Преобразователь энергии текучей среды (варианты)

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии, а именно преобразования энергии ветра преимущественно в электрическую. Преобразователь содержит каркас и кинематически связанные тросом (цепью) первую и вторую лопасти, неподвижно установленные на валах первой и второй шестерен первый и второй барабаны (звезды), взаимодействующие через соответствующие обгонные муфты с первой и второй шестернями, третью шестерню и коническую пару шестерен с мультипликатором и генератором, взаимодействующие с третьей шестерней четвертую и пятую шестерни и кинематически связанные тросом (цепью) третью и четвертую лопасти, третий и четвертый барабаны (звезды), взаимодействующие через соответствующие обгонные муфты с четвертой и пятой шестернями. Преобразователь выполнен из двух частей, симметричных относительно выходного вала пятой шестерни, на которой неподвижно установлена ведущая шестерня конической пары. Второй вариант преобразователя энергии содержит две параллельные смежные трубы, в середине которых установлена герметичная камера, а лопасти установлены внутри труб. Преобразователь может быть использован как автономный источник энергии и обеспечивает повышение КПД и снижение себестоимости преобразования энергии текучей среды. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области использования возобновляющихся источников энергии, а именно ветровой и гидроэнергии, и преобразования их в другие виды, преимущественно в электрическую энергию.

Известна ветроэнергетическая установка [Цыбульников С.И. Ветроэнергетическая установка. RU № 2125182 С1, кл. F03D 5/04 20.01.1999 г.] с использованием основного рабочего элемента в виде паруса, установленного на платформе, а платформы соединены, в свою очередь, в состав, начало и конец которого соединены вместе, то есть образуют кольцо. Состав устанавливается на соответствующий размерам платформ круговой путь. Парус имеет наибольший коэффициент использования ветровой энергии. Мощность, развиваемая установкой, отбирается от вала колес платформы.

Недостаток указанной ветроэнергетической установки заключается в механической (ручной) первоначальной установке ориентации паруса в зависимости от направления ветра и ручной корректировки его положения при изменении направления ветра. Кроме того, ориентация паруса меняется синхронно на всем протяжении времени прохода платформы по кольцевому пути. За это время парус делает полуоборот (180°) вокруг своей оси (стойки). Такое изменение ориентации лопасти (паруса) на подавляющем отрезке прохождения платформы по кольцевому пути не обеспечивает эффективного отбора энергии ветра.

Известен также ветродвигатель [Алиев А.С. Ветродвигатель Алиева. RU № 2224135 С1, кл. F03D 5/00 20.02.2004 г.], который по своим конструктивным признакам может быть указан в качестве прототипа предлагаемого преобразователя энергии.

Прототип содержит круговую дорогу, платформу, стойку, лопасть, флюгер, узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти.

Платформы вращаются вокруг вертикального центрального вала, от которого движение передается электрогенератору или водяному насосу.

К недостаткам прототипа относится сложность конструкции узла изменения ориентации и фиксации лопасти, что затрудняет его применение. Кроме того, конструкция прототипа не позволяет использовать ее в гидродвигателях.

Целью данного изобретения является упрощение конструкции преобразователя и расширение области его применения в гидроэнергетических установках.

Поставленная цель достигается применением новой конструкции преобразования энергии текучей среды (ветродвигателя или гидродвигателя), которая содержит каркас и кинетически связанные первым тросом или первой цепью первую и вторую лопасти, неподвижно установленные на валах первой и второй шестерен первый и второй барабаны, или первая и вторая звезды, при использовании цепи, взаимодействующие через соответствующие обгонные муфты с первой и второй шестернями, третью шестерню и коническую пару шестерен с мультипликатором и генератором. Кроме того, преобразователь содержит дополнительно взаимодействующие с третьей шестерней четвертую и пятую шестерни и кинематически связанные вторым тросом или второй цепью третью и четвертую лопасти, третий и четвертый барабаны или третью и четвертую звезды, взаимодействующие через соответствующие обгонные муфты с четвертой и пятой шестернями. При этом преобразователь выполнен из двух частей, симметричных относительно выходного вала пятой шестерни, на которой неподвижно установлена ведущая шестерня конической пары.

При этом преобразователь содержит третий и четвертый тросы (или цепи), установленные на нижних концах стоек шестерен.

Каждая лопасть преобразователя содержит вертикальную стойку и две складывающиеся половины, взаимодействующие с первым и вторым узлами регулировки угла раскрытия лопасти, установленными на верхнем и нижнем концах стойки. При этом верхний конец стойки с помощью перемычки шарнирно связан с двумя роликами, свободно катающимися на грани уголка верхней рамы, а нижний конец стойки шарнирно связан с третьим роликом, катающимся на грани уголка нижней рамы. Кроме того, на верхнем и нижнем торцах каждой половины лопасти установлены подшипники, взаимодействующие с упорами. При этом на одной или обоих половинах лопасти установлен магнит, а через пару стоек лопасти пропущен один трос или цепь, или два троса (или цепи) взаимодействующие с четырьмя блоками (или звездами) и двумя барабанами, неподвижно установленными на стойках соответствующих шестерен.

