EA040761B1 - DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING ELECTRIC ENERGY - Google Patents
DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING ELECTRIC ENERGY Download PDFInfo
- Publication number
- EA040761B1 EA040761B1 EA202091572 EA040761B1 EA 040761 B1 EA040761 B1 EA 040761B1 EA 202091572 EA202091572 EA 202091572 EA 040761 B1 EA040761 B1 EA 040761B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- flow
- central
- water
- elements
- flow guide
- Prior art date
Links
Description
Область изобретенияField of invention
Настоящее изобретение относится к области производства электрической энергии, а точнее - к системам и способам производства электрической энергии с использованием вертикальной двухроторной гидравлической турбины.The present invention relates to the field of electrical energy production, and more specifically to systems and methods for the production of electrical energy using a vertical twin-rotor hydraulic turbine.
Уровень техникиState of the art
Мировой спрос на энергию постоянно растет, что вызывает необходимость в развитии и постоянном улучшении технологий извлечения энергии. Возобновляемые источники энергии являются предпочтительными из-за их относительно низкого воздействия на окружающую среду. Одним из примеров возобновляемого источника энергии является гидрэнергоустановка, обычно называемая гидравлической турбиной.The global demand for energy is constantly growing, which necessitates the development and continuous improvement of energy extraction technologies. Renewable energy sources are preferred due to their relatively low environmental impact. One example of a renewable energy source is hydropower, commonly referred to as a hydraulic turbine.
Существуют различные конфигурации гидравлических турбин для извлечения энергии из потока воды. Однако такие устройства могут быть трудными в обслуживании, поскольку они обычно погружены ниже поверхности воды, что создает тяжелые условия работы для механических компонентов, необходимых для жизнеспособности устройств. Кроме того, необходимо постоянное давление для повышения эффективности и КПД этих устройств и снижения требований к минимальной скорости потока для их работоспособности, так что большая часть проточных источников воды на нашей планете может использоваться для получения энергии.There are various configurations of hydraulic turbines for extracting energy from the flow of water. However, such devices can be difficult to maintain because they are usually submerged below the surface of the water, which creates harsh conditions for the mechanical components necessary for the viability of the devices. In addition, constant pressure is needed to increase the efficiency and efficiency of these devices and reduce the minimum flow rate requirements for their operation, so that most of the flowing water sources on our planet can be used for energy.
Эти и другие недостатки устраняются с помощью различных вариантов выполнения, описанных в настоящем изобретении.These and other disadvantages are eliminated using the various embodiments described in the present invention.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
В одном аспекте настоящего изобретения предложено устройство для извлечения энергии из потока воды, содержащее центральные элементы, каждый из которых поддерживается на первом и втором концах и выполнен с возможностью вращения вокруг по существу вертикальной оси; по меньшей мере один лопастной элемент, отходящий от каждого из центральных элементов для взаимодействия с потоком воды для создания вращения центральных элементов; и по меньшей мере одно основное приспособление для направления потока, расположенное на переднем конце устройства и предназначенное для направления набегающего потока воды в заданную область вдоль каждого из указанного по меньшей мере одного лопастного элемента, причем центральные элементы расположены позади указанного по меньшей мере одного основного приспособления для направления потока.In one aspect of the present invention, there is provided a device for extracting energy from a stream of water, comprising central elements, each of which is supported at first and second ends and is rotatable about a substantially vertical axis; at least one bladed element extending from each of the central elements to interact with the flow of water to create rotation of the central elements; and at least one main flow guiding device located at the front end of the device and designed to direct the incoming water flow to a predetermined area along each of said at least one bladed element, the central elements being located behind said at least one main device for flow direction.
В другом аспекте настоящего изобретения предложена лопасть для использования с энергогенерирующей турбиной, имеющей центральный вращающийся элемент, причем лопасть имеет ударную поверхность и подъемную поверхность, при этом лопасть содержит внутреннюю часть, расположенную рядом с центральным вращающимся элементом, центральную часть, начинающуюся от дистального конца внутренней части, и наружную часть, начинающуюся от дистального конца центральной части и оканчивающуюся острым кончиком, причем центральная часть искривлена для создания подъема стороны, противоположной ударной стороне лопасти; причем кривизна наружной части на кончике по существу соответствует кривизне круговой траектории, по которой проходит кончик лопасти во время вращения центрального вращающегося элемента.In another aspect of the present invention, a blade is provided for use with a power generating turbine having a central rotating element, wherein the blade has a striking surface and a lifting surface, wherein the blade comprises an inner portion adjacent to the central rotary member, a central portion starting from the distal end of the inner portion , and an outer part starting from the distal end of the central part and terminating in a sharp tip, the central part being curved to create a lift on the side opposite the impact side of the blade; moreover, the curvature of the outer part at the tip essentially corresponds to the curvature of the circular path along which the tip of the blade passes during rotation of the central rotating element.
В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ извлечения энергии из потока воды, включающий следующие этапы: размещение в водной массе устройства, содержащего центральные элементы, каждый из которых поддерживается на первом и втором концах и вращается вокруг по существу вертикальной оси; по меньшей мере один лопастной элемент, отходящий от каждого из центральных элементов для взаимодействия с потоком воды для создания вращения центральных элементов; и по меньшей мере одно основное приспособление для направления потока, расположенное на переднем конце устройства, для направления набегающего потока воды в заданную область вдоль каждого из указанного по меньшей мере одного лопастного элемента, причем центральные элементы расположены за указанным по меньшей мере одним основным приспособлением для направления потока; приведение в действие устройства для извлечения энергии из потока воды и передача энергии для питания электрического устройства.In another aspect of the present invention, a method is provided for extracting energy from a stream of water, comprising the following steps: placing in the water body a device containing central elements, each of which is supported at the first and second ends and rotates around a substantially vertical axis; at least one bladed element extending from each of the central elements to interact with the flow of water to create rotation of the central elements; and at least one main flow guiding device, located at the front end of the device, for directing the incoming water flow to a predetermined area along each of said at least one bladed element, the central elements being located behind said at least one main guiding device flow; actuating a device for extracting energy from a water flow and transferring energy to power an electrical device.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Последующие чертежи служат для иллюстрации различных вариантов выполнения признаков изобретения. Эти чертежи являются иллюстративными и не предназначены для ограничения.The following drawings serve to illustrate various embodiments of the features of the invention. These drawings are illustrative and are not intended to be limiting.
Фиг. 1 изображает вид сверху устройства для извлечения энергии в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 1 is a plan view of an energy recovery device according to one embodiment of the present invention.
Фиг. 2 изображает вид в аксонометрии устройства для извлечения энергии, показанного на фиг. 1.Fig. 2 is a perspective view of the energy extraction device shown in FIG. 1.
Фиг. 3 изображает вид сверху основного приспособления для направления потока, центральных элементов, крыловидной части и дополнительных приспособлений для направления потока устройства для извлечения энергии, показанного на фиг. 1.Fig. 3 is a plan view of the main flow guiding device, the central members, the wing part and the additional flow guiding devices of the energy recovery device shown in FIG. 1.
Фиг. 3А изображает вид сверху основного приспособления для направления потока, крыловидной части, дополнительных приспособлений для направления потока и варианта центральных элементов устройства для извлечения энергии, показанного на фиг. 1.Fig. 3A is a plan view of the main flow guide, the wing part, the flow guide accessories, and a variation of the cores of the energy recovery device shown in FIG. 1.
Фиг. 4 изображает вид сверху отдельных центральных элементов и лопастных элементов устройстFig. 4 shows a plan view of the individual central elements and blade elements of the device.
- 1 040761 ва для извлечения энергии, показанного на фиг. 1.- 1 040761 va for extracting energy, shown in Fig. 1.
Фиг. 5 изображает вид в аксонометрии еще одного варианта выполнения настоящего изобретения.Fig. 5 is a perspective view of another embodiment of the present invention.
Фиг. 6 изображает поперечный разрез лопастного элемента в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 6 is a cross-sectional view of a paddle element according to another embodiment of the present invention.
Фиг. 7 изображает вид в аксонометрии центрального элемента, имеющего два лопастных элемента, как описано в варианте выполнения, показанном на фиг. 6.Fig. 7 is a perspective view of a central element having two paddle elements as described in the embodiment shown in FIG. 6.
Фиг. 8 изображает вид в аксонометрии центрального элемента, имеющего три лопастных элемента, как описано в варианте выполнения, показанном на фиг. 6.Fig. 8 is a perspective view of a central element having three bladed elements as described in the embodiment shown in FIG. 6.
Фиг. 9 изображает вид в аксонометрии центрального элемента с четырьмя лопастными элементами, как описано в варианте выполнения, показанном на фиг. 6.Fig. 9 is a perspective view of a central element with four bladed elements as described in the embodiment shown in FIG. 6.
Фиг. 10 изображает вид в аксонометрии центрального элемента, имеющего шесть лопастных элементов, как описано в варианте выполнения, показанном на фиг. 6.Fig. 10 is a perspective view of a central element having six bladed elements as described in the embodiment shown in FIG. 6.
Фиг. 11 изображает вид в аксонометрии центрального элемента с восемью лопастными элементами, как описано в варианте выполнения, показанном на фиг. 6.Fig. 11 is a perspective view of a central element with eight bladed elements as described in the embodiment shown in FIG. 6.
Фиг. 12 изображает вид в аксонометрии центрального элемента с десятью лопастными элементами, как описано в варианте выполнения, показанном на фиг. 6.Fig. 12 is a perspective view of a central element with ten bladed elements as described in the embodiment shown in FIG. 6.
Фиг. 13 изображает вид спереди устройства для извлечения энергии с двугранными пластинами в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 13 is a front view of a dihedral plate energy recovery device according to another embodiment of the present invention.
Фиг. 14 изображает вид сбоку устройства для извлечения энергии, имеющего двугранные пластины, в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 14 is a side view of an energy extractor having dihedral plates according to another embodiment of the present invention.
Фиг. 15 изображает вид сверху устройства для извлечения энергии, описанного в варианте выполнения, показанном на фиг. 14.Fig. 15 is a plan view of the energy extracting device described in the embodiment shown in FIG. 14.
Фиг. 16 изображает вид в аксонометрии устройства для извлечения энергии, погруженного в толщу воды, как описано в варианте выполнения, показанном на фиг. 14.Fig. 16 is a perspective view of an energy recovery device submerged in the water column as described in the embodiment shown in FIG. 14.
Фиг. 17 изображает вид сбоку устройства для извлечения энергии, погруженного в толщу воды, как описано в варианте выполнения, показанном на фиг. 14.Fig. 17 is a side view of the power recovery device submerged in the water column as described in the embodiment shown in FIG. 14.
Фиг. 18 изображает вид спереди в аксонометрии устройства для извлечения энергии, имеющего двугранные пластины и заднюю пластину, в соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 18 is a front perspective view of an energy extracting device having dihedral plates and a back plate, in accordance with another embodiment of the present invention.
Фиг. 19 изображает вид сзади в аксонометрии устройства для извлечения энергии, описанного в варианте выполнения, показанном на фиг. 18.Fig. 19 is a perspective rear view of the energy extracting device described in the embodiment shown in FIG. 18.
