RU188468U1 - Устройство для преобразования возобновляемой энергии - Google Patents
Устройство для преобразования возобновляемой энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU188468U1 RU188468U1 RU2018132180U RU2018132180U RU188468U1 RU 188468 U1 RU188468 U1 RU 188468U1 RU 2018132180 U RU2018132180 U RU 2018132180U RU 2018132180 U RU2018132180 U RU 2018132180U RU 188468 U1 RU188468 U1 RU 188468U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- connecting rod
- blade
- crank
- rotation
- length
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D5/00—Other wind motors
- F03D5/06—Other wind motors the wind-engaging parts swinging to-and-fro and not rotating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам для преобразования возобновляемой энергии и может быть использовано для получения энергии от набегающего потока воздуха. Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении снижения гироскопических нагрузок при эксплуатации устройства, устранении нежелательных эффектов, связанных с наличием возвратных точек траектории центра лопасти прототипа. Поставленная задача решается тем, что устройство для преобразования возобновляемой энергии содержит раму, к которой закреплен кривошипно-шатунный механизм, включающий шатун, вал кривошипа, установленный с возможностью вращения и шарнирно соединенный с шатуном, лопасть, закрепленную в середине шатуна, соединительное звено, закрепленное с одной стороны к раме с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения вала кривошипа, а с другой стороны - к шатуну, при этом длина соединительного звена равна длине кривошипа, расстояние между осями вращения вала и соединительного звена равно длине шатуна, а лопасть выполнена симметричной, при этом лопасть жестко закреплена к шатуну, при этом ее плоскость ориентирована параллельно шатуну.
Description
Область техники
Заявляемая полезная модель относится к колебательным устройствам для преобразования возобновляемой энергии и может быть использована в области энергетики для получения энергии от набегающего потока воздуха.
Уровень техники
Известно устройство для преобразования энергии потока текучей среды в полезную работу, содержащее совокупность соединенных между собой лопастей, связанных с преобразователем энергии (патент РФ №2037641, 1991 г., МКИ F03B 13/00, F03B 17/06, F03D 5/06). Недостатком устройства является сложность конструкции, невысокая надежность и невысокая эффективность.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является устройство для преобразования возобновляемой энергии, содержащее раму, лопасть, установленный на раме кривошипно-шатунный механизм, вал которого шарнирно связан шатуном и соединительным звеном с рамой, причем лопасть жестко закреплена на шатуне, а соединительное звено выполнено в виде качалки, один конец которой шарнирно связан с рамой, а другой конец шарнирно связан с шатуном (патент РФ №2293212, 2005 г., МПК F03D 5/00).
Недостатком этого устройства является невысокая надежность и низкая эффективность из-за того, что траектории всех точек звена, несущего лопасть, содержат возвратные точки, в которых абсолютная скорость обращается в ноль, соответственно, на каждом цикле движения есть фазы торможения звена, несущего лопасть, что не только сопровождается нежелательными ударными эффектами, но и снижает энергетическую эффективность установки, так как для каждого следующего цикла необходим повторный разгон звена.
Технической проблемой, решаемой посредством заявляемой полезной модели, является необходимость преодоления недостатков, присущих аналогам и прототипа, за счет создания устройства, обеспечивающего возможность надежной эксплуатации и стабильной эффективности.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении снижения гироскопических нагрузок при эксплуатации устройства, устранении нежелательных эффектов, связанных с наличием возвратных точек траектории центра лопасти прототипа.
