RU128670U1

RU128670U1 - DEVICE FOR TRANSFORMING ENERGY OF CURRENT ENVIRONMENT INTO MECHANICAL ENERGY

Info

Publication number: RU128670U1
Application number: RU2012156128/06U
Authority: RU
Inventors: Темир Хусаинович Ахмедов; Алексей Николаевич Царьков
Original assignee: Межрегиональное общественное учреждение "Институт инженерной физики"
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-05-27

Abstract

Устройство для преобразования энергии текущей среды в механическую энергию, содержащее две неподвижные опоры, горизонтально расположенное поворотное крыло с гидродинамическим профилем, два рычага и ограничительные упоры для ступенчатого изменения угла атаки поворотного крыла с максимального на среднем участке движения рычагов до минимального на границах маховых движений рычагов, отличающееся тем, что шарниры подвеса поворотного крыла установлены на его продольных краях к одним концам двух рычагов, другие концы которых расположены на неподвижных опорах, установленных на дне реки вдоль береговой линии вверх по ее течению, и соединены с нагрузкой.A device for converting the energy of a flowing medium into mechanical energy, containing two fixed supports, a horizontally located rotary wing with a hydrodynamic profile, two levers and limit stops for stepwise change in the angle of attack of the rotary wing from the maximum in the middle section of the movement of the levers to the minimum at the boundaries of the swinging movements of the levers, characterized in that the hinges of the pivot wing suspension are installed on its longitudinal edges to one ends of two levers, the other ends of which are located on fixed supports installed on the bottom of the river along the coastline upstream of it, and are connected to the load.

Description

Полезная модель относится к области гидроэнергетической техники и может быть использована в гидроэнергетических установках, рабочие органы которых совершают машущие автоколебательные движения и не вращаются.The utility model relates to the field of hydropower engineering and can be used in hydropower installations, the working bodies of which make waving self-oscillating movements and do not rotate.

Вращающиеся рабочие органы не требуют дополнительных средств инициации вращения, но они при своей работе формируют большой кинетический крутящий момент, который, подобно гироскопическому моменту, сохраняет направление своего вектора неизменным в мировом пространстве. Поэтому при суточном вращении Земли подшипники вращающихся рабочих органов быстро выходят из строя. Указанного «гироскопического» недостатка лишены энергетические установки, в которых рабочие органы совершают машущие автоколебательные движения и отсутствует нежелательный гироскопический момент.Rotating working bodies do not require additional means of initiating rotation, but during their work they form a large kinetic torque, which, like a gyroscopic moment, keeps the direction of its vector unchanged in world space. Therefore, with a daily rotation of the Earth, bearings of rotating working bodies quickly fail. The indicated “gyroscopic” drawback is deprived of power plants in which the working bodies make waving self-oscillating movements and there is no undesirable gyroscopic moment.

Известна установка для преобразования кинетической энергии текущей среды в возвратно-поступательное перемещение крыла, реализующая известный способ преобразования кинетической энергии текущей среды в возвратно-поступательное перемещение крыла (см. RU 2141058 С1, 10.11.1999, F03D 5/06, фиг.7, аналог), которая содержит неподвижную опору, штангу, вертикальное крыло с закрылком и дополнительное крыло с инерционной массой, продольная ось которого подвижно установлена на конце закрылка. С помощью шарниров и штанги неподвижная опора связана с вертикальным крылом, которое имеет возможность перемещаться перпендикулярно течению под действием подъемной силы в заданном секторе подобно маятнику. Изменение направления движения вертикального крыла на противоположное направление на границах заданного сектора происходит под действием дополнительного крыла с инерционной массой. Штанга с крылом совершает автоколебательные движения, амплитуда которых в заданном секторе ограничена противодействующими пружинами.A known installation for converting the kinetic energy of the current medium into the reciprocating movement of the wing, which implements the known method of converting the kinetic energy of the current medium into the reciprocating movement of the wing (see RU 2141058 C1, 10.11.1999, F03D 5/06, Fig. 7, analog ), which contains a fixed support, a rod, a vertical wing with a flap and an additional wing with an inertial mass, the longitudinal axis of which is movably mounted on the end of the flap. Using hinges and a rod, the fixed support is connected with a vertical wing, which has the ability to move perpendicular to the flow under the action of a lifting force in a given sector, like a pendulum. A change in the direction of movement of the vertical wing in the opposite direction at the boundaries of a given sector occurs under the action of an additional wing with inertial mass. A rod with a wing makes self-oscillating movements, the amplitude of which in a given sector is limited by opposing springs.