Фиг. 20 изображает вид сзади устройства для извлечения энергии, описанного в варианте выполнения, показанном на фиг. 18.Fig. 20 is a rear view of the power recovery device described in the embodiment shown in FIG. 18.
Фиг. 21 изображает вид сбоку устройства для извлечения энергии, описанного в варианте выполнения, показанном на фиг. 18.Fig. 21 is a side view of the power extractor described in the embodiment shown in FIG. 18.
Фиг. 22 изображает вид сзади в аксонометрии устройства для извлечения энергии, частично погруженного в толщу воды, как описано в варианте выполнения, показанном на фиг. 18.Fig. 22 is a rear axonometric view of the power recovery device partially submerged in the water column as described in the embodiment shown in FIG. 18.
Фиг. 23 изображает вид спереди в аксонометрии устройства для извлечения энергии, предназначенного для мелководья, в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 23 is a front perspective view of a shallow water power recovery device according to another embodiment of the present invention.
Фиг. 24 изображает вид спереди в аксонометрии в частичном разрезе устройства для извлечения энергии, описанного в варианте выполнения, показанном на фиг. 23.Fig. 24 is a partial sectional front axonometric view of the energy extracting device described in the embodiment shown in FIG. 23.
Фиг. 25 изображает вид сверху переднего приспособления для направления потока устройства для извлечения энергии, описанного в варианте выполнения, показанном на фиг. 23.Fig. 25 is a plan view of the front flow guide of the energy recovery device described in the embodiment shown in FIG. 23.
Фиг. 26 изображает вид сверху в частичном разрезе устройства для извлечения энергии, описанного в варианте выполнения, показанном на фиг. 23.Fig. 26 is a partial sectional top view of the energy recovery device described in the embodiment shown in FIG. 23.
Фиг. 27 изображает вид сверху в частичном разрезе одного из центральных элементов устройства для извлечения энергии, описанного в варианте выполнения, показанном на фиг. 23.Fig. 27 is a plan view in partial section of one of the central elements of the energy extracting apparatus described in the embodiment shown in FIG. 23.
Фиг. 28 изображает вид спереди в аксонометрии устройства для извлечения энергии, описанного в варианте выполнения, показанном на фиг. 23, и прикрепленного к стабилизатору потока.Fig. 28 is a front perspective view of the energy extracting device described in the embodiment shown in FIG. 23 and attached to the flow stabilizer.
Фиг. 29 изображает вид сбоку устройства для извлечения энергии, описанного в варианте выполнения, показанном на фиг. 28, и прикрепленного к дну.Fig. 29 is a side view of the power extractor described in the embodiment shown in FIG. 28, and attached to the bottom.
Фиг. 30 изображает вид сверху конфигурации переднего приспособления для направления потока, центральных элементов и дополнительных приспособлений для направления потока, когда вода течет в направлении Y, в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 30 is a plan view of the configuration of the front flow guide, centerpieces, and flow guide accessories when water flows in the Y direction, in accordance with one embodiment of the present invention.
Фиг. 30А изображает вид сверху конфигурации переднего приспособления для направления потока, центральных элементов и дополнительных приспособлений для направления потока, когда вода течет в направлении Y', в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 30A is a plan view of the configuration of the front flow guide, centerpieces, and flow guide accessories when water flows in the Y' direction, in accordance with one embodiment of the present invention.
Фиг. 30В изображает вид сверху конфигурации переднего приспособления для направления потока, центральных элементов и дополнительных приспособлений для направления потока в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения, причем переднее приспособление для направления потока и дополнительные приспособления для направления потока имеют стопоры.Fig. 30B is a plan view of a configuration of a front flow guide, centerpieces, and flow guide accessories in accordance with one embodiment of the present invention, wherein the front flow guide and flow guide accessories have stoppers.
Фиг. 30С изображает вид сверху конфигурации переднего приспособления для направления потока,Fig. 30C is a plan view of the configuration of the front flow guide,
- 2 040761 дополнительных приспособлений для направления потока и центральных элементов по существу в V-образной конфигурации в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.- 2 040761 flow guide accessories and central members in a substantially V-shaped configuration, in accordance with one embodiment of the present invention.
Фиг. 31 изображает вид сверху в аксонометрии устройства для извлечения энергии, предназначенного для мелководья, в соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 31 is a top perspective view of a shallow water power recovery device according to another embodiment of the present invention.
Фиг. 32 изображает вид в аксонометрии сверху в разрезе устройства для извлечения энергии, как показано на фиг. 31, причем поперечный разрез проходит через центр устройства для извлечения энергии.Fig. 32 is a perspective top sectional view of the energy extracting device as shown in FIG. 31 with the cross section passing through the center of the energy extraction device.
Фиг. 33 изображает вид в аксонометрии в разрезе устройства для извлечения энергии, описанного на фиг. 31, причем поперечный разрез проходит через экран.Fig. 33 is a perspective, sectional view of the energy extraction device described in FIG. 31 with the cross section passing through the screen.
Фиг. 34 изображает вид сверху в разрезе устройства для извлечения энергии, показанного на фиг. 31.Fig. 34 is a top sectional view of the power extractor shown in FIG. 31.
Фиг. 35 изображает вид сверху в аксонометрии устройства для извлечения энергии, предназначенного для мелководья, в соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 35 is a top perspective view of a shallow water power recovery device according to another embodiment of the present invention.
Фиг. 36 изображает вид в аксонометрии в разрезе устройства для извлечения энергии, показанного на фиг. 35, причем поперечный разрез проходит через центр устройства для извлечения энергии.Fig. 36 is an axonometric sectional view of the energy extraction device shown in FIG. 35 with the cross section passing through the center of the energy extraction device.
Фиг. 37 изображает вид в аксонометрии в разрезе устройства для извлечения энергии, показанного на фиг. 35, причем поперечный разрез проходит через экран.Fig. 37 is an axonometric sectional view of the energy extraction device shown in FIG. 35 with the cross section passing through the screen.
Фиг. 38 изображает вид сверху в разрезе устройства для извлечения энергии, показанного на фиг. 35.Fig. 38 is a top sectional view of the power extractor shown in FIG. 35.
Фиг. 39А изображает вид сверху конфигурации переднего приспособления для направления потока и центральных элементов в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 39A is a plan view of a front flow guide and center members configuration in accordance with another embodiment of the present invention.
Фиг. 39В изображает вид сверху конфигурации переднего приспособления для направления потока и центральных элементов в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 39B is a plan view of a front flow guide and center members configuration in accordance with another embodiment of the present invention.
Фиг. 39С изображает вид сверху конфигурации переднего приспособления для направления потока и центральных элементов в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 39C is a plan view of a front flow guide and center members configuration in accordance with another embodiment of the present invention.
Фиг. 39D изображает вид сверху конфигурации переднего приспособления для направления потока и центральных элементов в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 39D is a plan view of a front flow guide and center members configuration in accordance with another embodiment of the present invention.
Фиг. 39Е изображает вид сверху конфигурации переднего приспособления для направления потока и центральных элементов в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 39E is a plan view of a front flow guide and center members configuration in accordance with another embodiment of the present invention.
Фиг. 39F изображает вид сверху конфигурации переднего приспособления для направления потока и центральных элементов в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 39F is a plan view of a configuration of a front flow guide and center members in accordance with another embodiment of the present invention.
Фиг. 40 изображает вид сверху в аксонометрии устройства для извлечения энергии, предназначенного для мелководья без верхней рамы, в соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 40 is a top perspective view of a shallow water power recovery device without a top frame, in accordance with another embodiment of the present invention.
Фиг. 41 изображает вид сверху в аксонометрии устройства для извлечения энергии, предназначенного для мелководья, в соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 41 is a top perspective view of a shallow water power recovery device according to another embodiment of the present invention.
Фиг. 42 изображает вид сбоку устройства для извлечения энергии, предназначенного для мелководья и показанного на фиг. 41.Fig. 42 is a side view of the shallow water power recovery device shown in FIG. 41.
Фиг. 43 изображает вид в аксонометрии устройства для извлечения энергии, предназначенного для мелководья и показанного на фиг. 41, без экрана 6035.Fig. 43 is a perspective view of the shallow water power recovery device shown in FIG. 41, no shield 6035.
Фиг. 44 изображает вид сверху в разрезе лопастного центрального элемента, в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 44 is a top sectional view of a paddle center member, in accordance with another embodiment of the present invention.
Фиг. 45 изображает вид в аксонометрии в разрезе лопастного центрального элемента, показанного на фиг. 44.Fig. 45 is a perspective, sectional view of the vane center shown in FIG. 44.
Фиг. 46 изображает вид сверху в разрезе одной лопасти лопастного центрального элемента, показанного на фиг. 44.Fig. 46 is a top sectional view of one vane of the vane center shown in FIG. 44.
Фиг. 47 изображает блок-схему, иллюстрирующую этапы способа извлечения энергии из потока воды с использованием вариантов выполнения устройства, описанных в настоящем документе, в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 47 is a flowchart illustrating the steps of a method for extracting energy from a water stream using the device embodiments described herein, in accordance with one embodiment of the present invention.
Подробное описаниеDetailed description
Следующие ниже варианты выполнения являются просто иллюстративными и не предназначены для ограничения. Следует принимать во внимание, что различные модификации и/или изменения вариантов выполнения, описанных в настоящем документе, могут быть выполнены без отхода от изобретения, причем любые такие модификации и/или изменения находятся в пределах предполагаемого объема изобретения.The following embodiments are merely illustrative and are not intended to be limiting. It should be appreciated that various modifications and/or changes to the embodiments described herein may be made without departing from the invention, and any such modifications and/or changes are within the intended scope of the invention.
На фиг. 1 и 2 показано устройство 10 для извлечения энергии в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения. В этом варианте выполнения устройство 10 содержит два центральных элемента 15, 17. Каждый из центральных элементов 15, 17 поддерживается на противоположных концах, так что они могут свободно вращаться вокруг своих соответствующих центральных осей Z1, Z2. Во время работы центральные элементы 15, 17 расположены так, что их оси вращения являются вертикальными или по существу вертикальными. В проиллюстрированном варианте выполнения два центральных элемента 15, 17 поддерживаются подходящими подшипниками (не показаны) и рамой 12. СпеIn FIG. 1 and 2 show an energy recovery device 10 in accordance with one embodiment of the present invention. In this embodiment, the device 10 comprises two central elements 15, 17. Each of the central elements 15, 17 is supported at opposite ends so that they are free to rotate about their respective central axes Z1, Z2. During operation, the central elements 15, 17 are positioned so that their axes of rotation are vertical or substantially vertical. In the illustrated embodiment, the two central members 15, 17 are supported by suitable bearings (not shown) and a frame 12.
- 3 040761 циалисты в данной области техники понимают, что опорная рама 12 может иметь различные конфигурации при условии, что она служит для поддержания необходимой пространственной взаимосвязи между различными компонентами устройства 10.It is understood by those skilled in the art that the support frame 12 may have a variety of configurations, provided that it serves to maintain the necessary spatial relationship between the various components of the device 10.
