RU101739U1

RU101739U1 - FLOW ENERGY CONVERTER

Info

Publication number: RU101739U1
Application number: RU2010104501/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Ильич Попов; Сергей Евгеньевич Щеклеин
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-01-27

Abstract

Преобразователь энергии потока, содержащий в корпусе входной конус-диффузор с неподвижными отклоняющими лопастями, маховичный вращающийся диск с лопастями противоположной крутки, закрепленный через подшипники на валу и соединенный с генератором, отличающийся тем, что дополнительно введены входной конфузор, неподвижный закрепленный в корпусе диск и дополнительный вращающийся диск с лопастями противоположной крутки, а также - выходной диффузор корпуса с обтекателем потока, причем неподвижный диск расположен между маховичным и дополнительным дисками, вращающимися на общем валу, кинематически связанным с генератором. A flow energy converter comprising an inlet cone-diffuser with fixed deflecting blades in the housing, a flywheel rotating disk with opposite twist blades, mounted through bearings on the shaft and connected to a generator, characterized in that the input confuser, a fixed disk fixed in the housing, and an additional a rotating disk with vanes of the opposite twist, as well as an output diffuser of the body with a flow fairing, and a fixed disk is located between the flywheel and disks rotating on a common shaft kinematically connected with the generator.

Description

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПОТОКАFLOW ENERGY CONVERTER

Полезная модель относится к энергетике и может быть использовано для получения механической или электрической энергии от потока ветра или потока воды.The utility model relates to energy and can be used to obtain mechanical or electrical energy from a wind stream or a stream of water.

Известны ветродвигатели содержащие корпус с диффузором и установленное в корпусе ветроколесо с лопастями (см. патент США №3883750, кл. 290-55, опубл. 1975 [1] и патент США №4309146, кл. 290-55, опубл. 1987 [2]).Known wind turbines containing a housing with a diffuser and a wind wheel with blades installed in the housing (see US patent No. 3883750, CL 290-55, publ. 1975 [1] and US patent No. 4309146, CL 290-55, publ. 1987 [2 ]).

В данных устройствах не обеспечивается высокий перепад давлений, от которого зависят мощность и КПД преобразования энергии потока.These devices do not provide a high pressure drop, on which the power and efficiency of the conversion of the flow energy depend.

Известны также в гидроэнергетике микро-миниГЭС ленточного типа, в которых поток, отработав на поверхностях первых по ходу движения лопастях, подается на отклоняющие лопасти и участвует в передаче энергии на следующий ряд лопастей (см. Lieban E., Lieban J. Vorrichtung Jur Umwandlung der kinetishen Energie eines beschleunigten Fluids in elektrishe Energie, заявка ФРГ 252934 от 2.07.75 г. [3] и статью Leyland D.W. Equipment for small hydro Schemes a review of progress, International Water Power and Dam Construction, 1987, 39, 20-24 [4]). Гидроустановка «лифт Шнайдера» [4] широко применяется в США на небольших реках и водотоках.Also known in the hydropower industry are ribbon-type mini-mini-hydroelectric power plants, in which the flow, having worked on the surfaces of the first blades in the direction of travel, is fed to the deflecting blades and is involved in energy transfer to the next row of blades (see Lieban E., Lieban J. Vorrichtung Jur Umwandlung der kinetishen Energie eines beschleunigten Fluids in elektrishe Energie, FRG application 252934 dated 2.07.75 [3] and Leyland DW Equipment for small hydro Schemes a review of progress, International Water Power and Dam Construction, 1987, 39, 20-24 [ four]). The hydraulic installation "Schneider elevator" [4] is widely used in the USA on small rivers and watercourses.

Однако использование подобных конструкций в качестве ветродвигателей неэффективно в силу того, что плотность воздуха более чем в восемьсот раз меньше плотности воды.However, the use of such structures as wind turbines is inefficient due to the fact that the air density is more than eight hundred times lower than the density of water.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является «Энергетическая установка» (см. патент Российской Федерации №2205291, кл. F03Д 1/00, патентообладатель: Тамбовский военный авиационный инженерный институт [5]), выбранная в качестве прототипа.The closest technical solution (prototype) is “Power plant” (see patent of the Russian Federation No. 2205291, class F03D 1/00, patent holder: Tambov Military Aviation Engineering Institute [5]), selected as a prototype.