Каждый узел регулировки угла раскрытия лопасти содержит соосные шарнирно установленные на стойке лопасти внешнюю и внутреннюю втулки с наклонными прорезами, неподвижно связанные с правой и левой половинами лопасти. Кроме того, скобу, один наконечник которой взаимодействует с наклонными прорезами втулок, а другой наконечник неподвижно соединен с подвижным кольцом, над подвижным кольцом и под ним установлены первая и вторая пружины. Конец первой пружины упирается в ограничительное кольцо с фиксатором, а конец второй пружины - в торец внутренней втулки.

Первая и вторая, а также третья и четвертая лопасти работают в противофазе, а работа второй пары лопастей сдвинута относительно работы первой пары на четверть периода (90°). При этом в конце рабочего хода каждая половина лопасти через подшипник взаимодействует с соответствующим упором, а в конце пассивного хода сложенные половины лопасти взаимодействуют с соответствующим клином.

Преобразователь дополнительно содержит первый и второй понтоны, неподвижно связанные с каркасом.

Второй вариант преобразователя энергии текучей среды содержит кинематически связанные первой цепью первую и вторую лопасти, неподвижно установленные на валах первой и второй шестерен первая и вторая звезды, взаимодействующие с первой и второй шестернями, третью шестерню и коническую пару шестерен с мультипликатором и генератором. Кроме того, преобразователь содержит дополнительно взаимодействующие с третьей шестерней четвертую и пятую шестерни и кинематически связанные второй цепью третью и четвертую лопасти, третью и четвертую звезды, взаимодействующие с четвертой и пятой шестернями. Кроме того, преобразователь содержит две параллельные смежные трубы, в середине которых установлена герметичная камера, внутри труб установлены указанные лопасти, состоящие из двух половин, и четыре вертикальные стойки, на которых шарнирно установлены указанные звезды. При этом на стенках разветвленных участков труб с помощью кронштейнов шарнирно установлены еще четыре звезды. Кроме того, в герметичной камере с возможностью свободного вращения установлены вертикально четыре стойки указанных шестерен, на которых, в свою очередь, неподвижно установлены первая, вторая, третья и четвертая звезды, каждая пара из которых с помощью первой цепи связаны с первой и второй лопастями, а с помощью второй цепи - с третьей и четвертой лопастями, соответственно. Причем каждая половина лопасти имеет полукруглую форму, в горизонтальном сечении в диаметрально противоположных точках которых установлены магниты и подшипники. На верхнем конце каждой стойки лопасти шарнирно установлены два подшипника, связанные горизонтальной перемычкой, а на нижнем - третий подшипник. Параллельно цепям, неподвижно связанным со стойками лопастей, натянуты первый и второй тросы, свободно пропущенные через отверстия в первой, третьей и второй, четвертой стойках, соответственно. При этом преобразователь выполнен в виде двух идентичных механизмов, симметричных относительно выходного вала пятой шестерни, каждый из которых содержит замкнутый прямоугольный контур, образованный первой и второй цепями.

Второй вариант преобразователя дополнительно содержит магнитную муфту, нижняя полумуфта которой неподвижно и соосно связана с пятой шестерней, а верхняя полумуфта соосно неподвижно установлена на валу ведущей конической шестерни, находящейся в сцеплении с ведомой конической шестерней, установленной на валу мультипликатора, подключенной к электрогенератору.

Причем верхняя стенка герметичной камеры выполнена из неферромагнитного материала.

На фиг.1 представлен преобразователь энергии текучей среды, вид сверху где:

1 - каркас;

2 - стойки вертикальные;

3, 4 - первый и второй понтоны;

5 - рама верхняя;

6 - блоки;

7 - кронштейны;

8 - лопасти складывающиеся;

9 - стойка лопасти;

10 - упоры;

11 - подшипники;

12 - магнит;

13 - клин;

14, 15, 16, 17, 18 - первая, вторая, третья, четвертая и пятая шестерни;

19 - верхняя платформа;

На фиг.2 представлен вид А-А преобразователя энергии по фиг.1, где:

позиции 1-19 те же, что на фиг.1;

20 - барабаны (звезды);

21 - муфты обгонные;

22 - подшипники;

23 - узел регулировки угла раскрытия лопасти;

24 - ведущая коническая шестерня;

25 - ведомая коническая шестерня;

26 - рама нижняя;

27 - нижняя платформа;

28 - верхний и нижний тросы;

29 - валы шестерен;

30 - перемычки;

31 - ролик;

На фиг.3 представлена конструкция складывающейся лопасти 23, где:

32 - упорное кольцо;

33, 34 - первое, второе установочные кольца;

35 - складывающаяся половина лопасти;

36 - стеклопластика;

37, 38 - внешняя и внутренняя втулки с наклонными прорезами;

39 - перемычки вторые;

40 - подвижное кольцо;

41 - скоба;

42 - кольцо ограничительное;

43 - стопорный болт;

44, 45 - первая и вторая пружины;

46 - кронштейны;

47 - ролик;

48 - ось;

49 - уголок рамы;

50 - правая половина лопасти;

51 - трос (цепь).