Каждый центральный элемент 15, 17 имеет лопастные элементы 20, 22, которые отходят радиально от центра центральных элементов 15, 17. В предпочтительном варианте выполнения устройство 10 показано как имеющее три лопасти в каждом центральном элементе 15, 17; однако специалисту в данной области техники должно быть понятно, что можно использовать меньшее или большее число лопастей в каждом центральном элементе без отступления от сущности изобретения. Когда вода протекает в направлении Y к устройству 10 и через него, силы, приложенные водой к лопастным элементам 20, 22, вызывают вращение центральных элементов 15, 17. В проиллюстрированном варианте выполнения и с точки наблюдения, показанной на фиг. 1, вода, протекающая в направлении Y, заставляет центральный элемент 15 вращаться против часовой стрелки, а центральный элемент 17 - по часовой стрелке. Результирующая энергия вращения центральных элементов 15, 17 затем может быть преобразована в электричество с использованием, при необходимости, комбинации редукторов и генераторов, которые широко известны в данной области техники. Для большей простоты редукторы и генераторы на чертежах не показаны.Each central element 15, 17 has vane elements 20, 22 which extend radially from the center of the central elements 15, 17. In the preferred embodiment, the device 10 is shown as having three vanes in each central element 15, 17; however, one of ordinary skill in the art will appreciate that fewer or more blades can be used in each center member without departing from the spirit of the invention. As the water flows in the Y direction to and through the device 10, the forces applied by the water to the paddle elements 20, 22 cause the center elements 15, 17 to rotate. In the illustrated embodiment, and from the viewpoint shown in FIG. 1, water flowing in the Y direction causes the center member 15 to rotate counterclockwise and the center member 17 to rotate clockwise. The resulting rotational energy of the central elements 15, 17 can then be converted into electricity using, if necessary, a combination of gearboxes and generators, which are widely known in the art. For simplicity, gearboxes and generators are not shown in the drawings.
Для обеспечения синхронизации вращения центральных элементов 15, 17 и предотвращения физического контакта между лопастными элементами 20, 22 может использоваться подходящая комбинация элементов передачи мощности. Например, для достижения синхронизации центральных элементов 15, 17 с лопастями в противоположных направлениях может быть использована комбинация цепи и звездочек. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что для синхронизации вращения центральных элементов 15, 17 могут быть использованы другие подходящие комбинации элементов передачи мощности.A suitable combination of power transfer elements may be used to ensure rotational synchronization of the central elements 15, 17 and to prevent physical contact between the blade elements 20, 22. For example, to achieve synchronization of the central elements 15, 17 with the blades in opposite directions, a combination of chain and sprockets can be used. Those skilled in the art will appreciate that other suitable combinations of power transfer elements may be used to synchronize the rotation of the central elements 15, 17.
Устройство 10 содержит большое количество элементов, которые помогают увеличить общий мощностной коэффициент системы. Эти элементы описаны ниже со ссылкой на фиг. 1-3. Основное приспособление 30 для направления потока расположено на переднем конце 35 устройства 10. Как показано, основное приспособление 30 для направления потока удерживается на месте рамой 12. Основное приспособление 30 служит для направления набегающего потока воды таким образом, чтобы свести к максимуму результирующую энергию вращения центральных элементов 15, 17. Предпочтительно набегающий поток воды направляется в точку торможения потока центрального элемента 15, 17 с лопастями. Как известно из уровня техники, когда статический объект помещен на пути потока жидкости, точка торможения потока представляет собой точку вдоль объекта, которая разделяет жидкость, протекающую по одну сторону объекта, и жидкость, протекающую по другую сторону объекта. В случае вращающихся центральных элементов 15, 17 и лопастных элементов 20, 22, описанных в настоящем документе, точка торможения потока будет изменяться в зависимости от положения вращения лопастных элементов 20, 22, а также с изменениями направления потока жидкости. Таким образом, точка торможения потока во время работы устройства 10 будет постоянно меняться. Проведя эксперименты, заявитель обнаружил, что желательно направлять набегающий поток жидкости к области вдоль лопастных элементов 20, 22 внутри закрашенной области, обозначенной на фиг. 4 как В. Границы области В состоят из двух практически параллельных плоскостей. Первая плоскость Р1 представляет собой плоскость, которая содержит ось вращения рассматриваемого центрального элемента (в этом примере центрального элемента 15) и по существу параллельна направлению Y свободного потока. Вторая плоскость Р2 представляет собой плоскость, которая образуется в результате поперечного смещения плоскости Р1 на расстояние 0,5R в направлении, перпендикулярном оси Z1 рассматриваемого центрального элемента 15, к оси Z2 другого центрального элемента (в этом примере центрального элемента 17). Расстояние R определяется как радиус окружного пути, по которому во время вращения проходят кончики лопастей 20 центрального элемента 15.The device 10 contains a large number of elements that help to increase the overall power factor of the system. These elements are described below with reference to FIG. 1-3. The main flow guide 30 is located at the forward end 35 of the apparatus 10. As shown, the main flow guide 30 is held in place by the frame 12. The main flow guide 30 serves to direct the oncoming water flow in such a way as to maximize the resulting rotational energy of the central members. 15, 17. Preferably, the oncoming water flow is directed to the stagnation point of the flow of the central element 15, 17 with blades. As is known in the art, when a static object is placed in a fluid flow path, the stagnation point is a point along the object that separates the fluid flowing on one side of the object and the fluid flowing on the other side of the object. In the case of the rotating cores 15, 17 and paddles 20, 22 described herein, the stagnation point will change with the rotational position of the paddles 20, 22 as well as changes in fluid flow direction. Thus, the point of stagnation of the flow during the operation of the device 10 will constantly change. Through experimentation, Applicant has found that it is desirable to direct the oncoming fluid flow to a region along the vane elements 20, 22 within the shaded region indicated in FIG. 4 as B. The boundaries of region B consist of two practically parallel planes. The first plane P1 is a plane which contains the axis of rotation of the central element in question (in this example the central element 15) and is essentially parallel to the Y direction of the free flow. The second plane P2 is a plane which results from a transverse displacement of the plane P1 by a distance of 0.5R in the direction perpendicular to the Z1 axis of the central element 15 in question, to the Z2 axis of another central element (in this example, the central element 17). The distance R is defined as the radius of the circumferential path along which the tips of the blades 20 of the central element 15 pass during rotation.
Все также со ссылкой на фиг. 1-3 дополнительные приспособления 40, 42 для направления потока показаны прикрепленными к раме 12 и расположенными рядом и с внешней стороны периферии вращения каждого из центральных элементов 15, 17 с лопастями. Дополнительные приспособления 40, 42 для направления потока служат для того, чтобы захватить периферийный набегающий поток текучей среды (поверхностями 95, 97) и направить его к лопастным элементам 20, 22, чтобы увеличить вызывающие вращение силы, испытываемые лопастными элементами 20, 22. Дополнительные приспособления 40, 42 также служат для сдерживания потока текучей среды (посредством поверхностей 96, 98), выходящей из зоны вращения лопастных элементов 20, 22 ниже по потоку от осей вращения. Сдерживание потока текучей среды, выходящего из устройства 10, помогает уменьшить сопротивление устройства 10 потоку благодаря облегчению повторного присоединения потока ниже по потоку от устройства. Повторное присоединение потока ниже по потоку от устройства может быть дополнительно обеспечено элементом повторного присоединения, такого как крыловидная часть 50. Крыловидная часть 50 представляет собой конструктивный элемент, имеющий по существу такую же высоту, что и центральные элементы 15, 17 и лопастные элементы 20, 22. Крыловидная часть 50 расположена на заднем конце 55 устройства 10 (ниже по потоку относительно центральных элементов 15, 17) и служит для повторного присоединения текучейAll the same with reference to FIG. 1-3, the flow guide accessories 40, 42 are shown attached to the frame 12 and positioned adjacent to and outside the rotational periphery of each of the bladed central members 15, 17. The flow guide accessories 40, 42 serve to capture the peripheral incoming fluid flow (surfaces 95, 97) and direct it towards the vane elements 20, 22 to increase the rotational forces experienced by the vane elements 20, 22. 40, 42 also serve to contain the flow of fluid (via surfaces 96, 98) leaving the zone of rotation of the blade elements 20, 22 downstream of the axes of rotation. Containment of fluid flow exiting device 10 helps reduce device 10's resistance to flow by facilitating reattachment of flow downstream of the device. Reattachment of flow downstream of the device may be further provided by a reattachment element such as a wing 50. The wing 50 is a structural element having substantially the same height as the central elements 15, 17 and the vane elements 20, 22 The winged portion 50 is located at the rear end 55 of the device 10 (downstream of the central elements 15, 17) and serves to reattach the fluid
- 4 040761 среды, вытекающей из лопастных элементов 20, 22, тем самым уменьшая сопротивление потоку и увеличивая мощностной коэффициент системы. Заявитель определил, что предпочтительна каплевидная геометрия, приводящая к симметричному аэродинамическому профилю. Тем не менее специалисту в данной области техники должно быть понятно, что уменьшение сопротивления потоку в хвостовой части устройства может быть достигнуто с помощью аналогичных конструкций различной геометрии, отличных от каплевидной формы, показанной в предпочтительных вариантах выполнения.- 4 040761 fluid flowing out of the vane elements 20, 22, thereby reducing the flow resistance and increasing the power factor of the system. The Applicant has determined that a drop-shaped geometry resulting in a symmetrical airfoil is preferred. However, one of ordinary skill in the art will appreciate that a reduction in resistance to flow at the tail end of the device can be achieved with similar designs of various geometries other than the teardrop shape shown in the preferred embodiments.
Как показано на фиг. 2, каждый центральный элемент 15, 17 устройства 10 может быть соединен с генератором (не показан) посредством валов 60, 62, проходящих вдоль осей вращения Z1, Z2 элементов 15, 17. Валы 60, 62 могут быть соединены с центральными элементами 15, 17 с использованием, например, различных конфигураций соединения, бесшпоночных устройств блокировки или других подходящих средств, известных специалистам. Генераторы (не показаны) служат для преобразования энергии вращения центральных элементов 15, 17 в электричество. Специалисту должно быть понятно, что, хотя валы 60, 62 описаны здесь как компоненты, отдельные от элементов 15, 17, последние, в качестве альтернативы могут быть изготовлены со встроенными выступающими валами (например, каждый центральный элемент и выступающий вал представляет собой цельную отформованную часть).As shown in FIG. 2, each central element 15, 17 of the device 10 can be connected to a generator (not shown) by means of shafts 60, 62 extending along the axes of rotation Z1, Z2 of the elements 15, 17. The shafts 60, 62 can be connected to the central elements 15, 17 using, for example, various connection configurations, keyless locking devices, or other suitable means known to those skilled in the art. Generators (not shown) serve to convert the rotational energy of the central elements 15, 17 into electricity. It will be appreciated by those skilled in the art that while shafts 60, 62 are described here as separate components from members 15, 17, the latter may alternatively be manufactured with integral extension shafts (e.g., each central member and extension shaft is a one-piece molded part). ).