Недостаток известного устройства состоит в том, что периодическое накопление противодействующей пружиной механической энергии при каждом циклическом движении штанги снижает производительность гидроэнергетической установки по причине не совсем рационального расхода накопленной механической энергии на поддержание автоколебательного режима движения штанги, при этом, использование закрылка и противодействующей пружины для поддержания автоколебательных движений конструкции с поворотным крылом не отвечает в полной мере требованиям высокой долговечности гидроэнергетической установки. Кроме того, на границах сектора автоколебательных движений штанги с поворотным крылом возможна остановка колебательных движений, например, из-за воздействия проплывающих по течению различных предметов (топляков), тогда для возбуждения автоколебательного режима движения штанги с крылом, требуется ручная начальная установка крыла с максимальным углом его атаки.A disadvantage of the known device is that the periodic accumulation of opposing spring mechanical energy during each cyclic movement of the rod reduces the performance of the hydropower installation due to the not quite rational consumption of the accumulated mechanical energy to maintain the self-oscillating mode of movement of the rod, while using a flap and a counter spring to maintain self-oscillating springs movements of the structure with a rotary wing does not fully meet the requirements high durability of the hydropower plant. In addition, at the borders of the sector of self-oscillating movements of the rod with the rotary wing, it is possible to stop the oscillatory movements, for example, due to the influence of various objects (topljak) floating along the flow, then to initiate the self-oscillating mode of movement of the rod with the wing, manual initial installation of the wing with a maximum angle is required his attacks.

Наиболее близким известным техническим решением к предлагаемому в качестве прототипа является двигатель для утилизации энергии текущей среды, содержащий две неподвижные опоры, горизонтально расположенное поворотное крыло с гидродинамическим профилем, два рычага и ограничительные упоры для ступенчатого изменения угла атаки поворотного крыла с максимального на среднем участке движения рычагов до минимального на границах маховых движений рычагов (см. RU 2448271 С2, 20.014.2012, F03D 5/06, прототип). При этом неподвижные опоры выполнены в виде двух вертикальных стоек с окном в каждой стойке и ограничительными упорами на верхнем и нижнем краях стойки, которые расположены последовательно одна за другой по направлению течения воды на середине реки. В каждом окне стойки установлена направляющая с возможностью перемещения ее вдоль окна в направлении, противоположном направлению движения другой направляющей. В средней части каждой направляющей оборудована ось для поворота крыла с рычагом, а по краям каждой направляющей установлены ограничительные упоры для ограничения максимального угла атаки крыла. Рычаги связаны между собой шарниром для передачи кинетической энергии поворотных крыльев нагрузке и для расположения осей поворотных крыльев между собой так, что, когда поворотная ось одного крыла находится в крайнем положении, то поворотная ось другого крыла располагается на среднем участке вертикальной стойки.The closest known technical solution to the one proposed as a prototype is an engine for utilizing the energy of the current medium, containing two fixed bearings, a horizontally located rotary wing with a hydrodynamic profile, two levers and limit stops for stepwise changing the angle of attack of the rotary wing from the maximum in the middle section of the movement of the levers to the minimum at the borders of the swing movements of the levers (see RU 2448271 C2, 01.20.2012, F03D 5/06, prototype). In this case, the fixed supports are made in the form of two vertical racks with a window in each rack and restrictive stops at the upper and lower edges of the rack, which are located one after the other in the direction of the water flow in the middle of the river. A guide is installed in each window of the rack with the possibility of moving it along the window in the direction opposite to the direction of movement of the other guide. In the middle part of each rail there is an axis for turning the wing with a lever, and restrictive stops are installed along the edges of each rail to limit the maximum angle of attack of the wing. The levers are interconnected by a hinge for transferring the kinetic energy of the rotary wings to the load and for arranging the axes of the rotary wings together so that when the rotary axis of one wing is in the extreme position, the rotary axis of the other wing is located in the middle section of the vertical strut.