На фиг.4 представлен вид В по фиг.3 на узел регулировки угла раскрытия лопасти 23, где:

позиции 40-51 те же, что на фиг.3;

52 - левая половина лопасти;

53, 54 - прорезы во внешней 37 и внутренней 38 втулках.

На фиг.5 представлен вид по фиг.2, где:

55 - отводная труба от магистрального газопровода (нефтепровода);

56 - левое и правое разветвление;

57, 57 - стойка лопасти;

58 - складывающиеся лопасти;

59 - подшипники;

60 - клинья;

61 - цепь;

62 - звезды (блоки);

63 - кронштейны;

64 - стойки;

65 - вторые кронштейны;

66 - стойка лопасти;

67 - звезды;

68 - стержни;

69 - упоры;

70 - боковые стенки герметичной камеры.

На фиг.6 представлен вид С-С по фиг.7, где:

71, 72 - верхняя и нижняя крышки;

73, 74 - левая и правая стойка лопасти;

75, 76 - левая и правая складывающиеся лопасти;

77 - звезды;

78, 79 - левая и правая ведущие звезды (барабаны);

80, 81 - левый и правый валы ведущих звезд;

82 - цепь;

83, 84 - левая и правая обгонные муфты;

85, 86 - левая и правая шестерни;

87, 88 - нижняя и верхняя магнитные полумуфты;

89 - фланец для установки магнитной полу муфты 88;

90 - кронштейны;

91, 92 - ведущая и ведомая конические шестерни;

93 - мультипликатор;

94 - электрогенератор.

На фиг.7 представлен вид В-В по фиг.6, где:

85, 86, 95, 96, 97 - первая, вторая, третья, четвертая и пятая шестерни;

99 - оси вращения.

На фиг.8 представлен вид складывающейся круглой лопасти, где:

99, 100 - левая и правая половины лопасти;

101, 102 - верхний и нижний подшипники;

103 - кронштейны;

104 - установочные и упорные кольца;

105 - подшипники;

106 - кронштейны;

107 - упоры;

108 - цепь;

109 - трос направляющий;

110 - магнит.

Принцип работы преобразователя энергии текучей среды, конструкция которого представлена на фиг.1-фиг.4, заключается в следующем.

Преобразователь энергии предназначен преимущественно для преобразования энергии текучей реки в электрическую или механическую энергию. Конструкция преобразователя состоит из жесткого каркаса 1, формы прямоугольного параллелепипеда. Верхняя 5 и нижняя 26 прямоугольные рамы сварены из металлического уголка. У удлиненных боковых сторон рам прямоугольные грани уголков 49 направлены вверх и вниз. Рамы соединены друг с другом с помощью шести вертикальных стоек 2.

Для обеспечения положительной плавучести преобразователя энергии к торцевым уголкам верхней рамы неподвижно крепятся первый 3 и второй 4 понтоны. Объем понтонов подбирается таким, чтобы верхняя платформа 19 и установленные на ней механизмы (позиции 5-18; 24, 25) оказались в надводном положении.

С помощью тросов преобразователь крепится к штырям, забитым в землю с двух сторон реки. На вертикальных стойках 2 с помощью кронштейнов 7 шарнирно крепятся блоки 6. Блоки установлены на двух уровнях. Через блоки накинуты и натянуты тросы 28. Они образуют четыре прямоугольных контура. Два из них находятся вверху, два внизу. В каждом контуре трос дополнительно обхватывает по два барабана 20 (звезды), установленные на соответствующих стойках.

Преобразователь энергии содержит четыре лопасти, состоящие из двух складывающихся прямоугольных половин. Обе половины лопасти шарнирно устанавливаются на вертикальной стойке лопасти 9 с возможностью поворота в пределах от 0 до 90°. На стойке 9 сверху и снизу лопасти устанавливаются узлы регулировки угла раскрытия лопасти 23. Над обоими половинами лопасти шарнирно устанавливаются подшипники 11. В конце рабочего хода лопасти указные подшипники взаимодействуют с упорами 10 и прижимают две половины лопасти друг к другу. Магниты 12, установленные в наконечниках половинок лопасти, сохраняют такое сложенное положение лопасти до конца пассивного (обратного) хода лопасти против течения реки (или ветра). В конце пассивного участка лопасть наталкивается на острие клина 13, которое, преодолевая магнитные силы притяжения, отделяет левую и правую половины лопасти друг от друга. Дальнейшему раскрытию лопасти помогают сжатая вторая пружина 45 узла регулировки угла раскрытия лопасти и надвигающийся поток воды (или ветра).