Описанные варианты выполнения устройства для извлечения энергии на практике могут быть выполнены преимущественным образом, который позволяет одному или многим механическим компонентам устройства не контактировать постоянно с водой. Например, устройство 10 может быть подвешено на одной или нескольких плавучих конструкциях 66, 68, так что генераторы и редукторы (не показаны) расположены над уровнем поверхности текучей среды, а центральные элементы 15, 17 и соответствующие лопастные элементы 20, 22 расположены под поверхностью текучей среды. Редукторы и генераторы могут быть размещены внутри плавучих конструкций 66, 68, и в этом случае плавучие конструкции 66, 68 также будут служить для защиты этих компонентов от указанных элементов. Вариант выполнения, показанный на фиг. 1 и 2, изображает верхнюю часть рамы 12, включая средство для синхронизации вращения центральных элементов 15, 17 и любые необходимые опорные подшипники и механизмы сцепления, расположенные в непосредственной близости от центральных элементов 15, 17. Однако верхняя рама 12 может в качестве альтернативы служить в качестве плавучей конструкции и может быть выполнена так, что подшипники, муфты, средство синхронизации и другие механические компоненты находятся еще дальше от поверхности текучей среды. На фиг. 13 показан такой альтернативный вариант устройства для извлечения энергии, который будет также описан ниже.The described embodiments of the device for extracting energy in practice can be advantageously designed, which allows one or more of the mechanical components of the device not to be in constant contact with water. For example, device 10 may be suspended from one or more floating structures 66, 68 such that generators and gears (not shown) are located above the surface of the fluid, and central elements 15, 17 and corresponding paddle elements 20, 22 are located below the surface of the fluid. environment. Gearboxes and generators can be placed inside the floating structures 66, 68, in which case the floating structures 66, 68 will also serve to protect these components from these elements. The embodiment shown in FIG. 1 and 2 depicts the top of the frame 12, including means for synchronizing the rotation of the center members 15, 17, and any necessary support bearings and clutches located in close proximity to the center members 15, 17. However, the top frame 12 may alternatively serve as as a floating structure and can be configured such that the bearings, couplings, timing means and other mechanical components are further away from the surface of the fluid. In FIG. 13 shows such an alternative energy recovery device, which will also be described below.
На фиг. 3 показано относительное расположение и поперечные сечения центральных элементов 15, 17, основного приспособления 30 для направления потока, дополнительных приспособлений 40, 42 для направления потока и крыловидной части 50. Для простоты иллюстрации рама 12 и другие компоненты устройства не показаны. Предпочтительное поперечное сечение основного приспособления 30 имеет форму полумесяца с выпуклой передней поверхностью 70 и вогнутой задней поверхностью 75. Выпуклая передняя поверхность 70 основного приспособления 30 служит для разделения набегающего потока жидкости, обозначенного стрелкой Y, и направления его к желаемой заданной части (более подробно описанной выше) лопастных элементов 20, 22. Заявитель определил, что наличие выступов 80 на боковых концах основного приспособления для направления потока является желательным, поскольку выступы помогают ослабить адгезию потока на концах изогнутых краев приспособления для направления потока, направляя поток в лопастные элементы 20, 22, оптимизируя мощность, направляя поток немного наружу непосредственно на поверхность лопасти, тем самым повышая производительность устройства. Основное приспособление 30 расположено на переднем конце 35 устройства, перед центральными элементами 15, 17 и лопастными элементами 20, 22. Специалист должен понимать, что, несмотря на то, что настоящее изобретение описывает единственное приспособление 30 для направления потока, которое обычно имеет форму полумесяца, количество, форму и размер основного приспособления 30 можно изменять при условии, что оно служит для направления набегающего потока текучей среды в заданное место вдоль лопастных элементов. Центральная пунктирная линия X показана для обозначения положения самой нижней по потоку точки изогнутых передних поверхностей 95, 97 относительно центральных элементов 15, 17. Размещение дополнительных приспособлений 40, 42 для направления потока таким образом, что передние поверхности 95, 97 оканчиваются в точке, расположенной выше по потоку относительно осей вращения Z1, Z2 элементов 15, 17, оказывает, как было обнаружено, положительное влияние на мощностной коэффициент устройства.In FIG. 3 shows the relative positions and cross-sections of the central members 15, 17, the main flow guide 30, the flow guide accessories 40, 42, and the wing portion 50. For ease of illustration, the frame 12 and other components of the device are not shown. The preferred cross-section of the main fixture 30 is crescent shaped with a convex front surface 70 and a concave back surface 75. The convex front surface 70 of the main fixture 30 serves to separate the oncoming fluid flow, indicated by the arrow Y, and direct it to the desired target portion (described in more detail above ) of the vane elements 20, 22. Applicant has determined that the presence of ridges 80 at the side ends of the main flow guide is desirable because the ridges help to loosen flow adhesion at the ends of the curved edges of the flow guide, directing the flow into the vane elements 20, 22, optimizing power, directing the flow slightly outward directly to the surface of the blade, thereby increasing the performance of the device. The main fixture 30 is located at the front end 35 of the device, in front of the central members 15, 17 and the vane members 20, 22. It will be appreciated by those skilled in the art that while the present invention describes a single flow guide 30, which is typically crescent-shaped, the number, shape and size of the main tool 30 can be changed, provided that it serves to direct the oncoming fluid flow to a predetermined location along the blade elements. A center dashed line X is shown to indicate the position of the downstream point of the curved front surfaces 95, 97 with respect to the center members 15, 17. Positioning the flow guiding accessories 40, 42 such that the front surfaces 95, 97 terminate at a point above downstream about the axes of rotation Z1, Z2 of the elements 15, 17, has been found to have a positive effect on the power factor of the device.
Как показано на фиг. 3А, компоненты (основное приспособление 30, дополнительные приспособления 40, 42 и крыловидная часть 50), которые описаны выше со ссылкой на фиг. 3, показаны с альтернативным вариантом выполнения центральных элементов 15а, 17а с лопастями. В этом альтернативном варианте выполнения центральный элемент 15а содержит ровно две лопасти 20а, 20b, и центральный элемент 17а также содержит ровно две лопасти 22а, 22b. Как показано, центральные элементы 15а, 17а предпочтительно синхронизированы, так что лопасти 20а, 20b расположены по существу в горизонтальной плоскости, а лопасти 22а, 22b расположены по существу в вертикальной плоскости. Другими словами, центральные элементы 15а, 17а смещены приблизительно на 90°. Это относительное смещение на 90° одного центрального элемента 15а относительно другого центрального элемента 17а гарантирует, чтоAs shown in FIG. 3A, the components (main fixture 30, accessories 40, 42, and wing portion 50) that are described above with reference to FIG. 3 are shown with an alternative embodiment of the central elements 15a, 17a with blades. In this alternative embodiment, the central element 15a contains exactly two blades 20a, 20b, and the central element 17a also contains exactly two blades 22a, 22b. As shown, the central elements 15a, 17a are preferably synchronized so that the blades 20a, 20b are located in a substantially horizontal plane, and the blades 22a, 22b are located in a substantially vertical plane. In other words, the central elements 15a, 17a are offset by approximately 90°. This 90° relative offset of one central element 15a relative to the other central element 17a ensures that
- 5 040761 лопасти 20а, 20b и 22а, 22b не задевают друг друга во время вращения. В этом варианте выполнения дополнительные приспособления 40, 42 для направления потока расположены позади центра элементов 15а, 17а, как показано горизонтальной пунктирной линией А, и помогают захватить периферийный набегающий поток текучей среды и направить его к лопастным элементам. 20а, 20b, 22a, 22b, чтобы увеличить силы, вызывающие вращение, испытываемые элементами 20а, 20b, 22a, 22b.- 5 040761 blades 20a, 20b and 22a, 22b do not touch each other during rotation. In this embodiment, the flow guide accessories 40, 42 are positioned behind the center of the elements 15a, 17a, as shown by the horizontal dotted line A, and help to capture the peripheral oncoming fluid flow and direct it towards the vane elements. 20a, 20b, 22a, 22b to increase the rotational forces experienced by the members 20a, 20b, 22a, 22b.
Ниже со ссылкой на фиг. 4 описано относительное расположение центральных элементов 15, 17 в предпочтительном варианте выполнения. Концы лопастных элементов каждого вращающегося центрального элемента 15, 17 создают круговой путь. Как показано, элементы 15, 17 расположены относительно друг друга так, что их круговые траектории перекрываются. Предпочтительный диапазон кругового перекрытия между каждым из центральных элементов с лопастями составляет от 50 до 80% от радиуса R (т.е. был определено, что предпочтительный диапазон расстояния между осями вращения центральных элементов Z1, Z2 имеет значения от 1,5R до 1,2R).Below with reference to FIG. 4 describes the relative position of the central elements 15, 17 in the preferred embodiment. The ends of the paddle elements of each rotating central element 15, 17 create a circular path. As shown, the elements 15, 17 are arranged relative to each other so that their circular paths overlap. The preferred range of circumferential overlap between each of the central elements with blades is from 50 to 80% of the radius R (i.e., it was determined that the preferred range of the distance between the axes of rotation of the central elements Z1, Z2 is from 1.5R to 1.2R ).
На фиг. 5 показан альтернативный вариант выполнения настоящего изобретения, в котором для замыкания с обоих концов центральных элементов (не показаны) и лопастных элементов (не показаны) используются закрывающие пластины 67, 69. Использование этих пластин помогает увеличить до максимума энергию, извлекаемую из поступающей текучей среды, которая вступает в контакт с лопастными элементами (не показаны), предотвращая утечку текучей среды из верхних и нижних концов устройства 10. Пластины 67, 69 могут иметь форму двух расположенных бок о бок круглых дисков, объединенных вместе, с получением формы арахиса. Диаметр дисковых частей пластин может быть разным; однако использование дисков с радиусом не менее 125% от радиуса R показало благоприятные результаты в отношении мощностного коэффициента устройства 10. Несмотря на то, что настоящий вариант выполнения раскрывает два центральных элемента, специалисту должно быть понятно, что комбинация нескольких систем с двумя центральными элементами аналогичным образом попадает в объем настоящего изобретения.In FIG. 5 shows an alternative embodiment of the present invention that uses cover plates 67, 69 to close both ends of the center members (not shown) and blade members (not shown). The use of these plates helps to maximize the energy extracted from the incoming fluid, which comes into contact with vane elements (not shown) to prevent leakage of fluid from the upper and lower ends of the device 10. The plates 67, 69 may be in the form of two side-by-side circular discs combined together to form a peanut. The diameter of the disk parts of the plates can be different; however, the use of discs with a radius of at least 125% of the radius R has shown favorable results in terms of the power factor of the device 10. While the present embodiment discloses two center members, one skilled in the art will appreciate that a combination of multiple systems with two center members would similarly falls within the scope of the present invention.
