Преобразователь кинетической энергии потока текучей среды в полезную энергию

 

Сущность изобретения: на опоре подвижно установлена штанга, с которой шарнирно связано с возможностью ограниченного поворота дпя изменения угла атаки одно или несколько обтекаемых теа Средство поворота тел выполнено в виде механизма реверсивного действия установленного с возможностью взаимодействия с штангой и каждым телом и снабжено цепью управления с элементами включения и выключения в зависимости от положения штанги. Каждое тело выполнено в виде крыла Крылья установлены последовательно по потоку друг за другом. Подвижные штанги подсоединены к общему потребителю мощности Опора выполнена с замкнутой полостью, в которой размещен потребитель мощности. Потребитель мощности выполнен в виде линейного электрогенератора магнит и электрокатушка которого установлены на опоре и штанге с возможностью взаимодействия между собой. 3 , 2 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (К ПАТЕНТУ

10ИИ3.

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4794141/29 (22) 210290 (46) 30.1293 Бюл. Na 47-48 (76) Емельянов Василий Иванович (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КИНЕТИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ПОЛЕЗНУЮ ЭНЕРГИЮ (57) Сущность изобретения: на опоре подвижно установлена штанга, с которой шарнирно связано с возможностью ограниченного поворота для изменения угла атаки одно или несколько обтекаемых тел. Средство поворота тел выполнено в виде механизма реверсивного действия, установленного с (19) КЦ (11) 2 (5Ц 5 ГОЗВ 17 06 F03 D 5 06

2 возможностью взаимодействия с штангой и каждым телом и снабжено цепью управления с элементами включения и выключения в зависимости от положения штанги. Каждое тело выполнено в виде крыла

Крылья установлены последовательно по потоку друг за другом. Подвижные штанги подсоединены к общему потребителю мощности. Опора выполнена с замкнутой полостью, в которой размещен пот. ребитель мощности. Потребитель мощности выполнен в виде линейного электрогенератора, магнит и электрокатушка которого установлены на опоре и штанге с возможностью взаимодействия между собой. 3 зл,ф-лы, 2 ил.

2005204

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании бесплотинных речных или ветровых гидродвигателей различного применения, включая приводы насосов фермерских хозяйств, мельниц, распиловочных механизмов древесины, электрогенераторов, молотов, подъемных механизмов и т.п.

Известен ветродвигатель, содержащий опору с установленной на ней поворотной платформой, оснащенной каркасом с направляющими штангами, на которых установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения рама с поворотными лопастями, и средство поворота попастей на ограниченный угол (1).

Этот ветродвигатель является усовершенствованием известного преобразователя кинетической энергии потока текущей среды в полезную энергию, содержащего опору с подвижно установленной на ней по крайней мере одной штангой, с которой шарнирно связано с возможностью ограниченного поворота для изменения угла атаки одно или несколько обтекаемых тел, и средство поворота последних (2).

Однако эти устройства имеют недостаточную надежность, экологичность и мощность.

Цель изобретения — повышение экологичности, надежности и мощности.

Согласно изобретению в преобразователе кинетической энергии потока текучей среды в полезную энергию; содержащем опору с подвижно установленной на.ней по крайней мере одной. штангой, с которой шарнирно связано с возможностью ограниченного поворота для изменения угла атаки . одно или несколько обтекаемых тел, и средство поворота последних, цель достигается за счет того, что средство поворота обтекаемых тел выполнено в виде механизма реверсивного действия, установленного с воэможностью взаимодействия со штангой и каждым обтекаемым телом, и снабженной цепью управления с элементами включения и выключения в зависимости от положения штанги относительно опоры, последняя оснащена направляющей подвижной штанги, а каждое обтекаемое тело выполнено в виде крыла.

Кроме того, обтекаемые тела установлены последовательно по потоку друг эа друroM, а их подвижные штанги подсоединены к. общему потребителю мощности. Опора выполнена с замкнутой полостью, в которой размещен потребитель мощности. Средство поворота обтекаемых тел установлено на штанге. Преобразователь оснащен линейным генератором электрической энергии, магнит и электрокатушка которого установлены на опоре и штанге с возможностью взаимодействия между собой, На фиг. 1 и фиг. 2 показаны преобразователь кинетической энергии, вид сбоку и спереди.

Преобразователь кинетической энергии потока 1 текучей среды, в частности потока речной воды, в полезную энергию содержит одно или несколько обтекаемых тел 2, каждое из которых выполнено в виде крыла, 10 способного при взаимодействии с потоком текучей среды создавать аэро- или гидродиОграничителями и фиксаторами поворота обтекаемых тел 2 служат, в частности, упоры 12, 13, выполненные на штангах 4.