В данной конструкции отбор мощности производится на периферийной наружной части входного конуса-диффузора, отклоняющие лопасти которого закручивают и направляют поток на маховичный вращающийся диск с лопастями противоположной крутки, соединенный с генератором.In this design, power is taken on the peripheral outer part of the inlet cone-diffuser, the deflecting blades of which are twisted and direct the flow to a flywheel rotating disk with blades of the opposite twist connected to the generator.

Однако и в данном устройстве коэффициент использования энергии потока невелик, так как происходит однократное преобразование поступательного движения потока в крутящий момент вала и, соответственно, - в выходную мощность генератора. Большая часть потока (в прототипе - ветрового) будет обходить входной диффузор как препятствие по его краям и полезно не будет использоваться.However, in this device, the utilization factor of the flow energy is small, since there is a single conversion of the translational motion of the flow into the torque of the shaft and, accordingly, into the output power of the generator. Most of the flow (in the prototype - wind) will bypass the inlet diffuser as an obstacle along its edges and will not be useful.

Техническим результатом предложенного изобретения является увеличение коэффициента использования энергии потока и, как следствие, - единичной мощности энергетической установки.The technical result of the proposed invention is to increase the utilization of the flow energy and, as a consequence, the unit power of the power plant.

Сущность полезной модели заключается в том, что «Преобразователь энергии потока», содержащий входной корпус-диффузор с неподвижными отклоняющими лопастями, маховичный вращающийся диск с лопастями противоположной крутки, кинематически связанный с генератором, дополнительно снабжен входным конфузором, неподвижным диском, закрепленном в корпусе, дополнительным подвижным диском, находящимся на общем валу с маховичным диском, выходным диффузором корпуса с обтекателем. Неподвижный диск расположен между подвижными (вращающимися) дисками и имеет тот же наклон (крутку) лопастей, что и наклон лопастей входного конуса-диффузора.The essence of the utility model lies in the fact that the "Flow energy converter" containing an input diffuser body with fixed deflecting blades, a flywheel rotating disk with opposite twist blades kinematically connected to the generator, is additionally equipped with an input confuser, a fixed disk fixed in the housing, an additional a movable disk located on a common shaft with a flywheel disk, an output diffuser of the body with a cowl. The fixed disk is located between the movable (rotating) disks and has the same inclination (twist) of the blades as the inclination of the blades of the inlet cone-diffuser.

Наклон лопастей вращающихся дисков имеет противоположную крутку. Такое пространственное положение лопастей всех узлов устройства, а также разряжение на его выходе, создаваемое отсасывающей трубой из выходного диффузора 4 и обтекателя 9 позволяют существенно увеличить коэффициент использования энергии потока.The inclination of the blades of the rotating discs has the opposite twist. This spatial position of the blades of all nodes of the device, as well as the vacuum at its outlet, created by the suction pipe from the outlet diffuser 4 and the fairing 9, can significantly increase the utilization of the flow energy.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется графически, где на Фиг.1 изображен «Преобразователь энергии потока, а на Фиг.2 - схема прохождения потока через его лопасти под разными углами.The proposed technical solution is illustrated graphically, where in Fig.1 shows the "Converter energy flow, and Fig.2 is a diagram of the passage of the flow through its blades at different angles.

Устройство содержит корпус 1, который установлен на опоре или поворотной мачте 2, имеет входной и выходной раструбы: конфузор 3 и диффузор 4. В корпусе установлены и закреплены на реактивных лопастях 5 неподвижный входной конус-диффузор 6, на реактивных лопастях 7 неподвижный диск 8 и на своих стойках - обтекатель 9 и генератор 10, причем вал последнего соединен непосредственно с подвижными (вращающимися) дисками 11 и 12, имеющими свои лопасти 13 и 14, а через подшипники вал генератора соединен с неподвижным диском и с обтекателем потока. Ориентация на поток ветра или воды может осуществляться, например, с помощью флюгера 75.The device comprises a housing 1, which is mounted on a support or a rotary mast 2, has an input and output sockets: a confuser 3 and a diffuser 4. In the housing, a fixed inlet cone-diffuser 6 is mounted and fixed on the reactive blades 5, and a fixed disk 8 on the reactive blades 7 and on their racks there is a fairing 9 and a generator 10, the shaft of the latter being connected directly to movable (rotating) disks 11 and 12 having their blades 13 and 14, and through bearings, the generator shaft is connected to a fixed disk and to a flow fairing. Orientation to the flow of wind or water can be carried out, for example, using a weather vane 75.