Поставленная задача решается тем, что устройство для преобразования возобновляемой энергии содержит раму, к которой закреплен кривошипно-шатунный механизм, включающий шатун, вал кривошипа, установленный с возможностью вращения шарнирно соединенный с шатуном, лопасть, закрепленную в середине шатуна, соединительное звено, закрепленное с одной стороны к раме с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения вала кривошипа, а с другой стороны - к шатуну, при этом длина соединительного звена равна длине кривошипа, расстояние между осями вращения вала и соединительного звена равно длине шатуна, а лопасть выполнена симметричной, согласно техническому решению, лопасть жестко закреплена к шатуну, при этом ее плоскость ориентирована параллельно шатуну. Такое выполнение устройства, при котором соединительное звено закреплено к раме с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения вала, а длины соединительного звена и кривошипа равны, и расстояние между осями вращения вала и соединительного звена равно длине шатуна, соответствует механизму антипараллелограмма. При этом траектории срединных точек шатуна представляют собой лемнискатоиды, соответственно, траектория движения лопасти не содержат возвратных точек, что способствует повышению надежности и эффективности устройства, а также обеспечивает отсутствие необходимости торможения звена в определенной точке каждого цикла.
Дополнительное увеличение надежности устройства достигается также за счет того, что кривошип и соединительное звено вращаются в противоположных направлениях. Поэтому при равных моментах инерции кривошипного вала и соединительного звена относительно соответствующих осей вращения средний кинетический момент системы остается нулевым, что способствует значительному снижению гироскопических нагрузок на конструкцию (например, при повороте рамы в пространстве для ориентации устройства на ветер, а также при размещении устройства на подвижной платформе).
Максимальная эффективность устройства достигается при выполнении лопасти симметричной и ее расположении на равном расстоянии от точек соединения шатуна с кривошипом и соединительным звеном, что подтверждено математическим моделированием.
Краткое описание чертежей
Сущность заявляемой полезной модели поясняется нижеследующими изображениями.
На фиг. 1 схематично изображен общий вид предлагаемого устройства.
На фиг. 2 представлен макет опытного образца заявляемой полезной модели.
На фиг. 3 представлена схема заявляемого устройства в нескольких рабочих положениях (этапы 1) - 4)) с указанием характерного направления аэродинамической силы (при относительно небольшой скорости центра лопасти в сравнении со скоростью ветра), а также направления скорости центральной точки лопасти.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - рама,
2 - шатун,
3 - кривошип,
4 -соединительное звено,
5 - шарнир, соединяющий кривошип и шатун,
6 - шарнир соединительного звена,
7, 8 оси вращения вала кривошипа и соединительного звена, соответственно,
9 - лопасть,
10, 11 - траектории, описываемые шарнирами 5 и 6, соответственно,
12 - траектория, описываемая центром лопасти (лемнискатоида).
Заявляемое устройство относится к типу колебательных ветрогенераторов и может быть использовано в условиях необходимости ограниченного воздействия на опорную поверхность, например, на плавучих платформах (за счет упомянутого выше снижения гироскопических нагрузок).
Устройство включает раму 1, представляющую собой опорную поверхность с двумя опорными стержнями, предназначенными для размещения вращательных элементов устройства, шатун 2, выполненный в виде стержня, к которому в средней его части жестко закреплена лопасть 9. С одной стороны, шатун соединен посредством шарнирного узла 5 с кривошипом 3. Вал кривошипа установлен в опорном стержне рамы 1. На валу кривошипа 3 может быть закреплен ротор электрогенератора или другое устройство для совершения полезной работы за счет энергии вращения кривошипа 3. С другой стороны, шатун также посредством шарнирного узла 6 связан с соединительным звеном 4. Длина кривошипа 3 равна длине соединительного звена 4. Вал кривошипа 3 и второй конец соединительного звена 4 закреплены на раме в опорных стержнях в точках 7 и 8 соответственно, так, что расстояние между точками 7 и 8 равно длине шатуна 2. Соединительное звено 4 установлено на опорном стержне рамы 1 с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения вала кривошипа 3. На шатуне 2 жестко закреплена симметричная лопасть 9, расположенная на равном расстоянии от шарниров 5 и 6 так, что плоскость лопасти 9 перпендикулярна плоскости, в которой лежат кривошип 3 и соединительное звено 4 и параллельна шатуну 2. Траектории шарниров 5 и 6 - окружности 10 и 11. Центр лопасти движется по лемнискатоиде 12. Форма выполнения лопасти не является предметом настоящей полезной модели. Лопасть может иметь как вогнутую, по направлению к набегающему потоку, форму, так и плоскую, без потери эффективности.