В то время, когда левая лопасть находится в пассивном (сложенном) положении, правая лопасть 8 находится в рабочем (раскрытом) положении.

Переключение лопастей из рабочего активного положения в пассивное и наоборот происходит почти одновременно.

Для вывода преобразователя энергии из «мертвой» точки может быть использован маховик, установленный на оси вращения пятой шестерни 18.

В данной конструкции для вывода из «мертвой» точки используется вторая пара лопастей, движение которых сдвинуто относительно движения первой пары на 90°. В каждый момент времени хотя бы одна лопасть находится в раскрытом, т.е. в рабочем, положении. В основном в рабочем положении находятся две лопасти, по одной с правой и левой сторон. Моменты, создаваемые давлением воды на рабочие лопасти, суммируются на валу пятой шестерни 18. Кроме того, при этом возрастает синхронность вращения выходного вала. Для повышения выходной мощности возможно параллельное включение большого количества данных преобразователей энергии. Для этой цели на валу пятой шестерни дополнительно устанавливается коническая шестерня, которая передает вращение на ведомую шестерню, установленную на общем валу, проходящую через центры параллельно или последовательно установленных преобразователей энергии.

На фиг.2 представлен вид А-А по фиг.1. По уголку верхней рамы 5 катятся ролики 31, соединенные друг с другом перемычкой 30. Перемычка неподвижно связана с верхним концом стойки лопасти 9. На нижнем конце стойки лопасти установлен третий ролик, который катится по уголку нижней рамы 26. На стойке шарнирно установлена лопасть, состоящая из двух половинок. Половины лопасти взаимодействуют с верхним и нижним узлами регулировки угла раскрытия лопасти 23. Данный узел регулирует угол раскрытия двух половинок лопасти в пределах от 0 до 180°.

Преобразователь энергии состоит из двух частей, симметричных относительно выходного вала пятой шестерни. Каждая часть содержит по две лопасти и восемь блоков или звезд установленных в два яруса. Блоки (звезды) установлены по углам прямоугольника и с помощью соответствующих кронштейнов связаны с вертикальными стойками 2. Через блоки верхних и нижних ярусов перекинуты тросы (или цепи), взаимодействующие с двумя верхними и двумя нижними барабанами (звездами) соответственно. Барабаны (звезды) неподвижно установлены на валах первой и второй (третьей и четвертой) шестерен. На верхних концах валов 29 неподвижно установлены ступицы соответствующих обгонных муфт 21. При этом обоймы указанных обгонных муфт неподвижно связаны с первой и второй (третьей и четвертой) шестернями. Обгонные муфты установлены на валах 29 так, что при вхождении в сцепление обгонной муфты первой шестерни обгонная муфта второй шестерни выходит из сцепления, и наоборот. Так как пары шестерен 14, 15 и 16, 17 имеют одинаковые параметры - диаметры и число зубьев - ведущими шестернями они становятся по очереди. Независимо от этого переключения пятая шестерня 18 вращается постоянно в одном направлении.

Таким образом, независимо от направления перемещения лопастей 8 и вращения барабанов (или звезд) 20 моменты вращения четырех валов 29 попарно складываются и передаются на выходной вал пятой шестерни 18. Взамен блоков 6 и тросов 28 могут быть использованы звезды и цепи. Цепная передача исключает проскальзывание и обладает более высоким КПД. В этом случае цепная передача может быть использована одна. Цепь может быть пропущена через середину стоек лопастей.

Для установки стоек шестерен, а также самых шестерен, мультипликатора и генератора используются верхняя 19 и нижняя 27 платформы. Эти платформы неподвижно крепятся к середине верхней и нижней рам. На оси вращения пятой шестерни 18 неподвижно установлена ведущая коническая шестерня 24. Ведомая коническая шестерня 25 неподвижно установлена на входном валу мультипликатора. От мультипликатора вращение передается на электрогенератор или водяной. насос (на фиг.2 не указаны).

Понтоны 3, 4 имеют обтекаемую форму и крепятся к середине торцевых сторон верхней рамы 5. Они обеспечивают необходимую положительную плавучесть преобразователя энергии. Кроме того, своими корпусами понтоны делят поток воды или ветра на две части и направляют их на рабочие лопасти.