Фиг.2 иллюстрирует взаимное пространственное положение закрепленных (неподвижных) и подвижных лопастей, принадлежащих соответственно (слева направо): конусу-диффузору 6, подвижному диску 11, неподвижному диску 8 и подвижному диску 12.Figure 2 illustrates the mutual spatial position of the fixed (fixed) and movable blades belonging respectively (from left to right): the cone-diffuser 6, the movable disk 11, the fixed disk 8 and the movable disk 12.

«Преобразователь энергии потока» работает следующим образом. Поток ветра или воды поступает в конфузор 3, растекается по наружной поверхности неподвижного входного конуса-диффузора 6, причем лопасти 5 закручивают поток на периферию окружности конуса, где образуется зона высокого давления, и подают его на лопасти 13 подвижного диска 11, который начинает вращаться. Лопасти 13, расположенные под углом к лопастям 5, изменяют направление потока (см. Фиг.2), Попадая на лопасти 7 неподвижного диска 8, поток еще раз изменяет свое направление и поступает далее также под углом на лопасти 14 подвижного диска 12, который вращается согласно в том же направлении, что и диск 11, передавая через общий вал суммарный вращающий момент на генератор 10."Converter energy flow" works as follows. The flow of wind or water enters the confuser 3, spreads along the outer surface of the stationary inlet cone-diffuser 6, and the blades 5 twist the flow to the periphery of the circumference of the cone, where a high pressure zone is formed, and feed it onto the blades 13 of the movable disk 11, which starts to rotate. The blades 13, located at an angle to the blades 5, change the direction of the flow (see Figure 2). Once on the blades 7 of the fixed disk 8, the flow once again changes its direction and then goes at an angle to the blades 14 of the movable disk 12, which rotates according to the same direction as the disk 11, transmitting the total torque to the generator 10 through the common shaft.

Диффузор 4 на выходе устройства совместно с поверхностью обтекателя 9 образует отсасывающую трубу в виде расширяющегося кольцевого конуса. Это позволяет создать на выходе устройства дополнительное разряжение и увеличить мощность проходящего через него потока.The diffuser 4 at the output of the device together with the surface of the fairing 9 forms a suction pipe in the form of an expanding annular cone. This allows you to create an additional vacuum at the output of the device and increase the power of the flow passing through it.

Установка преобразователя по направлению на поток осуществляется флюгером 15 или другим известным методом.The installation of the Converter in the direction of flow is carried out by a weather vane 15 or other known method.

Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить коэффициент использования энергии потока ветра или воды и может найти широкое применение в качестве автономного источника энергии для широкого спектра мощностей.The proposed technical solution allows to increase the utilization of the energy of the wind or water flow and can be widely used as an autonomous energy source for a wide range of capacities.

Например, в качестве микроГЭС данная установка, установленная в русле реки, может обеспечить электропитание бакенов и навигационных знаков для судоходства.For example, as a micro-hydroelectric power station, this installation, installed in the riverbed, can provide power to beacons and navigation signs for navigation.

Более мощные подобные гидро- и ветроустановки, размещаемые на быстротоках воды или в зоне постоянных ветров, могут быть спроектированы под задачи Заказчиков.More powerful similar hydro- and wind turbines placed at high-speed water flows or in the zone of constant winds can be designed for the tasks of customers.

В процессе работы над устройством был изготовлен и испытан макет ветроустановки с диаметром дисков 300 мм, подтвердивший заявленные преимущества.In the process of working on the device, a model of a wind turbine with a disk diameter of 300 mm was made and tested, which confirmed the declared advantages.

Claims

A flow energy converter comprising an inlet cone-diffuser with fixed deflecting blades in the housing, a flywheel rotating disk with opposite twist blades, mounted through bearings on the shaft and connected to a generator, characterized in that the input confuser, a fixed disk fixed in the housing, and an additional a rotating disk with vanes of the opposite twist, as well as an output diffuser of the body with a flow fairing, and a fixed disk is located between the flywheel and disks rotating on a common shaft kinematically connected with the generator.