На фиг. 6 показана геометрия лопасти в поперечном сечении, которая, как было обнаружено, проявляет требуемые свойства, наподобие лопатки турбины. То есть, лопасть 85 с проиллюстрированным поперечным сечением, как было показано, при размещении на пути потока текучей среды вызывает меньшее сопротивление, обусловленное скоростным напором, и большую подъемную силу. Поперечное сечение лопасти 85 обычно состоит из центральной части 87, имеющей точку, которая задает центр вращения лопасти, и лопастной части 90. Лопастная часть 90 в целом ограничена криволинейной ударной стороной 92 и криволинейной задней стороной 94, причем обе они начинаются от центральной части 87 и сходятся к точке, иногда называемой кончиком 96, на расстоянии от центра вращения. Угол между двумя сторонами лопасти 90 на кончике 96 сведен к минимуму, сводя, тем самым, к минимуму и толщину лопастной части 90 на ее кончике 96 и получая лопасть 85 с заостренной законцовкой в виде лезвия ножа. Задняя сторона 94 лопастной части 90 лопасти 85 на большей своей части является плоской, что увеличивает подъемную силу, испытываемую лопастью 85 во время вращения. Лопастная часть 90 в этом варианте выполнения дополнительно выполнена так, что кончик 96 лопастной части 90 близко соответствует окружной траектории, определяемой перемещением кончика 96 вращающейся лопасти 85. Другими словами, первая линия, определяемая точкой на кончике 96 лопастной части 90 и точкой вдоль ударной стороны 92 непосредственно перед кончиком 96 лопасти, настолько коллинеарна касательной к окружной траектории на кончике 96 лопастной части 90, насколько это возможно. Точно так же, вторая линия, определяемая точкой на кончике 96 лопастной части 90 и точкой вдоль задней стороны 94 непосредственно перед кончиком 96, настолько коллинеарна касательной к окружной траектории на кончике 96 лопасти 85, насколько это возможно.In FIG. 6 shows the cross-sectional geometry of a blade that has been found to exhibit the required properties, similar to a turbine blade. That is, the vane 85 of the illustrated cross section has been shown to cause less drag and more lift when placed in a fluid flow path. The cross section of the blade 85 typically consists of a central portion 87 having a point that defines the center of rotation of the blade and a blade portion 90. The blade portion 90 is generally delimited by a curved striking side 92 and a curved trailing side 94, both of which start from the center portion 87 and converge to a point, sometimes referred to as tip 96, at a distance from the center of rotation. The angle between the two sides of the blade 90 at the tip 96 is minimized, thereby minimizing the thickness of the blade portion 90 at the tip 96 as well, resulting in a blade 85 with a pointed knife-edge tip. The rear side 94 of the blade portion 90 of the blade 85 is for the most part flat, which increases the lift experienced by the blade 85 during rotation. The blade portion 90 in this embodiment is further configured such that the tip 96 of the blade portion 90 closely follows the circumferential path defined by the movement of the tip 96 of the rotating blade 85. In other words, the first line defined by a point at the tip 96 of the blade portion 90 and a point along the striking side 92 directly in front of the tip 96 of the blade, as collinear as possible with the tangent to the circumferential path at the tip 96 of the blade portion 90. Similarly, the second line, defined by a point at tip 96 of blade portion 90 and a point along rear side 94 just ahead of tip 96, is as collinear as possible with the tangent to the circumferential path at tip 96 of blade 85.
На фиг. 7-12 показаны виды в разрезе альтернативных вариантов выполнения центральных элементов, имеющих две, три, четыре, шесть, восемь и десять лопастных частей, показанных соответственно на фиг. 7.In FIG. 7-12 are sectional views of alternative embodiments of the center members having two, three, four, six, eight, and ten blade portions, respectively, shown in FIGS. 7.
На фиг. 13-17 и в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения показано устройство 210 для извлечения энергии, которое содержит двугранные стабилизирующие пластины 215, 220. Стабилизирующие пластины 215, 220 расположены на нижнем конце устройства 210, закреплены с помощью рамы 212 и расположены под углом вверх и наружу относительно устройства 210. Таким образом, стабилизирующие пластины 215, 220 помогают поддерживать устройство в требуемой ориентации относительно направления Y потока воды и оптимизируют работу устройства 210. Аналогично варианту выполнения, показанному на фиг. 1 и 2, устройство 210 имеет крыловидную часть 222, расположенную на заднем конце устройства 210. Крыловидная часть 222 также может служить для поддержания оптимальной ориентации устройства относительно потока воды. Стабилизирующие пластины 215, 220 и крыловидная часть 222 также могут служить для уменьшения нежелательного потряхивания устройства 210 во время работы, вызванного незначительными изменениями направления потока воды. Чтобы зафиксировать устройство 210 в потоке воды, устройство 210 можно, например, привязать к океаническому дну с помощью троса 230, прикрепленного одним концом к точке 225 соединения устройства 210, а другим концом - к тяжелому объекту 235 (как конкретно показано на фиг. 16), например бетонному блоку, лежащему на океаническом дне. В этом варианте выполнения все устройство 210 выполнено плавучим и,In FIG. 13-17 and in accordance with another embodiment of the present invention, an energy extraction device 210 is shown that includes dihedral stabilizing plates 215, 220. The stabilizing plates 215, 220 are located at the lower end of the device 210, are secured by a frame 212, and are angled upwards. and outward relative to the device 210. Thus, the stabilizing plates 215, 220 help maintain the device in the desired orientation with respect to the Y direction of the water flow and optimize the operation of the device 210. Similar to the embodiment shown in FIG. 1 and 2, the device 210 has a wing portion 222 located at the rear end of the device 210. The wing portion 222 may also serve to maintain the optimum orientation of the device relative to the water flow. The stabilizing plates 215, 220 and the wing portion 222 may also serve to reduce unwanted shaking of the device 210 during operation caused by slight changes in the direction of the water flow. To fix the device 210 in the flow of water, the device 210 can, for example, be tied to the ocean floor using a cable 230 attached at one end to the connection point 225 of the device 210, and at the other end to a heavy object 235 (as specifically shown in Fig. 16) , such as a concrete block lying on the ocean floor. In this embodiment, the entire device 210 is buoyant and,
- 6 040761 следовательно, выталкивается в направлении поверхности воды. Плавучесть может быть достигнута, например, путем выбора подходящего материала для конструкции рамы или путем включения специальных элементов, создающих плавучесть (например, 263, 264), которые могут быть расположены на верхнем конце устройства 210 и под генераторами (не показаны).- 6 040761 therefore pushed out towards the water surface. Buoyancy can be achieved, for example, by selecting a suitable frame construction material or by including special buoyancy elements (eg, 263, 264) that can be located at the upper end of device 210 and below generators (not shown).
В качестве части альтернативной конфигурации устройство может быть выполнено таким образом, что основной корпус (т.е. центральные элементы с лопастями) не является плавучими, при этом устройство подвешивают сверху на неподвижной конструкции, такой как, например, буровая установка, аналогичная той, которую обычно используют в шельфовом бурении. Описанное здесь устройство для извлечения энергии может быть подвешено к такой конструкции с использованием одного или нескольких тросов. В альтернативной конфигурации этого типа также могут использоваться элементы 263, 264, вызывающие плавучесть, которые могут быть выполнены таким образом, что они создают плавучесть для генераторов, расположенных на верхнем конце устройства, но не для остальной части устройства. Такая обеспечивающая плавучесть конфигурация вместе с механизмом, обеспечивающим возможность вертикального перемещения генераторов независимо от остальной части устройства, помогает предотвратить погружение генераторов в воду, которое может быть вызвано приливной активностью или большими волнами в воде. Свобода к перемещению генераторов в вертикальном направлении может быть достигнута, например, путем выполнения части рамы (260, 262 на фиг. 13), проходящей от верха центральных элементов с лопастями к генераторам на подходящее расстояние со способностью телескопического выдвижения. Способность телескопического выдвижения может быть обеспечена, например, благодаря использованию квадратного вала с сопряженной квадратной полой рамой для частей 260, 262 рамы, проходящих между центральными элементами с лопастями устройства и генераторами. В качестве альтернативы, чтобы обеспечить требуемую степень вертикальной свободы для генераторов, можно использовать широко доступный приводной вал отбора мощности с двойным телескопированием. При такой конфигурации прилив не затопляет генераторы, поскольку элементы, вызывающие плавучесть, заставляют генераторы подниматься вместе с приливом.As part of an alternative configuration, the apparatus may be configured such that the main body (i.e., the bladed centerpieces) is not buoyant, with the apparatus suspended from above from a fixed structure, such as, for example, a drilling rig similar to that commonly used in offshore drilling. The energy extraction device described herein may be suspended from such a structure using one or more cables. An alternative configuration of this type may also use buoyancy elements 263, 264, which may be configured to float the generators located at the upper end of the device, but not the rest of the device. This buoyant configuration, together with a mechanism to allow the generators to move vertically independently of the rest of the device, helps prevent the generators from submerging in water, which can be caused by tidal activity or large waves in the water. The freedom to move the generators in the vertical direction can be achieved, for example, by providing a part of the frame (260, 262 in Fig. 13) extending from the top of the central elements with blades to the generators for a suitable distance with the ability to extend telescopically. Telescoping capability can be provided, for example, by using a square shaft with a mating square hollow frame for the frame portions 260, 262 extending between the blade centers of the device and the generators. Alternatively, a widely available double telescoping PTO drive shaft can be used to provide the required degree of vertical freedom for the generators. With this configuration, the tide does not flood the generators because the buoyancy causing elements cause the generators to rise with the tide.
На фиг. 18-22 и в соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения показано устройство 310 для извлечения энергии с двугранными пластинами 315, 320 и задней стабилизирующей пластиной 323. Двугранные пластины 315, 320 имеют конфигурацию, аналогичную конфигурации двугранных пластин 215, 220, которая описана выше со ссылкой на фиг. 13-17. Задняя стабилизирующая пластина 323 расположена на заднем конце устройства 310, проходит от него назад и имеет по существу плоскую лопастную часть 333. Концептуально аналогично флюгеру, когда устройство 310 расположено в толще воды, стабилизирующая пластина 323 может использоваться для уменьшения нежелательного рыскания устройства 310, а также для дальнейшего поддержания требуемой ориентации устройства по отношению к направлению потока воды. Устройство 310 также содержит раму 328 в форме усеченной конусной башни, выступающей вверх из верхней части центральных элементов. Рама 328 в форме башни может быть выполнена с возможностью обеспечения плавучести устройства для выталкивания устройства 310 к поверхности воды. Устройство 310 может быть привязано к якорю 335 с помощью троса 330. На фиг. 22 показан пример устройства 310, выталкиваемого к поверхности в толще воды и прикрепленного тросом к земле. Длину троса 330 можно выбирать так, чтобы генератор или генераторы в верхней части устройства находились в целом выше поверхности воды.In FIG. 18-22 and in accordance with another embodiment of the present invention, an energy extractor 310 is shown with dihedral plates 315, 320 and a rear stabilizing plate 323. The dihedral plates 315, 320 have a similar configuration to the dihedral plates 215, 220 described above. with reference to FIG. 13-17. A rear stabilizing plate 323 is located at the aft end of the device 310, extends rearward from it, and has a substantially flat paddle portion 333. Similar to a wind vane, when the device 310 is located in the water column, the stabilizing plate 323 can be used to reduce unwanted yaw of the device 310, as well as to further maintain the required orientation of the device in relation to the direction of water flow. The device 310 also includes a frame 328 in the form of a truncated conical tower, protruding upward from the top of the central elements. The tower-shaped frame 328 may be configured to float the device to propel the device 310 to the surface of the water. The device 310 may be tied to the anchor 335 with a cable 330. In FIG. 22 shows an example of a device 310 being propelled to the surface in the water column and attached to the ground by a tether. The length of cable 330 can be chosen such that the generator or generators at the top of the device are generally above the surface of the water.