На фиг.3 представлена конструкция складывающейся лопасти 8 совместно с двумя узлами регулировки угла раскрытия лопасти 23. Верхние ролики 47 с помощью кронштейнов 46 связаны с перемычкой 30. Центр перемычки неподвижно соединен со стойкой лопасти 9. Фактически лопасть подвешена к боковому уголку верхней рамы 5. Нижний конец стойки 9 с помощью кронштейна связан с третьим нижним роликом. Ролик с кронштейном охватывают уголок нижней рамы 26. Такая установка лопасти обеспечивает его свободное возвратно-поступательное движение вдоль боковых ребер рам 5, 26.

На стойке 9 неподвижно устанавливаются два упорных кольца 32. Над упорными кольцами на стойке лопасти установлены первое 33 и второе 34 установочные кольца с возможностью свободного поворота. С первым кольцом 33 с помощью второй перемычки 39 неподвижно соединена одна половина лопасти (например, левая). Со вторым кольцом 34 также с помощью перемычки неподвижно соединена другая (правая) половина лопасти 50.

При изменении скорости течения среды для регулировки эффективной площади лопасти используются узлы регулировки угла раскрытия лопасти 23, включающие в себя позиции 34-43.

Для удержания лопасти в сложенном положении используются магниты 12.

Магниты закрепляются на переднем краю половин лопасти с внутренней стороны. Контур каждой половины лопасти может быть выполнен из трубы прямоугольного или круглого сечения, обтянут металлической сеткой и покрыт стеклопластиком. При небольших размерах лопастей может быть использован только один узел 23.

Узел регулировки угла раскрытия лопасти состоит из внешней 37 и внутренней втулок 38 с наклонными прорезами. Эти втулки надеты на стойку лопасти 9 с возможностью свободного поворота. При этом внешняя втулка 37 второй перемычкой 39 неподвижно соединена с правой половиной лопасти 50, а внутренняя втулка также с помощью перемычки неподвижно соединена с левой половиной лопасти 52 (см. фиг.4). Наклонные прорезы 53, 54 во втулках 37, 38 направлены в разные стороны - крестообразно. Прорезы занимают по окружности втулок 90° с добавлением толщины наконечника скобы 41. Нижний наконечник скобы входит в прорезы обоих втулок 53, 54. Верхний наконечник скобы неподвижно соединен с подвижным кольцом 40. Над подвижным кольцом и под ним установлены первая 44 и вторая 45 цилиндрические пружины. Другой конец первой пружины упирается в ограничительное кольцо 42 со стопорным болтом 43. Второй конец пружины 45 упирается в торец внутренней втулки 38.

При закрытии лопасти в конце рабочего хода подшипники 11, установленные на верхнем торце каждой половины лопасти, наталкиваются на упоры 10 и уменьшают угол между двумя половинами лопастей от 180 до 0°. При этом наклонные прорезы 53, 54 во втулках 37, 38 выталкивают наконечник скобы 41 вниз. Пружина 44 в начале способствует дальнейшему уменьшению угла между двумя половинами лопастей. Зажатая между ограничительным 42 и подвижным 40 кольцами пружина передвигает кольцо 40 и связанную с ним скобу 41 вниз. Наконечник скобы взаимодействует с наклонными прорезами и разворачивает втулки 37, 38 а также связанные с ними правую и левую половину лопасти навстречу друг другу. Вторая пружина сжимается и смягчает удар при закрытии лопасти. Нижнее положение скобы 41 соответствует полному закрытию лопасти. Магниты 12 удерживают такое положение на всем участке пассивного хода лопасти.

При раскрытии лопасти с помощью клина 13, преодолевая магнитные силы притяжения между двумя магнитами 12, установленными на двух половинах лопасти, угол между двумя половинами лопасти увеличивается. Этому процессу способствуют сжатая вторая пружина и встречный поток воды (или ветра). При раскрытии двух половин лопасти связанные с ними втулки 37 и 38 разворачиваются в противоположных направлениях. Взаимодействие прорезов 53 и 54 с наконечником скобы 41 приводит к тому, что пружина 44 сжимается. Это приводит к смягчению удара при раскрытии лопасти. Угол раскрытия лопасти можно регулировать, передвигая ограничительное кольцо по стойке лопасти, а также подбирая жесткость пружины. Необходимость в изменении в эффективной площади лопастей возникает, когда меняется скорость течения реки или ветра. Изменение угла раскрытия двух половин лопасти позволит регулировать скорость вращения выходного вала, а следовательно, и электрогенератора в широком диапазоне изменения скорости течения среды (воды или ветра). Трос (или цепь) 51 может быть пропущен в середине стойки лопасти (см. фиг.4).

Установка двух узлов регулировки угла раскрытия лопасти 23 на двух концах стойки 9 позволяет повысить надежность работы преобразователя энергии.

На фиг.5 представлен второй вариант преобразователя, предназначенный для установки в магистральном газопроводе или нефтепроводе.