Средство поворота обтекаемых тел 2 выполнено в виде механизма реверсивного действия, установленного с возможностью взаимодействия со штангой и каждым обтекаемым телом. В данном примере средство поворота обтекаемых тел выполнено в виде

55 намическую подъемную силу. Если крыльев

"5 несколько, они образуют решетку и могут быть параллельны и иметь одинаковые углы атак а или Р по отношению к вектору скорости набегающего потока 1 или под разными углами атаки. При этом каждое крыло

20 установлено под заданным углом атаки. Посредством оси вращения 3 каждое крыло шарнирно связано с воэможностью ограниченного поворота для изменения угла атаки с одной или двумя подвижными штангами 4, 25 каждая из которых посредством направляющей в виде подшипника качения или скольжения 5 установлена на опоре 6, выполненной с замкнутой полостью. Если подвижная штанга одна, то она связана с крылом в середине его продольной оси вращения 3. Если штанг 4 несколько. то они взаимно параллельны и размещены около концов крыльев. При этом обтекаемые тела в виде крыльев для увеличения мощности

35 установлены последовательно по потоку текучей среды друг за другом, а их подвижные штанги подсоединены (см. чертеж) через шатуны 7, кривошины 8, вал 9 и ходоувеличительный редуктор 10 к потребителю мощ40 ности, например к электрогенератору 11, размещенному в замкнутой полости опоры

6. 8 случае использования на реке каждое крыло, по размаху может простираться от одного берега русла реки до другого ее бе45 рега, а его продольная ось ориентирована поперек потока реки, при этом практически весь поток речной воды проходит через решетку крыльев преобразователя и его мощность максимально полно преобразуется в

50 полезную энергию.

2005204 электродвигателя 14, установленного на штанге 4, на валу которого укреплена зубчатая звездочка 15, связанная посредством замкнутой цепи 16 с аналогичными зубчатыми звездочками 17 и 18, укрепленными нэ соответствующих осях вращения 3 обтекаемых тел. Каждое обтекаемое тело может иметь свой индивидуальный механизм из-. менения угла атаки. Электродвигатель 14, как силовой механизм реверсивного действия. при своей работе через свой корпус

10 имеет силовое взаимодействие со штангой

4, а через звездочку 15, цепь 16 и звездочки

17 и 18 имеет силовое взаимодействие с цепью управления с элементами включения и выключения в зависимости от положения штанги 4 относительно опоры 6. В рассматриваемом примере цепь управления выполнена в виде. упора 19 на штанге 4, взаимодействующего попеременно в зависимости от направления движения и положения штанги относительно опоры б до с

25 концевым включателем 20, то с концевым включателем 21, установленными на опоре и подключающими электродвигатель 14 к электрогенератору 11. Аналогичные элементы выключения электродвигателя, отключающие цепь питания его от выхода

30 электрогенератора, в виде концевых выключателей установлены на штанге в упорах 12 и 13 (на чертеже условно не показаны). В эти концевые выключатели упираются обтекаемые тела при их повороте на тот или иной

35 угол атаки и отключают цепь питания электродвигателя 14 от электрогенератора. При необходимости преобразователь кинетической энергии может быть оснащен линейным генератором электрической энергии, магнит и электрокатушка которого соответ40 ствующим образом установлены на опоре и штанге с возможностью взаимодействия между собой при их относительном перемещении (на чертеже условно не показано).

Если в качестве потребителя мощности вместо электрогенератора использован иной потребитель, например гидронасос, то вместо электродвигателя 14 используют иной

50 механизм реверсивного действия, например силовой гидромеханизм известного в промышленности типа, сущность изобретения при этом не изменится. При этом и элементы включения и выключения цепиуправления механизма реверсивного действия средства поворота обтекаемых тел должны иметь аналогичный вид и природу, отвечающую замыслу изобретения, B преобразователе может использоваться любой иной механизм, обеспечивающий преобрэкаждым обтекаемым телом 2. Силовой меха- 15 низм реверсивного действия снабжен зование возвратно-поступательного движения штанги во вращательчое движение.