Стрелкой V на фиг. 1 указано направление набегающего потока воздуха. Дуговыми стрелками обозначены направления вращения кривошипа 3 и соединительного звена 4. Они противоположны друг другу. Символом r обозначена длина кривошипа 3 и соединительного звена 4, символом l - длина шатуна 2. В общем случае отношение r/l может иметь любое значение, меньшее единицы.
На фиг. 3 стрелкой Faero обозначено характерное направление аэродинамической силы, действующей на лопасть со стороны потока воздуха в случае относительно небольшой абсолютной скорости центра лопасти, которая обозначена на фиг. 3 стрелкой U. Из фиг. 2 в частности видно, что во всех представленных положениях скалярное произведение векторов U и Faero положительно, то есть аэродинамическая сила Faero работает на увеличение абсолютной скорости U центра лопасти.
Примеры реализации.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Устройство размещают таким образом, чтобы линия, соединяющая точки 7 и 8 была перпендикулярна (в данном случае возможно небольшое отклонение от перпендикулярного расположения с погрешностью 10-15° без влияния на степень эффективности работы устройства) набегающему потоку воздуха. Пока абсолютная скорость центра лопасти не достигнет предельно высоких значений, аэродинамическая сила, действующая на лопасть 9, дает положительную проекцию на желательное направление абсолютной скорости центра лопасти 9 (что проиллюстрировано схемой на фиг. 3). Посредством шарнирных соединений 5 и 6 шатун 2 приводит в движение кривошип 3 и соединительное звено 4, закрепленные на раме 1 в точках 7 и 8, соответственно. При движении шатуна шарниры 5 и 6 движутся по траекториям 10 и 11, соответственно, в противоположных направлениях.
Этот механизм поддержания движения лопасти 9 по ее траектории 12 работает, пока абсолютные значения скорости центра лопасти 9 не станут слишком большими по сравнению со скоростью набегающего потока. Такие пограничные значения скорости центра лопасти 9 будут характерны для самоподдерживающегося режима движения механизма.
Пример конкретного выполнения
Изготовлен, опытный макет заявляемого устройства (фиг. 2). При этом было выбрано значение r/l=0.2. Размеры ветроприемной пластины (лопасти) составили 5 см × 25 см. Эксперименты проводились в аэродинамической трубе НИИ механики МГУ при скорости потока 4-8 м/с. Стабильно наблюдался самоподдерживающий режим движения механизма в потоке. Вал кривошипа макета был соединен при помощи зубчатой передачи с осью насоса. Насос обеспечивал перекачку воды из одного сосуда в другой за счет механической энергии вращения кривошипа. При скоростях потока от 5 м/с наблюдалось устойчивое и достаточно быстрое перетекание воды.
Таким образом, экспериментально было подтверждено, что предлагаемое устройство работоспособно и при сравнительно небольших габаритах обеспечивает надежное и эффективное преобразование возобновляемой энергии ветра в механическую энергию.