Для установки информационных датчиков вдоль магистральных газопроводов и нефтепроводов требуются разработка и создание автономных источников электроэнергии для питания информационных датчиков мощностью около 200 Вт, при напряжении 9 В. Такие датчики должны быть установлены через 50 км вдоль магистрального газопровода и нефтепровода.

Для установки преобразователя энергии необходимо сделать отвод (аппендикс) от магистральной линии и отобрать необходимое количество газа или нефти. После отработки газ (или нефть) снова поступает в магистральную линию. Для этого нужно установить в магистральной линии необходимые съемные заслонки (перегородки), увеличивающие сопротивление основному потоку.

Принцип работы второго варианта преобразователя энергии совпадает с первым вариантом, представленным на фиг.1-4. Отличие заключается в изменении конструкции отдельных элементов, в частности в отводе выходной мощности с помощью магнитной муфты. Ответвленный поток газа (нефти) делится на два потока. Для этого две разветвленные трубы 56 соединяются параллельно друг друга и подключаются к отводной трубе 55. Преобразователь энергии содержит два идентичных механизма. Каждый из них имеет замкнутый прямоугольный контур из цепи 61. При использовании троса по углам четырехугольника с помощью кронштейнов 63 шарнирно устанавливаются звезды 62. Средние четыре звезды шарнирно крепятся к стойкам 64, установленным вертикально внутри разветвленных параллельных труб 56. Четыре крайние звезды 62 с помощью кронштейнов 63 шарнирно крепятся к наклонным участкам труб. При этом крепление звезд должно быть таким, чтоб натянутая цепь проходила по геометрическим осям параллельных участков труб 56. При использовании троса применяются блоки 62 и барабаны взамен звезд 78, 79. Центральные ведущие звезды 78, 79 устанавливаются на обоймах обгонных муфт 83 и 84, ступицы которых установлены на валах 80 и 81 неподвижно. Для установки валов 80 и 81, а также шестерен мультипликатора и генератора создается специальная герметичная камера, которая состоит из параллельных друг другу верхней, нижней и боковых стенок 70, сваренных со всех сторон к трубам 56. Давление внутри данной камеры устанавливается такое же, как внутри труб.

Верхняя стенка должна быть выполнена из неферромагнитного материала. Это необходимо для установки магнитной муфты 87, 88. Складывающиеся лопасти 58 состоят из двух полукруглых половин. На середине обоих половин лопастей установлены подшипники 59, взаимодействующие с упорами 69. Упоры с помощью стержней 68 установлены в центральном горизонтальном сечении труб.

Два клина 60 крепятся рядом со звездами на наклонных участках труб. Два других клина крепятся к стойкам 64 второго контура, также рядом со звездами (блоками) 62. Левая и правая половины лопасти шарнирно устанавливаются на стойке лопасти 66, аналогично лопастям, представленным на фиг.3. При необходимости на каждой стойке лопасти 66 могут быть установлен один (или два) узла регулировки угла раскрытия лопасти. Однако регулировку скорости вращения электрогенератора можно осуществить, меняя давление газа или нефти, ответвляемого от магистральной линии в аппендикс.

Для придания вертикального положения стойкам лопастей 66 используется второй трос 109, натянутый параллельно цепи 108. Осевая цепь соединятся со стойками лопасти неподвижно. Второй трос 109 свободно проходит через отверстия в стойке лопасти и сохраняет ее вертикальное положение при возвратно-поступательном движении лопасти.

Верхний конец стойки соединяется с горизонтальной перемычкой, на концах которого с помощью кронштейнов 103 установлены два подшипника 101, аналогично роликам 30 на фиг.2. На нижнем конце стойки с помощью кронштейна установлен третий подшипник 102. Подшипники катятся по внутренней поверхности трубы, сохраняя вертикальное положение стойки 66. Таким образом, обеспечивается свободное возвратно-поступательное движение лопастей вдоль двух параллельных участков труб. В любой момент времени в раскрытом (рабочем) положении находится одна или две лопасти. При этом моменты нахождения лопастей в конечных ("мертвых") точках в первом и втором контурах смещены во времени по фазе на 90°. При одинаковых шестернях, звездах в обоих контурах, такое смещение по фазе сохраняется постоянным. Это исключает совпадение во времени "мертвых" точек в двух контурах.