Недостаток прототипа заключается в том, что при вертикальном движении поворотных крыльев вдоль стоек в противоположных друг другу направлениях с противоположным друг другу значениями углов атаки, наступает такое их расположение, когда оси поворота крыльев находятся на одной общей горизонтальной линии. В этом положении осей поворота крыльев потоки жидкости, пройдя через одно крыло, изменяют свое первоначальное прямолинейное направление движения и направляются на другое, рядом находящееся на расстояние рабочего хода, поворотное крыло, нежелательно изменяя угол атаки и гидродинамические условия обтекания этого второго поворотного крыла и уменьшая, тем самым, производительность гидроэнергетической установки. Другой недостаток прототипа состоит в том, что две вертикальные стойки, установленные на дне середины реки, ухудшают условия судоходства.The disadvantage of the prototype is that with the vertical movement of the rotary wings along the uprights in opposite directions with opposite angles of attack, their location occurs when the axis of rotation of the wings are on the same horizontal line. In this position of the axes of rotation of the wings, the fluid flows, passing through one wing, change their initial rectilinear direction of movement and are directed to another, a rotary wing located nearby at a distance of the working stroke, undesirably changing the angle of attack and the hydrodynamic conditions of flow around this second rotary wing and reducing, thereby, the performance of a hydropower plant. Another disadvantage of the prototype is that two vertical racks installed at the bottom of the middle of the river, worsen the conditions of navigation.

Техническим результатом является повышение производительности гидроэнергетической установки и улучшение условий судоходства путем размещения на продольных краях одного поворотного крыла шарниров его подвеса к одним концам двух рычагов, другие концы которых установлены на неподвижных опорах вдоль береговой линии вверх по течению реки.The technical result is to increase the productivity of a hydropower installation and improve the conditions of navigation by placing on the longitudinal edges of one rotary wing hinges of its suspension to one end of two levers, the other ends of which are mounted on fixed supports along the coastline upstream of the river.

Указанная технический результат достигается тем, что, кроме, известных и общих отличительных признаков, а именно: двух неподвижных опор, горизонтально расположенного поворотного крыла с гидродинамическим профилем, двух рычагов и ограничительных упоров для ступенчатого изменения угла атаки поворотного крыла с максимального значения на среднем участке движения рычага до минимального на границах маховых движений рычага, в предлагаемом устройстве для преобразования энергии текущей среды в механическую энергию шарниры подвеса поворотного крыла установлены на его продольных краях к одним концам двух рычагов, другие концы которых расположены на неподвижных опорах, установленных на дне реки вдоль береговой линии вверх по ее течению, и соединены с нагрузкой.The specified technical result is achieved by the fact that, in addition to the well-known and general distinguishing features, namely: two fixed supports, a horizontally located rotary wing with a hydrodynamic profile, two levers and restrictive stops for stepwise changing the angle of attack of the rotary wing from the maximum value in the middle part of the movement the lever to the minimum at the borders of the swing movements of the lever, in the proposed device for converting the energy of the current medium into mechanical energy, the hinges of the suspension are rotary th wing are installed on its longitudinal edges to one ends of two levers, the other ends of which are located on fixed supports installed on the bottom of the river along the coastline upstream, and are connected to the load.

Новизна полезной модели состоит в том, что в предлагаемом устройстве для преобразования энергии текущей среды в механическую энергию шарниры подвеса поворотного крыла установлены на его продольных краях к одним концам двух рычагов, другие концы которых расположены на неподвижных опорах, установленных на дне реки вдоль береговой линии вверх по ее течению, и соединены с нагрузкой, что обеспечивает увеличение производительности гидроэнергетической установки и благоприятные условия для судоходства.The novelty of the utility model is that in the proposed device for converting the energy of the current medium into mechanical energy, the hinges of the suspension of the rotary wing are installed on its longitudinal edges to one ends of two levers, the other ends of which are located on fixed supports installed on the bottom of the river along the coastline up along its course, and are connected with the load, which provides an increase in the productivity of the hydropower installation and favorable conditions for shipping.

