Преобразователь кинетической энергии потока сплошной среды в механическую силу

Изобретение относится к устройствам, преобразующим кинетическую энергию потока воды или воздуха в механическую силу. Преобразователь кинетической энергии потока сплошной среды в механическую силу, содержащий опорный каркас, подвешенную в нем со свободой линейного движения в его плоскости раму, пластины, установленные в раме со свободой их вращения вокруг лежащих в плоскости рамы осей, устройство кинематической связи между пластинами и ограничительные упоры на каркасе и на раме. Пластины выполнены упругими и имеют свободу линейного движения вдоль направления их коротких сторон. Изобретение направлено на повышение коэффициента подъемной силы. 4 ил.

 

Изобретение относится к устройствам, преобразующим кинетическую энергию потока воды или воздуха в механическое перемещение своего выходного элемента. К ним относятся ветродвигатели, ветряные и водные мельницы, ветровые и водные электростанции, ветровые устройства для подъема воды и т.п.

Известны преобразователи кинетической энергии потока сплошной среды в механическое движение (патенты РФ №№2338923, 2428585), состоящие из опорного каркаса, подвешенной в нем подвижной рамы с установленными в ней пластинами, имеющими симметричный аэродинамический профиль поперечного сечения и кинематически связанными между собой. При обдувании пластин потоком среды под некоторым углом атаки на них возникают силы, которые передаются через подшипники их подвеса раме и вызывают ее линейное движение в сторону конца каркаса. При подходе к нему угол атаки пластин меняется на противоположный, и рама движется к противоположному концу каркаса, около которого угол атаки вновь меняется, и процесс периодически повторяется.

Недостаток таких преобразователей заключается в относительно низкой эффективности, обусловленной малой развивающейся на каждой пластине силой, причиной чего является симметричность профиля сечения пластин, необходимая для обеспечения одинаковой эффективности при их движении в разных направлениях и характерная коэффициентом подъемной силы Cy не более 0,8.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности преобразования кинетической энергии потока в механическую силу. Техническим результатом изобретения будет новая конструкция пластин, обеспечивающая более высокое значение коэффициента Су пластины.

Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что каждая пластина выполнена упругой и имеет свободу движения в направлении своей короткой стороны

На рис. 1 показана схема предлагаемого преобразователя. Преобразователь состоит из опорного каркаса - 1, в котором размещена со свободой линейного движения в его плоскости рама - 2. В раме - 2 установлены со свободой поворотов вокруг своих, лежащих в плоскости рамы осей, пластины - 3, связанные между собой кинематической связью - 4. Связь - 4 обеспечивает повороты пластин на одинаковые углы в ограниченных упорами - 5 (а, б) пределах. На каркасе - 1 размещены упругие упоры - 6 (а, б). На раме - 2 имеется устройство - 7 для связи с нагрузкой, например, кривошипно-шатунный механизм. В исходном положении плоскости пластин-3 перпендикулярны плоскости рамы - 2.

Пластины - 3 подвешены к реям - 8 (рис. 2) со свободой перемещения узлов подвеса между ограничителями - 9 (а, б), 10 (а, б), выполнены из тонких упругих листов, например, из пластмассы, имеют большие отношения длины к толщине и ширины к толщине, например, ширина 400 мм и толщина 1 мм, имеют удлинение, выбранное из аэродинамических соображений и конструкционных ограничений, например, 6-8. Оси вращения пластин расположены ближе к их носкам так, что центры масс пластин располагаются сзади осей вращения.

Работа преобразователя состоит в следующем. В общем случае реи с пластинами развернуты на угол атаки а и обдуваются потоком со скоростью V. При этом на каждой пластине развивается сила

F1=0,5CySρg-1V2,

где: Су - безразмерный коэффициент,

S - площадь пластины,

g - ускорение свободного падения,

ρ - удельный вес обдувающей среды.

Под действием этой силы пластина выгибается в ее направлении (рис. 3а), точки ее подвеса двигаются, сближаясь, по рею в направлении внутренних частей ограничителей - 9б и 10б и упираются в них. При этом пластина оказывается прогнутой в плоскости поперечного сечения на величину f стрелки прогиба. От стрелки f и угла атаки зависит значение коэффициента Су. Из опыта аэродинамики известно, что оно максимально при оптимальном для получившегося дугообразного профиля значении угла около 15°-18° и стрелки прогиба 10% от ширины пластины. Из соображения обеспечения оптимального значения стрелки прогиба выбирается расстояние между внутренними частями ограничителей- 9 и 10. При оптимальном значении этих параметров коэффициент Су может достигать в зависимости от величины удлинения пластины значений 2-2.5 против значения не более 0,8 у симметричного профиля сечения.

Следовательно, при одинаковых скоростях V обдувающего потока и одинаковых площадях S пластин на пластинах рамы-2 развивается сила в 2,5-3 раза большая, чем на пластинах прототипа.