Для повышения синхронности вращения электрогенератора на оси вращения пятой шестерни через обгонную муфту может быть установлен массивный маховик (на фиг.6 не указан). На фиг.6 кинематическая связь между стойками лопастей 66 и валами шестерен 80, 81 осуществляется с помощью цепной передачи. Для этого на валах 80, 81 неподвижно установлены ступицы обгонных муфт 83, 84, обоймы которых неподвижно связаны с соответствующими звездами (барабанами) 78, 79. На валах 80, 81 установлены левая 85 и правая 86 шестерни. При этом обгонные муфты 83 и 84 установлены так, что при вхождении в сцепление первой муфты 83 вторая муфта выходит из сцепления, т.е. находится в нейтральном положении. При одинаковых шестернях 85, 86, 95 и 96 и при кинематической схеме их включения, представленной на фиг.7, такая установка обгонных муфт обеспечивает постоянное направление вращения пятой шестерни 97, независимо от направления вращения звезд (или барабанов) 78, 79. Для передачи момента вращения пятой шестерни на ведущую коническую шестерню 91 используется магнитная муфта. Магнитная муфта состоит из нижней магнитной полумуфты 87, неподвижно связанной с пятой шестерней 97, и верхней магнитной полумуфты 88, неподвижно связанной с конической шестерней 91. Верхняя магнитная полумуфта неподвижно установлена на фланце 89, установленном на одной оси вращения с ведущей конической шестерней 91. Для установки фланца и конической шестерни 91 служат кронштейны 90. Нижняя 87 и верхняя 88 магнитные полумуфты разделены друг от друга верхней крышкой 71 герметичной камеры. Эта крышка должна быть выполнена из неферромагнитного материала, допускающего сварку с металлическими трубками. Герметичная камера должна быть рассчитана на рабочее давление в трубах аппендикса.

Вращение от ведущей конической шестерни 91 передается на ведомую коническую шестерню 92. Ведомая шестерня установлена на входном валу мультипликатора. Мультипликатор служит для повышения скорости вращения ведомой шестерни 92 до номинальной скорости вращения электрогенератора. Генератор с мультипликатором установлены на верхней крышке герметичной камеры 71.

Преобразователь энергии текучей среды может быть использован как автономный источник электрической энергии там, где нет централизованного электроснабжения.

1. Преобразователь энергии текучей среды, содержащий каркас и кинематически связанные первым тросом или первой цепью первую и вторую лопасти, неподвижно установленные на валах первой и второй шестерен первый и второй барабаны, или первая и вторая звезды, при использовании цепи, взаимодействующие через соответствующие обгонные муфты с первой и второй шестернями, третью шестерню и коническую пару шестерен с мультипликатором и генератором, отличающийся тем, что преобразователь содержит дополнительно взаимодействующие с третьей шестерней четвертую и пятую шестерни и кинематически связанные вторым тросом или второй цепью третью и четвертую лопасти и третий и четвертый барабаны или третью и четвертую звезды, взаимодействующие через соответствующие обгонные муфты с четвертой и пятой шестернями, при этом преобразователь выполнен из двух частей, симметричных относительно выходного вала пятой шестерни, на которой неподвижно установлена ведущая шестерня конической пары.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что содержит третий и четвертый тросы (или цепи), установленные на нижних концах стоек шестерен.

3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что каждая лопасть содержит вертикальную стойку и две складывающиеся половины, взаимодействующие с первым и вторым узлами регулировки угла раскрытия лопасти, установленными на верхнем и нижнем концах стойки, при этом верхний конец стойки с помощью перемычки шарнирно связан с двумя роликами, свободно катающимися на грани уголка верхней рамы, а нижний конец стойки шарнирно связан с третьим роликом, катающимся на грани уголка нижней рамы, кроме того, на верхнем и нижнем торцах каждой половины лопасти установлены подшипники, взаимодействующие с упорами, при этом на одной или обоих половинах лопасти установлен магнит, а через пару стоек лопасти пропущен один трос или цепь, или два троса (или цепи), взаимодействующие с четырьмя блоками (или звездами) и двумя барабанами, неподвижно установленными на стойках соответствующих шестерен.

4. Преобразователь энергии текучей среды по п.3, отличающийся тем, что каждый узел регулировки угла раскрытия лопасти содержит соосные шарнирно установленные на стойке лопасти внешнюю и внутреннюю втулки с наклонными прорезами, неподвижно связанные с правой и левой половинами лопасти, а также скобу, один наконечник которой взаимодействует с наклонными прорезами втулок, а другой наконечник неподвижно соединен с подвижным кольцом, над подвижным кольцом и под ним установлены первая и вторая пружины, конец первой пружины упирается в ограничительное кольцо с фиксатором, а конец второй пружины - в торец внутренней втулки.

5. Преобразователь энергии текучей среды по п.3, отличающийся тем, что первая и вторая, а также третья и четвертая лопасти работают в противофазе, а работа второй пары лопастей сдвинута относительно работы первой пары на четверть периода (90°), при этом в конце рабочего хода каждая половина лопасти через подшипник взаимодействует с соответствующим упором, а в конце пассивного хода сложенные половины лопасти взаимодействуют с соответствующим клином.

6. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит первый и второй понтоны, неподвижно связанные с каркасом.