Ниже со ссылкой на фиг. 23 и 24 описан другой вариант выполнения настоящего изобретения. Устройство 1010 обычно содержит раму 1012, причем рама 1012 предпочтительно прикреплена по меньшей мере к двум центральным элементам 1015, 1017 и к основному приспособлению 1030 для направления потока. Каждый из двух центральных элементов 1015, 1017 также содержит по меньшей мере один лопастной элемент 1020а, 1022а, который проходит в радиальном направлении от центра центральных элементов 1015, 1017. В этом варианте выполнения изображено устройство 1010, имеющее три лопасти (например, 1020а, 1020b, 1020c, 1022a, 1022b, 1022c) в каждом центральном элементе; однако специалисту должно быть понятно, что может быть использовано больше или меньше трех лопастей. Когда вода протекает в направлении Y к устройству 1010 и через него, силы, создаваемые водой на ударной (или напорной) поверхности лопастных элементов 1020а, 1020b, 1020c, 1022a, 1022b, 1022c, вызывают вращение центральных элементов 1015, 1017. Дополнительные силы, действующие на лопасти 1020а, 1020b, 1020c, 1022а, 1022b, 1022c, которые описаны ниже, также способствуют возникновению вращения центральных элементов. В варианте выполнения, показанном на фиг. 23 и 24, вода, протекающая в направлении Y, заставляет центральный элемент 1015 вращаться против часовой стрелки, а центральный элемент 1017 по часовой стрелке. Результирующая энергия вращения центральных элементов 1015, 1017 затем может быть преобразована в электричество с использованием комбинации механических компонентов (например, редукторов и генераторов) так, как это необходимо. Такие механические компоненты могут содержать ременные или цепные приводы, устройства отбора мощности или другие подходящие компоненты, обычно известные в данной области техники. Для простоты редукторы и генераторы на чертежах не показаны.Below with reference to FIG. 23 and 24 describe another embodiment of the present invention. The device 1010 typically includes a frame 1012, with the frame 1012 preferably attached to at least two central members 1015, 1017 and to the main flow guide 1030. Each of the two central elements 1015, 1017 also includes at least one bladed element 1020a, 1022a, which extends in the radial direction from the center of the central elements 1015, 1017. In this embodiment, the device 1010 is shown having three blades (for example, 1020a, 1020b , 1020c, 1022a, 1022b, 1022c) in each center element; however, one skilled in the art will appreciate that more or less than three blades may be used. When water flows in the Y direction to and through the device 1010, the forces created by the water on the impact (or pressure) surface of the paddle elements 1020a, 1020b, 1020c, 1022a, 1022b, 1022c cause the central elements 1015, 1017 to rotate. on the blades 1020a, 1020b, 1020c, 1022a, 1022b, 1022c, which are described below, also contribute to the rotation of the central elements. In the embodiment shown in FIG. 23 and 24, water flowing in the Y direction causes the center member 1015 to rotate counterclockwise and the center member 1017 to rotate clockwise. The resulting rotational energy of the central elements 1015, 1017 can then be converted into electricity using a combination of mechanical components (eg, gearboxes and generators) as needed. Such mechanical components may include belt or chain drives, power take-offs, or other suitable components commonly known in the art. For simplicity, gearboxes and generators are not shown in the drawings.
Устройство 1010 содержит множество элементов, которые помогают увеличить общий мощностной коэффициент системы. Например, основное приспособление 1030 для направления потока может бытьThe device 1010 contains many elements that help increase the overall power factor of the system. For example, the main flow guide 1030 may be
- 7 040761 расположено на переднем конце 1035 устройства 1010. Основное приспособление 1030 может быть прикреплено к раме 1012 для обеспечения ее надлежащего положения относительно центральных элементов 1015, 1017 с лопастями. Приспособление 1030 служит для направления набегающего потока воды таким образом, чтобы увеличить до максимума результирующую энергию вращения центральных элементов 1015, 1017. Основное приспособление 1030 также содержит два выступа 1080, расположенные на боковых концах основного приспособления 1030. Эти выступы 1080 помогают ослабить адгезию потока на концах искривленных краев приспособления для направления потока, направляя поток в лопасти 1020а, 1020b, 1020c, 1022a, 1022b, 1022c, что способствует увеличению мощностного коэффициента устройства. Предпочтительно набегающий поток воды направляется в точку торможения потока центральных элементов 1015, 1017, как аналогичным образом описано выше в отношении варианта выполнения, показанного на фиг. 1-4.- 7 040761 located at the front end 1035 of the device 1010. The main device 1030 can be attached to the frame 1012 to ensure its proper position relative to the central elements 1015, 1017 with blades. The fixture 1030 serves to direct the oncoming water flow in such a way as to maximize the net rotational energy of the center members 1015, 1017. The main fixture 1030 also includes two protrusions 1080 located at the side ends of the main fixture 1030. These protrusions 1080 help to reduce flow adhesion at the ends curved edges of the flow guide, directing the flow into the vanes 1020a, 1020b, 1020c, 1022a, 1022b, 1022c, thereby increasing the power factor of the device. Preferably, the oncoming water flow is directed to the flow stagnation point of the central elements 1015, 1017, as similarly described above with respect to the embodiment shown in FIG. 1-4.
На фиг. 25 показан вид сверху основного приспособления 1030, изображенного на фиг. 24. Основное приспособление 1030 показано в целом имеющим стреловидную форму с V-образной передней частью 1040 и выступами 1080, служащими для перенаправления набегающего потока Y воды наружу и по направлению к требуемой точке на лопастных элементах, как описано выше. Как показано на фиг. 24, центральная часть 1037 основного приспособления 1030 может иметь кривизну, комплементарную кривизне пути, проходимого кончиками лопастей. На фиг. 39А показан вид сверху лопастных центральных элементов 2015, 2017 и переднего приспособления 2030 для направления потока, аналогичный показанному в варианте выполнения на фиг. 24. На фиг. 39B-39F показаны альтернативные варианты выполнения с возможными вариантами для центральной части и заднего конца переднего приспособления для направления потока, включая форму линии, как показано на фиг. 39В, форму дуги, как показано на фиг. 39С, форму треугольника, как показано на фиг. 39D, форму квадрата, как показано на фиг. 39Е, или заднюю часть в форме воронки, как показано на фиг. 39F.In FIG. 25 is a plan view of the main fixture 1030 shown in FIG. 24. The main fixture 1030 is shown as being generally arrow-shaped with a V-shaped front portion 1040 and projections 1080 serving to redirect the oncoming water flow Y out and towards the desired point on the paddle elements as described above. As shown in FIG. 24, the central portion 1037 of the main attachment 1030 may have a curvature that is complementary to the curvature of the path traveled by the tips of the blades. In FIG. 39A is a plan view of the vane centers 2015, 2017 and front flow guide 2030, similar to that shown in the embodiment of FIG. 24. In FIG. 39B-39F show alternate embodiments with options for the center portion and rear end of the front flow guide, including the line shape as shown in FIG. 39B, an arc shape as shown in FIG. 39C in the shape of a triangle as shown in FIG. 39D in a square shape as shown in FIG. 39E, or a funnel-shaped back as shown in FIG. 39F.
Предпочтительная пространственная конфигурация лопастных центральных элементов этого варианта выполнения описана далее со ссылкой на фиг. 26 и 27. Аналогично варианту выполнения, показанному на фиг. 4, расстояние R определяется радиусом кругового пути, проходимого кончиками (например, 1050 или 1052) лопастных элементов центральных элементов. Периферийные траектории вершин лопастей соседних центральных элементов с лопастями (показанных на фиг. 26 пунктирными кругами 1051 и 1053) разделены расстоянием D, как показано на фиг. 26. В предпочтительном варианте выполнения центральные элементы отстоят друг от друга таким образом, что расстояние D между траекториями кончиков лопастей в 1-4 раза больше радиуса R.The preferred spatial configuration of the vane centers of this embodiment is described below with reference to FIG. 26 and 27. Similar to the embodiment shown in FIG. 4, the distance R is determined by the radius of the circular path traversed by the tips (eg 1050 or 1052) of the paddle elements of the central elements. The peripheral trajectories of the blade tips of adjacent central blade elements (shown in FIG. 26 by dotted circles 1051 and 1053) are separated by a distance D as shown in FIG. 26. In the preferred embodiment, the central elements are spaced from each other in such a way that the distance D between the trajectories of the tips of the blades is 1-4 times greater than the radius R.
На фиг. 28 и 29 показано, как вариант выполнения, изображенный на фиг. 23 и 24, может быть прикреплен к дну под толщей воды с использованием стабилизатора 1060 для дна. Стабилизатор 1060 дна имеет ножки 1062 переменной длины, предназначенные для прикрепления к дну 1065 под водой для обеспечения устойчивости устройства 1010 на мелководье. Регулируемость ножек 1062 позволяет приспособиться к неровному дну под толщей воды и помогает обеспечить поддержание устройства 1010 в ровном горизонтальном положении, как конкретно показано на фиг. 29.In FIG. 28 and 29 show how the embodiment shown in FIG. 23 and 24 can be attached to the bottom under the water column using the bottom stabilizer 1060. The bottom stabilizer 1060 has variable length legs 1062 designed to be attached to the bottom 1065 underwater to stabilize the device 1010 in shallow water. The adjustability of the legs 1062 allows it to accommodate uneven bottoms under the water column and helps ensure that the device 1010 is maintained in a level, level position, as specifically shown in FIG. 29.
Как показано на фиг. 30, 30А и 30В и в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения, основное приспособление 2030 для направления потока может быть выполнено поворотно регулируемым, например, вокруг поворотной оси 2050. Поворотная ось 2050 расположена на первом конце (или переднем конце) основного приспособления 2030. Благодаря своей возможности поворота переднее приспособление 2030 может адаптироваться к условиям набегающего потока воды и вращению центрального элемента, чтобы помочь обеспечить постоянное благоприятное направление воды при изменении положения точки торможения потока. В частности, точка торможения потока лопастей в любой заданной точке, которая является целевой точкой для направления набегающего потока воды, как было описано выше, изменяется в зависимости от скорости потока воды и скорости вращения центрального элемента. Поворотное переднее приспособление 2030 позволяет изменять точку выпуска воды из приспособления для направления потока, так что точка выпуска может изменяться в ответ на изменения точки торможения потока на протяжении всей работы устройства. Свойства естественной гидродинамики системы во время работы таковы, что кончики 2085 переднего приспособления 2030 будут естественным образом следовать за изменяющейся точкой торможения потока во время работы (т.е. для поддержания требуемой ориентации поворотного переднего приспособления для направления потока не требуется никакого внешнего вмешательства).As shown in FIG. 30, 30A, and 30B, and in accordance with an alternative embodiment of the present invention, the main flow guide 2030 may be pivotally adjustable, such as around a pivot pin 2050. The pivot pin 2050 is located at the first end (or forward end) of the main fixture 2030. Due to its swivel capability, the 2030 front attachment can adapt to the oncoming water flow conditions and the rotation of the center member to help ensure that the water is consistently directed in a favorable direction as the stagnation point changes. In particular, the point of stagnation of the flow of the blades at any given point, which is the target point for directing the incoming water flow as described above, varies depending on the speed of the water flow and the speed of rotation of the central element. The swivel front fixture 2030 allows the outlet point of the water to be changed from the flow guide so that the outlet point can change in response to changes in the flow stagnation point throughout the operation of the device. The natural fluid dynamics properties of the system during operation are such that the tips 2085 of the front attachment 2030 will naturally follow the changing stagnation point of the flow during operation (i.e., no external intervention is required to maintain the desired orientation of the swiveling front attachment to direct the flow).