Предлагаемое устройство для преобразования энергии текущей среды в механическую энергию изображено на фиг.1 в общем виде, на фиг.2 показано поперечное сечение устройства. На фиг.1 и 2 обозначено:The proposed device for converting the energy of the current medium into mechanical energy is depicted in figure 1 in General form, figure 2 shows a cross section of the device. In figures 1 and 2 are indicated:

1 - поворотное крыло с гидродинамическим профилем;1 - rotary wing with a hydrodynamic profile;

2 - ограничительные упоры для формирования максимального знакопеременного угла атаки поворотного крыла;2 - restrictive stops to form the maximum alternating angle of attack of the rotary wing;

3 - ось поворота крыла, установленная на конце каждого рычага;3 - axis of rotation of the wing mounted on the end of each lever;

4 - гибкий ограничительный трос для торможения маятникового движения рычага с поворотным крылом и установки угла атаки поворотного крыла, знак которого противоположен знаку предшествующему углу атаки этого поворотного крыла;4 - flexible restrictive cable for braking the pendulum movement of a lever with a rotary wing and setting the angle of attack of the rotary wing, the sign of which is opposite to the sign of the previous angle of attack of this rotary wing;

5 - рычаги, совершающие синхронные с одинаковой фазой маятниковые автоколебательные движения под действием знакопеременной подъемной силы поворотного крыла, установленного на концах рычагов;5 - levers making pendulum self-oscillating synchronous with the same phase oscillatory motion under the action of alternating lifting force of the rotary wing mounted on the ends of the levers;

6 - нижний ограничительный упор для формирования угла атаки поворотного крыла, знак которого противоположен знаку предшествующему углу атаки этого поворотного крыла;6 - lower limit stop for forming the angle of attack of the rotary wing, the sign of which is opposite to the sign of the previous angle of attack of this rotary wing;

7 - неподвижные опоры с нагрузкой, например, насосом.7 - fixed supports with a load, for example, a pump.

В исходном положении (статика) на поворотном крыле 1 установлены ограничительные упоры 2, ограничивающие максимальный знакопеременный угол атаки крыла 1 относительно поворотной оси 3. Один конец гибкого ограничительного троса 4 прикреплен в области передней кромки поворотного крыла 1. Один конец рычага 5 связан с поворотной осью 3. Другой конец гибкого ограничительного троса 4 подсоединен к дну реки. Другой конец рычага 5 подключен с помощью шарнира к неподвижной опоре 7 с нагрузкой. Крыло 1 и рычаги 6 имеют плавучесть, близкую к нулевой.In the initial position (static) on the rotary wing 1, limit stops 2 are installed, limiting the maximum alternating angle of attack of the wing 1 relative to the rotary axis 3. One end of the flexible restriction cable 4 is attached in the region of the leading edge of the rotary wing 1. One end of the lever 5 is connected to the rotary axis 3. The other end of the flexible boundary wire 4 is connected to the bottom of the river. The other end of the lever 5 is connected by a hinge to the fixed support 7 with a load. Wing 1 and levers 6 have buoyancy close to zero.

Предлагаемое устройство для преобразования энергии текущей среды в механическую энергию работает следующим образом.The proposed device for converting the energy of the current medium into mechanical energy works as follows.