Под действием силы пластин рама-2 движется со скоростью Vp к одному из упоров - 6 (правому для случая ориентации пластин, приведенному на рис. 3а) и через устройство - 7 перемещает нагрузку, если она подсоединена. Подойдя к правому упору - 6а, ближайшая к нему пластина упирается в него, сжимает и останавливается. Вместе с ней останавливаются связанные с ней кинематической связью - 4 остальные пластины. Одновременно находящиеся сзади осей вращения пластин их концевые части продолжают движение по инерции, и т.к. центры масс пластин находятся сзади осей их вращения, вследствие чего относительно осей возникает вращающий момент, все пластины оказываются повернуты в противоположную их предыдущей ориентации сторону на новый угол атаки -α (рис. 3б). Направление действующих на пластины сил меняется на противоположное, пластины под действием набегающего потока выгибаются в противоположную сторону, узлы их подвесов перемещаются к внешним частям ограничителей - 9 и10, пластины выпрямляются и после прохождения их центральной частью нейтрального положения начинают выгибаться в сторону нового направления силы -F1. Узлы их подвеса меняют направление движения и перемещаются к внутренним частям ограничителей - 9б, 10б. Пластины вновь приобретают максимально выгодную форму, но уже выгнутую относительно рей в другую сторону, и рама под действием развившейся на пластинах силы и отданного ей распрямляющимся упором - 6а импульса силы движется к левому упору, где направление сил вновь меняется на противоположное, и процесс вновь повторяется.

Поскольку сила, развивающаяся па пластинах, в несколько раз больше, чем у прототипа, скорость движения рамы, или частота ее колебаний между упорами, как и сила, входящие в понятие «эффективность», стали значительно больше. Таким образом, предложенная конструкция пластин и их подвеса к раме обеспечивают преобразователю возможность работать с большей нагрузкой по сравнению с нагрузкой прототипа. В этом и заключается положительный эффект предлагаемого изобретения.

Преобразователь кинетической энергии потока сплошной среды в механическую силу, содержащий опорный каркас, подвешенную в нем со свободой линейного движения в его плоскости раму, пластины, установленные в раме со свободой их вращения вокруг лежащих в плоскости рамы осей, устройство кинематической связи между пластинами и ограничительные упоры на каркасе и на раме, отличающийся тем, что пластины выполнены упругими и имеют свободу линейного движения вдоль направления их коротких сторон.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветроэнергетике. Парусная ветроустановка имеет подвижную мачту, пластинчатый рабочий парус с переменной парусностью, а также устройство вторичного преобразования энергии.

Настоящее изобретение относится к ветроэнергетике. Крылевой ветродвигатель выполнен в виде вертикально установленного крыла 1, расположенного вдоль потока ветра, которое закреплено на горизонтальной оси ротора, параллельной направлению ветра, ось крыла жестко соединена с противовесом 4, который не позволяет крылу отклоняться на критические углы, при которых оно может соприкоснуться с поверхностью земли и препятствиями на ней, внутри крыла находятся сервоприводы 3, изменяющие изгиб профиля и угол атаки крыла, обеспечивая таким образом изменение направления действия подъемной силы, также крыло с ротором установлено на платформе 2, которая имеет вертикальную ось вращения, что позволяет крылу ориентироваться по направлению ветра.

Изобретение относится к устройствам для преобразования возобновляемой энергии. Устройство для преобразования возобновляемой энергии содержит раму, установленный на раме кривошипно-шатунный механизм, вал которого шарнирно связан шатуном и соединительным звеном с рамой; лопасть, жестко закрепленную на шатуне; при этом соединительное звено выполнено в виде ползуна, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль направляющей, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала, шатун расположен под углом к плоскости лопасти, определяемым соотношением sin |α|<d/(L-R), где R - длина кривошипа, L - длина шатуна, d - смещение направляющей ползуна относительно оси вала, с противоположной стороны от шатуна на вале установлен противовес, а направляющая ползуна смещена относительно оси вращения вала.

Изобретение относится к устройству по преобразованию ветра в электрическую энергию. Устройство по преобразованию энергии ветра, содержащее опорно-несущую конструкцию, с преобразователями и аккумуляторами электрической энергии.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии из колебательных движений различной природы. Преобразователь выполнен с возможностью преобразования волновой энергии в электроэнергию и содержит статор с витками электрической обмотки 4, снабженный контактными клеммами 5, и ротор 9 линейного генератора.

Настоящее изобретение относится к ветрогенераторам. Ветрогенератор по первому варианту содержит корпус, выполненный сетчатым в виде флюгера, вдоль продольной оси передней цилиндрической части которого горизонтально расположен плоский магнит, на переднем конце которого установлена ветровая ловушка, выполненная в виде боковой поверхности полого усеченного конуса.

Изобретение относится к системам управления полетом силового профиля крыла или буксировочного воздушного змея для преобразования энергии ветра в электрическую или механическую энергию.