Поворотное переднее приспособление для направления потока также делает варианты выполнения настоящего изобретения подходящими для двунаправленного (или приливного) потока. На фиг. 30А показано, как сегменты 2055, 2057 переднего приспособления 2030 могут поворачиваться вокруг поворотной точки 2050 для изменения направления V-образного отверстия, чтобы позволить обратному потоку проходить через приспособление 2030, когда направление потока воды изменяется с Y на Y'. Также предусмотрены два передних стопора 2080, 2082, специально показанные на фиг. 30В, для предотвращения поворота каждого сегмента 2055, 2057 переднего приспособления 2030 за пределы требуемого положения, что может препятствовать вращению центральных элементов 2015, 2017 в требуемом направлении. Точно так же первое дополнительное приспособление 2040 для направления потока также содержит дваThe swiveling front flow guide also makes embodiments of the present invention suitable for bi-directional (or tidal) flow. In FIG. 30A shows how the segments 2055, 2057 of the front fixture 2030 can rotate around the pivot point 2050 to change the direction of the V-hole to allow reverse flow through the fixture 2030 when the direction of water flow changes from Y to Y'. Also provided are two front stops 2080, 2082, specifically shown in FIG. 30B to prevent each segment 2055, 2057 of the front fixture 2030 from rotating beyond its desired position, which may prevent the center members 2015, 2017 from rotating in the desired direction. Similarly, the first flow guide accessory 2040 also contains two
- 8 040761 задних стопора 2090, 2092, тогда как второе дополнительное приспособление 2042 для направления потока также содержит два задних стопора 2094, 2096. Такие стопоры 2090, 2092, 2094, 2096 также предотвращают поворот дополнительных приспособлений 2040, 2042 за пределы требуемого положения, что может снизить эффективность устройства.- 8 040761 rear stops 2090, 2092, while the second accessory 2042 for guiding the flow also contains two rear stops 2094, 2096. Such stops 2090, 2092, 2094, 2096 also prevent the accessories 2040, 2042 from rotating beyond the required position, which may reduce the efficiency of the device.
Несмотря на то, что пара центральных элементов 2015, 2017 показана во многих иллюстративных вариантах выполнения настоящего изобретения, могут быть предусмотрены дополнительные центральные элементы, чтобы помочь извлекать остаточную энергию от воды, выходящей из боковых сторон вариантов выполнения, описанных в настоящем документе. Например, как показано на фиг. 30С, дополнительные центральные элементы 2015, 2017, 2020, 2022, 2025, 2027 могут быть расположены в конфигурации снаружи сзади, так что устройство будет образовывать по существу V-образную конфигурацию центральных элементов.Although a pair of center members 2015, 2017 is shown in many exemplary embodiments of the present invention, additional center members may be provided to help extract residual energy from water exiting the sides of the embodiments described herein. For example, as shown in FIG. 30C, additional center members 2015, 2017, 2020, 2022, 2025, 2027 may be arranged in an out-to-back configuration such that the device will form a substantially V-shaped center member configuration.
Во время работы вариантов выполнения, содержащих центральные элементы с лопастями и переднее приспособление для направления потока, как показано на фиг. 30, нежелательное давление может нарастать позади переднего приспособления 2030 для направления потока в области, обозначенной пунктирным кружком Р. Для содействия уменьшению нарастания этого обратного давления элементы сброса давления, которые описаны ниже со ссылкой на фиг. 31-34, могут быть включены в различные описанные здесь варианты выполнения. Устройство 3010 в целом содержит раму 3012, причем рама 3012 предпочтительно закрепляет по меньшей мере два центральных элемента 3015, 3017 и основное приспособление 3030 для направления потока. В этом варианте для сброса давления рама 3012 имеет отверстие 3039 (фиг. 33). Наличие отверстия 3039 приводит к тому, что существует путь потока, позволяющий возвратной воде, создающей давление за передним приспособлением для направления потока в общей окрестности Р (фиг. 34), выходить изнутри устройства 3010. Экран 3035, прикрепленный к раме, способствует отведению воды, протекающей через устройство, немного дальше вверх и в сторону от отверстия 3039, тем самым создавая область низкого давления на нижней стороне экрана 3035. Область низкого давления, в свою очередь, способствует потоку воды высокого давления из задней стороны переднего приспособления 3030 для направления потока. Конструкция экрана 3035 лучше всего проиллюстрирована на фиг. 33, на котором показано устройство 3010, изображенное на фиг. 31, с показанным вырезом экрана 3035 немного выше рамы 3012.During operation, embodiments comprising vaned center members and a front flow guide, as shown in FIG. 30, unwanted pressure may build up behind the front flow guide 2030 in the area indicated by the dotted circle P. To help reduce this back pressure buildup, the pressure relief features, which are described below with reference to FIG. 31-34 may be included in the various embodiments described herein. The device 3010 generally comprises a frame 3012, with the frame 3012 preferably supporting at least two central members 3015, 3017 and a main flow guide 3030. In this embodiment, the pressure relief frame 3012 has an opening 3039 (FIG. 33). The presence of opening 3039 results in a flow path allowing return water, pressurized behind the front flow guide in the general vicinity of P (FIG. 34), to exit from within device 3010. A screen 3035 attached to the frame assists in draining water, flowing through the device slightly further up and away from opening 3039, thereby creating a low pressure area on the underside of the screen 3035. The low pressure area, in turn, encourages high pressure water to flow from the back of the front flow guide 3030. The construction of the shield 3035 is best illustrated in FIG. 33, which shows the device 3010 of FIG. 31 with screen cutout 3035 shown slightly above frame 3012.
На фиг. 35-38 показан альтернативный вариант выполнения, изображающий вариант средства сброса давления, показанного на фиг. 31-34. В этом варианте переднее приспособление для направления потока имеет заднюю пластину 4031. Поскольку возвратная вода в этом варианте выполнения эффективно разделяется на две области (Р и Р' на фиг. 38), то имеются два отверстия 4038 и 4039. Таким образом, может быть получен соответствующим образом разделенный экран 4035 для создания градиентов давления и требуемых путей потоков текучей среды, аналогичных тем, что описаны со ссылкой на фиг. 31-34. Конструкция экрана 4035 лучше всего проиллюстрирована на фиг. 37, на котором показано устройство 4010, изображенное на фиг. 35, с показанным вырезом экрана 4035 немного выше рамы 4012.In FIG. 35-38 show an alternate embodiment depicting an embodiment of the pressure relief means shown in FIG. 31-34. In this embodiment, the front flow guide has a rear plate 4031. Since the return water in this embodiment is effectively divided into two regions (P and P' in FIG. an appropriately divided screen 4035 to create pressure gradients and required fluid flow paths similar to those described with reference to FIG. 31-34. The construction of the screen 4035 is best illustrated in FIG. 37, which shows the device 4010 of FIG. 35, with screen cutout 4035 shown slightly above frame 4012.
На фиг. 40 показан вариант переднего приспособления 5030 для направления потока, которое обеспечивает дополнительные средства для сброса создаваемого давления позади переднего приспособления 5030. Для простоты иллюстрации верхняя панель рамы в варианте выполнения, изображенном на фиг. 40, не показана. Приспособление 5030 в этом варианте выполнения выполнено таким образом, чтобы позволить воде протекать от задней стороны переднего приспособления 5030 в набегающий поток воды. В частности, переднее приспособление 5030 имеет решетчатую конфигурацию, которая одновременно поддерживает по существу гладкую поверхность пути потока для набегающего потока воды и всасывает воду под высоким давлением, накопившуюся за передним приспособлением 5030. Аналогично области низкого давления, создаваемой под экраном в варианте выполнения, показанном на фиг. 31, набегающий поток воды через пазы 5036 переднего приспособления 5030 также создает область более низкого давления, что вызывает поток воды из задней стороны переднего приспособления 5030 для соединения с набегающим потоком воды. Расположение пазов 5036 может поддерживаться, например, путем механического прикрепления множества компонентов переднего приспособления для направления потока к раме (верхняя панель рамы не показана); путем прикрепления компонентов переднего приспособления для направления потока друг к другу с помощью жестких соединений для сохранения расстояния между пазами; другими способами, которые должны быть понятны для специалистов, или любой их комбинацией.In FIG. 40 shows an embodiment of the front flow guide 5030, which provides additional means to release pressure behind the front fixture 5030. For ease of illustration, the top frame panel of the embodiment shown in FIG. 40, not shown. The fixture 5030 in this embodiment is designed to allow water to flow from the rear side of the front fixture 5030 into the oncoming water stream. In particular, the front fixture 5030 has a lattice configuration that simultaneously maintains a substantially smooth surface of the flow path for the oncoming water flow and draws in high pressure water accumulated behind the front fixture 5030. Similar to the low pressure area created under the screen in the embodiment shown in fig. 31, the oncoming water flow through the slots 5036 of the front fixture 5030 also creates an area of lower pressure, which causes water to flow from the back of the front fixture 5030 to connect with the oncoming water flow. The location of the slots 5036 can be maintained, for example, by mechanically attaching a plurality of components of the front flow guide to the frame (frame top panel not shown); by attaching the components of the front flow guide to each other with rigid joints to maintain the distance between the slots; in other ways that should be understandable to specialists, or any combination of them.
На фиг. 41-43 показан еще один вариант выполнения настоящего изобретения. В этом варианте выполнения изобретения переднее приспособление для направления потока с жалюзи сочетается с вариантом экрана для сброса давления, показанным на фиг. 35. В этом варианте выполнения устройство 6010 содержит раму 6012, два центральных элемента 6015, 6017 с лопастями, переднее приспособление 6030 для направления потока с жалюзи и экран 6035. Рама 6012 меньше, чем рама 4012 (фиг. 35), и не охватывает все устройство 6010. Переднее приспособление 6030 с жалюзи имеет боковые панели 6040, 6042, 6044, помогающие сдерживать набегающий поток воды. Переднее приспособление 6030 может быть самым широким у своего входа и может сужаться по мере приближения к центральным элементам с лопастями, чтобы вызывать ускорение набегающего потока воды в центральные элементы 6015, 6017. ПутьIn FIG. 41-43 show another embodiment of the present invention. In this embodiment, the louvered front flow guide is combined with the pressure relief screen option shown in FIG. 35. In this embodiment, the device 6010 includes a frame 6012, two center members 6015, 6017 with blades, a front louvered flow guide 6030, and a screen 6035. Frame 6012 is smaller than frame 4012 (FIG. 35) and does not span the entire unit 6010. The louvered front fixture 6030 has side panels 6040, 6042, 6044 to help contain the incoming water flow. The front fixture 6030 may be widest at its inlet and may narrow as it approaches the vaned centers to cause the incoming water flow into the centers 6015, 6017 to be accelerated.
- 9 040761 потока, позволяющий воде скапливаться позади переднего приспособления 6030, обеспечивается отверстием 6092, образованным относительным расстоянием между рамой 6012 и панелями 6044, 6046 корпуса переднего приспособления 6030 (отверстие 6092 лучше всего показано на фиг. 43).- 9 040761 flow, allowing water to accumulate behind the front fixture 6030, is provided by the hole 6092 formed by the relative distance between the frame 6012 and the body panels 6044, 6046 of the front fixture 6030 (hole 6092 is best shown in Fig. 43).