7. Преобразователь энергии текучей среды, содержащий кинематически связанные первой цепью первую и вторую лопасти, неподвижно установленные на валах первой и второй шестерен первая и вторая звезды, взаимодействующие с первой и второй шестернями, третью шестерню и коническую пару шестерен с мультипликатором и генератором, отличающийся тем, что преобразователь содержит дополнительно взаимодействующие с третьей шестерней четвертую и пятую шестерни и кинематически связанные второй цепью третью и четвертую лопасти и третью и четвертую звезды, взаимодействующие с четвертой и пятой шестернями, кроме того, преобразователь содержит две параллельные смежные трубы, в середине которых установлена герметичная камера, внутри труб установлены указанные лопасти, состоящие из двух половин, и четыре вертикальные стойки, на которых шарнирно установлены указанные звезды, при этом на стенках разветвленных участков труб с помощью кронштейнов шарнирно установлены еще четыре звезды, кроме того в герметичной камере с возможностью свободного вращения установлены вертикально четыре стойки указанных шестерен, на которых, в свою очередь, неподвижно установлены первая, вторая и третья и четвертая звезды, каждая пара из которых с помощью первой цепи связаны с первой и второй лопастями, а с помощью второй цепи - с третьей и четвертой лопастями, соответственно, причем каждая половина лопасти имеет полукруглую форму, в горизонтальном сечении в диаметрально противоположных точках которых установлены магниты и подшипники, на верхнем конце каждой стойки лопасти шарнирно установлены два подшипника, связанные горизонтальной перемычкой, а на нижнем - третий подшипник, параллельно цепям, неподвижно связанным со стойками лопастей, натянуты первый и второй тросы, свободно пропущенные через отверстия в первой, третьей и второй, четвертой стойках, соответственно, при этом преобразователь выполнен в виде двух идентичных механизмов, симметричных относительно выходного вала пятой шестерни, каждый из которых содержит замкнутый прямоугольный контур, образованный первой и второй цепями.

8. Преобразователь по п.7, отличающийся тем, что дополнительно содержит магнитную муфту, нижняя полумуфта которой неподвижно и соосно связана с пятой шестерней, а верхняя полумуфта соосно неподвижно установлена на валу ведущей конической шестерни, находящейся в сцеплении с ведомой конической шестерней, установленной на валу мультипликатора, подключенной к электрогенератору.

9. Преобразователь по п.8, отличающийся тем, что верхняя стенка герметичной камеры выполнена из неферромагнитного материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области использования возобновляющихся источников энергии, а именно к ветровой энергии, и преобразования их в другие виды, преимущественно в электрическую энергию.

Изобретение относится к ветроэнергетике. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к возобновляющимся источникам энергии. .

Изобретение относится к области возобновляющихся источников энергии, а именно ветро- и гидроэнергии. .

Изобретение относится к области ветро- и гидроэнергетики и может быть использовано для выработки ветровой и гидроэнергии и преобразования их в электроэнергию. .

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к устройствам, преобразовывающим энергию ветра в электрическую или другие виды энергии. .

Изобретение относится к транспортной технике. .

Изобретение относится к области использования возобновляющихся источников энергии, а именно ветровой энергии. .

Изобретение относится к ветряным электрическим генераторам-двигателям, а именно к безредукторным ветроагрегатам с вертикальной осью вращения, предназначенным для получения электроэнергии.

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к водопогруженным свободнопоточным микрогидроэлектростанциям, предназначенным для всесезонного стабильного снабжения автономных потребителей электроэнергией, и может быть использовано для энергообеспечения фермерских хозяйств, метеостанций, геологоразведки и т.п.

Изобретение относится к ветро- и гидроэнергетике и касается ветро- и гидродвигателей с вертикальным валом вращения. .

Изобретение относится к гидросиловой установке для вырабатывания электрической энергии с преобразованием энергии течения воды посредством лопастной машины, содержащей, по меньшей мере, один ротор, приводимый ротором генератор и поплавок для лопастной машины, причем лопастная машина неподвижно заанкерена, а ротор ориентирован в направлении течения воды.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при создании стационарных и транспортируемых гидроустановок модульного типа, предназначенных для самостоятельного использования, а также для их комплектования в автономные блочные гидроэлектростанции.

Изобретение относится к области устройств для генерирования энергии потоков воды или ветра. .

Изобретение относится к гидростроительству и может быть применено в любом регионе России и Мира. .

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при создании стационарных и транспортируемых гидроустановок модульного типа, предназначенных для самостоятельного использования, а также для их комплектования в автономные блочные гидроэлектростанции.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для преобразования кинетической энергии воды малых и средних рек в электроэнергию без строительства плотин.

Изобретение относится к нетрадиционным источникам энергии и может быть применено в установках, использующих энергию ветра, речных, глубинных морских и других течений.

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности, к гидроэлектростанциям, которые могут быть установлены в самотечном потоке воды на различной глубине, и работать в любое время года.

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии, а именно преобразования энергии ветра преимущественно в электрическую

Наверх