Под действием напора воды в направлении V формируется гидродинамическая подъемная сила поворотного крыла 1, которое поворачивается на оси 3 и двигается, например, вверх вместе с рычагом 5 с максимальным углом атаки. Движение поворотного крыла 1 с рычагами 5 происходит до натяжения гибкого ограничительного троса 4. Затем передняя часть поворотного крыла 1 затормаживается, а остальная часть поворотного крыла 1 вместе с рычагом 5 продолжают движение по инерции. Это приводит сначала к уменьшению угла атаки поворотного крыла 1 до нулевого значения, а затем разворачиванию его на противоположный угол атаки, установке его на нижний ограничительный упор 2, при котором формируется максимальный угол атаки.Under the influence of water pressure in the V direction, the hydrodynamic lifting force of the rotary wing 1 is formed, which rotates on the axis 3 and moves, for example, upward together with the lever 5 with the maximum angle of attack. The movement of the rotary wing 1 with levers 5 occurs until the flexible restrictive cable 4. The front part of the rotary wing 1 is braked, and the rest of the rotary wing 1 together with the lever 5 continue to move by inertia. This first leads to a decrease in the angle of attack of the rotary wing 1 to zero, and then to deploy it to the opposite angle of attack, setting it to the lower limit stop 2, at which the maximum angle of attack is formed.

С максимальным углом атаки, но уже другого знака, поворотное крыло 1 под действием гидродинамической силы вместе с рычагами 5 опускается вниз и своей передней кромкой упирается на нижний ограничительный упор 6, с помощью которого изменяется угол атаки поворотного крыла 1 на противоположный. Под действием напора воды V формируется гидродинамическая (подъемная) сила поворотного крыла 1, которое поворачивается на оси 3 и двигается вверх вместе с поворотными рычагами 5 с максимальным углом атаки, определяемой зоной действия ограничительных упоров 2. Работа устройства повторяется, как и в прототипе, поворотное крыло 1 совершает машущее (маятниковое) автоколебательное движение.With a maximum angle of attack, but of a different sign, the rotary wing 1, under the influence of hydrodynamic force, together with levers 5 falls down and abuts against the lower limit stop 6 with its front edge, with which the angle of attack of the rotary wing 1 is reversed. Under the influence of the water pressure V, the hydrodynamic (lifting) force of the rotary wing 1 is formed, which rotates on the axis 3 and moves upwards along with the rotary levers 5 with a maximum angle of attack determined by the zone of operation of the limit stops 2. The operation of the device is repeated, as in the prototype, rotary wing 1 makes a flapping (pendulum) self-oscillating motion.

Промышленная осуществимость полезной модели обосновывается тем, что в ней использованы известные в аналоге и прототипе узлы и механизмы по своему прямому функциональному назначению. В организации - заявителе изготовлен макет заявляемого устройства в 2012 году.The industrial feasibility of the utility model is justified by the fact that it uses the nodes and mechanisms known in the analogue and prototype for their intended purpose. In the organization - the applicant made a model of the inventive device in 2012.

Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что повышается не менее чем на 10…15% производительность гидроэнергетической установки за счет замены встречного прямолинейного движения двух поворотных крыльев на маятниковые синхронные колебательные движения двух рычагов с одним поворотным крылом между ними. Кроме того, улучшаются условия судоходства при использовании предлагаемого устройства для преобразования энергии текущей среды в механическую энергию путем уменьшения не менее чем в два раза высоты опорных стоек и размещения их параллельно друг другу вдоль линии берега.The positive effect of using the utility model is that the productivity of the hydropower installation is increased by at least 10 ... 15% by replacing the counter rectilinear motion of two rotary wings with pendulum synchronous oscillatory movements of two levers with one rotary wing between them. In addition, the conditions of navigation are improved when using the proposed device for converting the energy of the current medium into mechanical energy by reducing at least two times the height of the support posts and placing them parallel to each other along the coastline.

Claims

A device for converting the energy of a flowing medium into mechanical energy, comprising two fixed supports, a horizontally located rotary wing with a hydrodynamic profile, two levers and restrictive stops for stepwise changing the angle of attack of the rotary wing from the maximum in the middle section of the movement of the levers to the minimum at the boundaries of the swing movements of the levers, characterized in that the hinges of the suspension of the rotary wing are installed on its longitudinal edges to one end of two levers, the other ends of which are located and still supports, installed on the bottom of the river along the coastline up her river, and connected to the load.