мм (по диаметру турбины) и длиной 1 метр. При создании в данном воздуховоде вращательного процесса движения воздушной массы, мощность в нагрузке электрогенератора увеличивалась на 5–7 % по сравнению с прямолинейным движением воздушной массы. Вращение потока воздуха обеспечивалось наклонными направляющими, устанавливаемыми внутри воздуховода на его стенки. Мощность потребления вентилятора контролировалась цифровым счетчиком электроэнергии. Это увеличение мощности на выходе электрогенератора происходило без увеличения мощности потребления вентилятором, лишь за счет конструктивных пассивных элементов, фактически, за счет изменения траектории воздушного потока.

Перспективы получения автономного режима были небольшими, кинетической энергии потока воздуха от вентилятора ВДС-5 не хватало на преодоление потерь (КПД турбины и генератора). При потреблении вентилятором 5 кВт электроэнергии, в нагрузке генератора мы уверенно получали до 3 кВт мощности, но дальнейшее увеличение нагрузки приводило к потере качества электроэнергии (снижение числа оборотов и падению напряжения на выходе генератора). Было принято решение увеличить объем и давление рабочей массы воздуха, и для этой цели приобретен компрессор типа АФ53, с рабочим давлением на порядок выше, чем у ВДС-5.

По причине отсутствия финансирования по данной теме, а также после возникновения технических проблем с редуктором турбины, проект был прекращен в 2005 году. Экспериментальный стенд был продан другой компании. О дальнейших исследованиях по данной теме мне известно то, что практически ценных результатов они не получили, несмотря на привлечение профессиональных специалистов по аэродинамике. За теоретическими консультациями ко мне они не обращались.