Claims (1)
1. Устройство для преобразования возобновляемой энергии, содержащее раму, к которой закреплен кривошипно-шатунный механизм, включающий шатун, вал кривошипа, установленный с возможностью вращения и шарнирно соединенный с шатуном, лопасть, закрепленную в середине шатуна, соединительное звено, закрепленное с одной стороны к раме с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения вала кривошипа, а с другой стороны - к шатуну, при этом длина соединительного звена равна длине кривошипа, расстояние между осями вращения вала и соединительного звена равно длине шатуна, а лопасть выполнена симметричной, отличающееся тем, что лопасть жестко закреплена к шатуну, при этом ее плоскость ориентирована параллельно шатуну.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018132180U RU188468U1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Устройство для преобразования возобновляемой энергии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018132180U RU188468U1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Устройство для преобразования возобновляемой энергии |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU188468U1 true RU188468U1 (ru) | 2019-04-15 |
Family
ID=66168811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018132180U RU188468U1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Устройство для преобразования возобновляемой энергии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU188468U1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3508840A (en) * | 1967-07-17 | 1970-04-28 | Guy Lederlin | Method of and machine for transforming energy in fluid media |
SU1460399A2 (ru) * | 1987-05-25 | 1989-02-23 | Г.Е.Панкевич | Ветродвигатель Панкевича |
SU1726842A1 (ru) * | 1989-12-22 | 1992-04-15 | В.В.Попов | Ветродвигатель |
RU2478830C2 (ru) * | 2010-01-19 | 2013-04-10 | Сергей Петрович Гончаренко | Способ преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу и устройство для преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу |
WO2017082832A1 (en) * | 2015-11-10 | 2017-05-18 | Sichman Martin | Method for efficiently obtaining mechanical work and/or generating power from fluid flows and apparatus thereof |
-
2017
- 2017-07-12 RU RU2018132180U patent/RU188468U1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3508840A (en) * | 1967-07-17 | 1970-04-28 | Guy Lederlin | Method of and machine for transforming energy in fluid media |
SU1460399A2 (ru) * | 1987-05-25 | 1989-02-23 | Г.Е.Панкевич | Ветродвигатель Панкевича |
SU1726842A1 (ru) * | 1989-12-22 | 1992-04-15 | В.В.Попов | Ветродвигатель |
RU2478830C2 (ru) * | 2010-01-19 | 2013-04-10 | Сергей Петрович Гончаренко | Способ преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу и устройство для преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу |
WO2017082832A1 (en) * | 2015-11-10 | 2017-05-18 | Sichman Martin | Method for efficiently obtaining mechanical work and/or generating power from fluid flows and apparatus thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8373297B2 (en) | Wind turbine generator and motor | |
US8278776B1 (en) | Reciprocating wind-powered transducer employing interleaved airfoil arrays | |
US6273680B1 (en) | Extraction of energy from flowing fluids | |
US9188103B2 (en) | Wind energy systems and methods of use | |
JP4990889B2 (ja) | 流体への及び流体からの運動エネルギーの伝達 | |
EP3374628B1 (en) | Method for efficiently obtaining mechanical work and/or generating power from fluid flows and apparatus thereof | |
US20090121490A1 (en) | Oscillating-Wing Power Generator with Flow-Induced Pitch-Plunge Phasing | |
US20190331088A1 (en) | Dolphin-Blade, Fluid Flow, Reciprocal Motor | |
US20040069899A1 (en) | Power generation | |
RU2392490C1 (ru) | Ветросиловая установка (всу) карусельного типа с циклично плавно крутящимися, в противофазе ротору, симметричными лопастями | |
WO2010053499A1 (en) | Rotating flexible wing power system | |
AU2011205330B2 (en) | Wind turbine generator and motor | |
US10502184B2 (en) | Power generating device | |
RU188468U1 (ru) | Устройство для преобразования возобновляемой энергии | |
CN111194382A (zh) | 风力涡轮机 | |
GB2491839A (en) | Oscillating wing power generator | |
JP2019100289A (ja) | 垂直軸型風車 | |
WO2020152590A1 (en) | Turbine for a vertical-axis wind turbine generator | |
RU2293212C1 (ru) | Устройство для преобразования возобновляемой энергии | |
US20180135594A1 (en) | Current Powered Generator Apparatus | |
RU2641176C2 (ru) | Устройство для преобразования возобновляемой энергии | |
RU2428585C1 (ru) | Преобразователь кинетической энергии потока сплошной среды | |
RU2320890C1 (ru) | Аэрогидродинамический двигатель карпушкина | |
RU2070299C1 (ru) | Ветродвигатель с самоустанавливающимися аэродинамическими поверхностями | |
WO2020204868A1 (ru) | Ветроэнергетическая установка |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190109 |
|
NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20200916 |