Изобретение относится к ветроэлектрогенераторам. Ветроэлектрогенератор содержит ряд установленных в вертикальной плоскости прямоугольных ячеек, каждая из которых снабжена подпружиненным горизонтальным магнитным сердечником с возможностью осевого перемещения внутри соленоида и двумя вертикальными ветровыми щитками, установленными на концах сердечника, при этом ветровые щитки образуют две вертикальные стенки по обе стороны от плоскости ячеек.

Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием. Ветро-пьезоэлектрогенератор, содержащий пьезоэлектрические элементы, флюгер, полотно, электроды.

Изобретение относится к возобновляемой энергетике и может быть использовано при разработке новых типов ветроустановок разной мощности, работающих в свободных воздушных потоках.

Изобретение относится к микрогидроэлектростанциям, установленным на берегу горной реки. Микрогидроэлектростанция содержит каркасное крытое сооружение, размещенное на фундаментной плите 5, на которой установлены гидротурбина 1 с рабочим колесом и синхронный генератор 4.

Изобретение относится к водоветроэнергетическому машиностроению. Водоветровой двигатель содержит установленный на опорно-поворотной оси 2 корпус с направляющим раструбом-рассекателем 3, размещенные в корпусе рабочие валы с лопастями 6 и вал привода потребителя, механизм привода вала потребителя, связывающий рабочие валы и вал привода потребителя.

Изобретение относится к водоветроэнергетическому машиностроению. Водоветровой двигатель содержит установленный на опорно-поворотной оси 2 корпус с направляющим раструбом-рассекателем 3, размещенные в корпусе рабочие валы с лопастями 6 и вал привода потребителя, механизм привода вала потребителя, связывающий рабочие валы и вал привода потребителя.

Группа изобретений относится к устройству и системе для производства электроэнергии с использованием потока воды. Устройство 14 содержит сужающуюся часть 16, соединенную с первым концом смесительной трубы 18 с образованием трубы Вентури 20 между концом части 16 и смесительной трубой 18; диффузор 22, соединенный со вторым концом трубы 18 и выполненный таким образом, что в процессе эксплуатации давление на его выходе превышает давление в трубе Вентури 20; трубу 24 турбины, содержащую пакет лопаток 30.

Группа изобретений относится к устройству и системе для производства электроэнергии с использованием потока воды. Устройство 14 содержит сужающуюся часть 16, соединенную с первым концом смесительной трубы 18 с образованием трубы Вентури 20 между концом части 16 и смесительной трубой 18; диффузор 22, соединенный со вторым концом трубы 18 и выполненный таким образом, что в процессе эксплуатации давление на его выходе превышает давление в трубе Вентури 20; трубу 24 турбины, содержащую пакет лопаток 30.

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

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

Изобретение относится к гидравлическим энергетическим установкам. Установка содержит лопастную гидротурбину 1, гидронасосы 6, гидроаккумулятор 2, пневмодвигатель 23, пусковой гидронасос 7 с приводом от электродвигателя 10, связанного с автономным источником энергии 9, дополнительный гидронасос 24 и преобразователи энергии.

Изобретение относится к области гидроэнергетики и конкретно к бесплотинным электростанциям. Бесплотинная гидроэлектростанция состоит из отвода 1 в форме круглой, прямоугольной или квадратной одно-, двух- или более очковых труб, ограждения с сеткой, водоприемника 2 в форме усеченного конуса или призмы, соединенного с подводящим трубопроводом 3, последовательно установленных концентраторов 4, 5 в форме усеченного конуса или призмы или трубы концентратора, затвора 6, турбинного трубопровода 7, сопл 8, ковшовых гидротурбин 9, кожухов 10, генераторов 11.

Изобретение относится к двунаправленному устройству генерации энергии посредством прилива. Устройство содержит множество канальных дамб 10, расположенных на расстоянии друг от друга для образования канала 14 постоянной ширины, содержащих множество установочных канавок 10а, каждая из которых выполнена посредством выемок на поверхности, обращенной к каналу 14, первый и второй водозаборники 11 и 12, а также модуль 20 водяного колеса, вставленный в канавку 10а и выполненный с возможностью вырабатывать электроэнергию с использованием движения приливно-отливного течения.

Изобретение относится к устройствам, преобразующим кинетическую энергию потока воды или воздуха в механическую силу. Преобразователь кинетической энергии потока сплошной среды в механическую силу, содержащий опорный каркас, подвешенную в нем со свободой линейного движения в его плоскости раму, пластины, установленные в раме со свободой их вращения вокруг лежащих в плоскости рамы осей, устройство кинематической связи между пластинами и ограничительные упоры на каркасе и на раме. Пластины выполнены упругими и имеют свободу линейного движения вдоль направления их коротких сторон. Изобретение направлено на повышение коэффициента подъемной силы. 4 ил.

Наверх