На фиг. 44-46 показан вариант центрального элемента с лопастями, который может использоваться для замены в различных вариантах выполнения устройства, описанных в настоящем документе. Показанный альтернативный центральный элемент 7015 имеет две лопасти 7020, 7022, проходящие наружу от центра центрального элемента 7015. В этом варианте, касающемся конфигурации лопасти и центрального элемента, лопасти по существу являются бескорпусными в том смысле, что лопасти имеют пластинчатую конструкцию, а не более объемное тело. Например, лопасть в соответствии с этим вариантом выполнения может быть выполнена из листового металла или другого подходящего тонкого плоского материала, достаточно прочного, чтобы выдерживать различные силы, приложенные потоком воды к системе во время работы. Каждый лопастной элемент 7020, 7022 оканчивается острым кончиком (например, 7053). Во время вращения кончики 7053 образуют круговой путь 7060. В любой момент с течением времени лопасти оканчиваются на своих кончиках 7053 в точке, которая находится вдоль кругового пути 7060 перемещения. Лопасти в этом варианте выполнения выполнены таким образом, что касательная линия на вершине 7053 лопасти по существу совпадает с касательной линией вдоль круговой траектории 7060 в точке, где находится кончик 7053.In FIG. 44-46 show a variant of the central element with blades, which can be used as a replacement in various embodiments of the device described in this document. The alternate center member 7015 shown has two vanes 7020, 7022 extending outward from the center of the center member 7015. In this embodiment regarding the configuration of the vane and the center member, the vanes are essentially uncased in the sense that the vanes are of a plate-like design rather than a bulkier one. body. For example, the blade according to this embodiment may be made of sheet metal or other suitable thin flat material strong enough to withstand the various forces applied by the water flow to the system during operation. Each paddle element 7020, 7022 ends in a sharp tip (eg 7053). During rotation, the tips 7053 form a circular path 7060. At any point over time, the blades terminate at their tips 7053 at a point along the circular path 7060 of movement. The blades in this embodiment are designed such that the tangent line at the blade tip 7053 substantially coincides with the tangent line along the circular path 7060 at the point where the tip 7053 is located.
Конкретно на фиг. 46 показана одна лопасть варианта выполнения, описанного со ссылкой на фиг. 44 и 45. Лопасти этого варианта выполнения в целом можно описать как имеющие три смежные части и две поверхности. Три части (внутренняя часть 7050, центральная часть 7055 и наружная часть 7060) и две поверхности (ударная поверхность или напорная поверхность 7070 и подъемная поверхность или ненапорная поверхность 7075) показаны на фиг. 46. Внутренняя часть 7050 находится ближе всего к центральному элементу 7015 и прикреплена к нему. Центральная часть 7055 лопасти 7055 начинается на конце внутренней части 7050 и имеет конфигурацию, аналогичную аэродинамической поверхности, для создания низкого давления и, следовательно, подъемных сил на подъемной поверхности 7075 лопасти 7020. Наружная часть 7060 начинается на дистальном конце центральной части 7055, выходит наружу изогнутым образом и оканчивается острым концом 7080. Наружная часть 7060 отличается тем, что ее конец 7080 имеет ориентацию, описанную выше (т.е. при этом касательная линия на вершине лопасти по существу совпадает с касательной линией к круговой траектории движения лопасти в точке пересечения между концом 7080 лопасти и круговой траекторией). Было обнаружено, что при выработке электроэнергии такая комбинация характеристик лопастей дает хорошие результаты.Specifically in FIG. 46 shows one blade of the embodiment described with reference to FIG. 44 and 45. The blades of this embodiment can generally be described as having three adjacent parts and two surfaces. Three parts (inner 7050, center 7055, and outer 7060) and two surfaces (impact or pressure surface 7070 and lift or non-pressure surface 7075) are shown in FIG. 46. The inner part 7050 is closest to the Central element 7015 and attached to it. The center portion 7055 of the blade 7055 begins at the end of the inner portion 7050 and has an airfoil-like configuration to generate low pressure and hence lift forces on the lift surface 7075 of the blade 7020. manner and terminates in a sharp end 7080. The outer portion 7060 is characterized in that its end 7080 has the orientation described above (i.e., the tangent line at the tip of the blade essentially coincides with the tangent line to the circular path of the blade at the point of intersection between the end 7080 blades and circular trajectory). It has been found that this combination of blade characteristics gives good results in power generation.
Все еще со ссылкой на фиг. 44-46, лопастные элементы 7020, 7022 могут, как вариант, иметь один или несколько механизмов перепуска текучей среды, таких как, например, заслонки 7070, которые могут открываться и закрываться, чтобы обеспечивать прохождение текучей среды через лопасти 7020, 7022 на определенных этапах вращения лопастных центральных элементов. Вращение лопастей можно разделить на два цикла. Лопасть испытывает на себе первый цикл, который мы будем называть напорным циклом, когда набегающий поток воды воздействует непосредственно на ударную сторону лопасти (как описано выше со ссылкой на элемент 92 на фиг. 6); этот цикл также может быть описан как когда ударная поверхность лопасти подвергается напору. Когда набегающий поток воды больше не воздействует непосредственно на ударную сторону лопасти (т.е. лопасть больше не подвергается напору), лопасть находится во втором цикле, который будем называть ненапорным циклом. Когда лопасть находится в напорном цикле, набегающий поток воды вызывает закрытие заслонок 7070, тем самым создавая по существу непрерывную поверхность лопасти, на которую может воздействовать вода. Как только лопасть переходит в ненапорный цикл, заслонки открываются (или опускаются), создавая обходные пути для воды перед вращением лопасти, чтобы та протекала через лопасть (в отличие от того, чтобы в противном случае она захватывалась и перемещалась лопастью). Таким образом, во время ненапорного цикла лопасти испытывают меньшее сопротивление вращению, тем самым усиливая вращение центральных элементов с генерированием энергии.Still with reference to FIG. 44-46, the vane elements 7020, 7022 may optionally have one or more fluid bypass mechanisms, such as, for example, flaps 7070, that can open and close to allow fluid to pass through the vanes 7020, 7022 at certain stages. rotation of bladed central elements. The rotation of the blades can be divided into two cycles. The blade experiences the first cycle, which we will call the pressure cycle, when the oncoming water flow acts directly on the impact side of the blade (as described above with reference to element 92 in Fig. 6); this cycle can also be described as when the impact surface of the blade is subjected to pressure. When the oncoming water flow no longer acts directly on the impact side of the blade (ie, the blade is no longer subjected to pressure), the blade is in the second cycle, which we will call the non-pressure cycle. When the vane is in the push cycle, the oncoming water flow causes the shutters 7070 to close, thereby creating a substantially continuous vane surface that can be impacted by water. Once the vane enters the non-pressure cycle, the flaps open (or lower), creating bypasses for the water before the vane rotates to flow through the vane (as opposed to being caught and moved by the vane otherwise). Thus, during the non-pressure cycle, the blades experience less resistance to rotation, thereby increasing the rotation of the central elements with energy generation.
На фиг. 47 проиллюстрированы этапы способа извлечения энергии из потока воды с использованием описанных здесь вариантов выполнения устройства. Этапы способа могут выполняться в любом практическом порядке, и их не следует ограничивать порядком, предлагаемым в иллюстративных вариантах выполнения, описанных в настоящем документе. На одном этапе 1070 устройство для извлечения энергии, выполненное в соответствии с любым из описанных здесь вариантов выполнения, размещают или развертывают в толще воды. Как описано выше, это может быть достигнуто путем привязывания аппарата к дну под толщей воды (в случае плавучего устройства) или подвешивания устройства с опорной конструкцией в одной или нескольких точках над поверхностью воды (в случае устройства, которое хотя бы частично не является плавучим). В любом случае устройство располагают так, что части центрального элемента погружены в воду, так что протекающая вода вызывает вращение центральных элементов. На другом этапе 1072 устройство работает так, что механическая энергия вращения центральных элементов устройства преобразуется в электричество. Это может быть достигнуто, например, благодаря использованию генераторов, сообщающихся с вращающимися центральными элементами либо напрямую, либо через различные компоненты передачи механической энергии, обычно известные в данной области техIn FIG. 47 illustrates the steps of a method for extracting energy from a water stream using the device embodiments described herein. The method steps may be performed in any practical order and should not be limited to the order suggested in the exemplary embodiments described herein. In one step 1070, an energy extraction device, made in accordance with any of the embodiments described herein, is placed or deployed in the water column. As described above, this can be achieved by tying the apparatus to the bottom under the water column (in the case of a floating device) or suspending the device with a support structure at one or more points above the surface of the water (in the case of a device that is at least partially non-floating). In any case, the device is positioned so that parts of the central element are submerged in water, so that the flowing water causes rotation of the central elements. In another step 1072, the device operates such that the mechanical rotational energy of the central elements of the device is converted into electricity. This can be achieved, for example, through the use of generators communicating with rotating central elements either directly or through various mechanical power transmission components commonly known in the art.
Claims (20)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA2993857 | 2018-02-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA040761B1 true EA040761B1 (en) | 2022-07-25 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2340368B1 (en) | An energy generating system using a plurality of waterwheels | |
| US7397144B1 (en) | Bearing-less floating wind turbine | |
| RU2580193C2 (en) | Multipurpose rotor device (versions) and generation system comprising such device | |
| KR20120042746A (en) | Underwater power generator | |
| TWI525249B (en) | The use of wind - cutting blades to reduce the resistance of the wind turbine wind turbine prime mover | |
| CA2725231C (en) | Water turbines with mixers and ejectors | |
| NO335484B1 (en) | Underwater ducted turbine | |
| KR101533052B1 (en) | Hydraulic power unit using tide of the sea | |
| JP2013522530A (en) | Device for generating power from a fluid flow | |
| WO2010018369A2 (en) | Underwater turbine with finned diffuser for flow enhancement | |
| KR101229932B1 (en) | A tidal current power electronic power plant | |
| US20220034291A1 (en) | Systems and methods for generating electrical energy | |
| US10851758B2 (en) | Hydrokinetic transport wheel mount | |
| KR20100114990A (en) | Hydraulic power plant system using flowing water | |
| EA040761B1 (en) | DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING ELECTRIC ENERGY | |
| CA2615808C (en) | Underwater ducted turbine | |
| WO2006033598A1 (en) | Dam-less tractive power plant | |
| OA19614A (en) | Systems and methods for generating electrical energy | |
| JP2023530198A (en) | Swivel propeller, method of operation, and preferred use thereof | |
| SK50582009A3 (en) | Flow turbine with pivoted blades | |
| KR20100118673A (en) | Turbine for a hydroelectric power station | |
| KR102637470B1 (en) | Impeller system for prefabricated small hydro power generation that can change the angle of the guide vane and vane of the water wheel system according to the flow rate and head of the farm discharge water | |
| GB2386160A (en) | Variable geometry magnus effect turbine | |
| EP2769087B1 (en) | Apparatus and method for tidal energy extraction and storage | |
| KR20240080184A (en) | Tide and wave convergence power plant |