В процессе работы преобразователя кинетической энергии поток текучей среды 1, в частности речной поток воды, омывает профилированные крылья обтекаемых тел 2 со скоростью V под заданным углом атаки а, создавая на крыльях подъемную силу У, величина которой пропорциональна квадрату скорости движения речной воды, площади S крыла и коэффициенту Gy подъемной силы, а также плотностир воды. Если число крыльев в решетке и, то их подъемные силы суммиру1отся и перемещают штангу 4 суммарной силой, равной

V2

Y=Có — - S и

Это силовое вертикальное движение штанг

4 со скоростью, примерно равной скорости потока реки передается через кривошипношатунный механизм 7 и 8, вал 9 и редуктор

10 на ротор электрогенератора 11, передавая ему выработанную мощность N, равную й= Y V= — Су > V . S и. В крайнем

2 верхнем положении штанги относительно опоры 6 упор 19 взаимодействует с включателем 21, а последний подключит цепь питания электродвигателя 14 с выходом электрогенератора 11. Электродвигатель 14 сработает, повернув через звездочку 15, цепь 16 и звездочки 17 и 18 крылья 2 на их осях 3 с изменением их углов атаки с угла а на угол Р до упора в концевой выключатель 12, который отключит электропитание двигателя от электрогенератора. Подъемная сила крыльев той же величины, но противополо>кного первоначальному направле. ния будет перемещать штангу 4 вниз с передачей мощности с нее нэ электрогенератор

11, вырабатывающий соответствующую электроэнергию, В крайнем нижнем положении штанги относительно опоры б упор

19 вступит во взаимодействие с концевым включателем 20, который подключит цепь электропитания электродвигателя 14 к электрогенератору 11. Электродвигатель 14 тем же путем повернет крылья 2, изменив их углы атаки с 8 на а до упора крыльев в концевые выключатели упора 13, которые откл ючат цепь питания электродвигателя от электрогенератора, Далее циклы повторятся в непрерывном режиме.

Взаимодействие механизма реверсивного действия со штангой и обтекаемыми телами позволяет снизить до минимума время перекладки с одного угла атаки на другой с минимальными динамическими нагрузками, что повышает надежность и бесшум2005204 ность работы, а также увеличивает время работы преобразователя под оптимальными углами атаки, обеспечивающими получение максимального значения подъемной силы, а следовательно, и мощно..ти преобразователя. Кинетическая энергия (или мощность) потока речной воды, ежесекундно проходящего через площадь поперечного сечения F русла реки,,равна половине произведения секундного массового расхода m воды на квадрат скорости потока или

Np — mV = — p V F, 1 2 1 э.

2 2

Сравнивая это значение мощности потока реки в данном ее сечении с той мощностью N, которая передается от подвижных штанг потребителю мощности 11, видим, что при размахе крыла, примерно равном ширине реки, решетчатое крыло обеспечивает наиболее полное преобразование кинетической энергии потока текучей среды в полезную энергию. Последовательная установка обтекаемых тел друг за другом вдоль потока русла реки позволяет снимать в каждом ее поперечном сечении дополнительно

Формула изобретения

1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ 8 ПОЛЕЗНУЮ ЭНЕРГИЮ, содержащий опору с подвижно установленной на ней по крайней мере одной штангой, с которой шарнирно связано с возможностью ограниченного поворота для изменения угла атаки одно или несколько обтекаемых тел, средство поворота последних и потребитель мощности, отличающийся тем, что средство поворота обтекаемых тел выполнено в виде механизма реверсивного действия, установленного с возможностью взаимодействия со штангой и каждым обтекаемым телом и снабжено цепью управления.с элементами включения и выключения в зависимости от такую же мощность, что обеспечивает полезное использование энергии потока реки по всей ее длине без строительства плотин.

Небольшая строительная высота и значи5 тельное расстояние между смежными крыльями решетки не препятствует судоходству и миграции рыб, а также обеспечивает работу преобразователя на мелководных реках и подо льдом в зимнее

10 время. Установка потребителя мощности в замкнутой полости опоры повышает экологичность и надежность работы. Использование линейного электрогенератора гармонично сочетается с характером воз15 вратно-поступательного движения штанг относительно опоры, что позволяет избавиться от промежуточных конструктивных узлов и повысить надежность и мощность эа счет снижения потерь.

20 (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1044813, кл, F 03 D 5/00, 1983.

Патент СССР М 18329, кл. F 03 В 17/06, 1930, 25 положения штанги, а каждое обтекаемое тело выполнено в виде крыла, 2. Преобразователь по п,1, отличающийся тем, что крылья установлены последовательно по потоку друг за другом, а их подвижные штанги подсоединены к общему потребителю мощности, 3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что опора выполнена с замкнутой полостью, в которой размещен потребитель мощности.

4. Преобразователь по п.1, отличающийся тем,.что потребитель мощности выполнен в виде линейного электрогенератора, магнит и электрокатушка которого установлены на опоре и штанге с возможностью взаимодействия между собой.

2005204

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Редактор А.Бер

Заказ 3427

Составитель В.Емельянов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.ÊÓëb

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская нв6.,4/5