RU2005204C1

RU2005204C1 - Преобразователь кинетической энергии потока текучей среды в полезную энергию

Info

Publication number: RU2005204C1
Application number: SU904794141A
Authority: RU
Inventors: нов Василий Иванович Емель
Original assignee: нов Василий Иванович Емель
Priority date: 1990-02-21
Filing date: 1990-02-21
Publication date: 1993-12-30

Abstract

Сущность изобретени : на опоре подвижно установлена штанга, с которой шарнирно св зано с возможностью ограниченного поворота дп изменени угла атаки одно или несколько обтекаемых теа Средство поворота тел выполнено в виде механизма реверсивного действи установленного с возможностью взаимодействи с штангой и каждым телом и снабжено цепью управлени с элементами включени и выключени в зависимости от положени штанги. Каждое тело выполнено в виде крыла Крыль установлены последовательно по потоку друг за другом. Подвижные штанги подсоединены к общему потребителю мощности Опора выполнена с замкнутой полостью, в которой размещен потребитель мощности. Потребитель мощности выполнен в виде линейного электрогенератора магнит и электрокатушка которого установлены на опоре и штанге с возможностью взаимодействи между собой. 3 , 2 ил.

Description

Изобретение относитс к энергетике и может быть использовано при создании бесплотинных речных или ветровых гидродвигателей различного применени , включа приводы насосов фермерских хоз йств, мельниц, распиловочных механизмов древесины , электрогенераторов, молотов, подъемных механизмов и т.п.

Известен ветродвигатель, содержащий опору с установленной на ней поворотной платформой, оснащенной каркасом с направл ющими штангами, на которых установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещени рама с поворотными лопаст ми, и средство поворота лопастей на ограниченный угол 1.

Этот ветродвигатель вл етс усовершенствованием известного преобразовател кинетической энергии потока текущей среды в полезную энергию, содержащего опору с подвижно установленной на ней по крайней мере одной штангой, с которой шарнирно св зано с возможностью ограниченного поворота дл изменени угла атаки одно или несколько обтекаемых тел, и средство поворота последних 2J.

Однако эти устройства имеют недостаточную надежность, экологичность и мощность .

Цель изобретени - повышение эколо- гичноети, надежности и мощности.

Согласно изобретению в преобразователе кинетической энергии потока текучей среды в полезную энергию, содержащем опору с подвижно установленной на.ней по крайней мере одной штангой, с которой шарнирно св зано с возможностью ограниченного поворота дл изменени угла атаки одно или несколько обтекаемых тел, и средство поворота последних, цель достигаетс за счет того, что средство поворота обтекаемых тел выполнено в виде механизма реверсивного действи , установленного с возможностью взаимодействи со штангой и каждым обтекаемым телом, и снабженной цепью управлени с элементами включени и выключени в зависимости от положени штанги относительно опоры, последн оснащена направл ющей подвижной штанги, а каждое обтекаемое тело выполнено в виде крыла.

Кроме того, обтекаемые тела установлены последовательно по потоку друг за другом , а их подвижные штанги подсоединены к общему потребителю мощности. Опора выполнена с замкнутой полостью, в которой размещен потребитель мощности. Средство поворота обтекаемых тел установлено на штанге. Преобразователь оснащен линейным генератором электрической энергии,

магнит и электрокатушка которого установлены на опоре и штанге с возможностью взаимодействи между собой.

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны преобразователь кинетической энергии, вид сбоку и спереди.

Преобразователь кинетической энергии потока 1 текучей среды, в частности потока речной воды, в полезную энергию содержит

одно или несколько обтекаемых тел 2, каждое из которых выполнено в виде крыла, способного при взаимодействии с потоком текучей среды создавать аэро- или гидродинамическую подъемную силу. Если крыльев

несколько, они образуют решетку и могут быть параллельны и иметь одинаковые углы атак аили /J по отношению к вектору скорости набегающего потока 1 или под разными углами атаки. При этом каждое крыло

установлено под заданным углом атаки. Посредством оси вращени 3 каждое крыло шарнирно св зано с возможностью ограниченного поворота дл изменени угла атаки с одной или двум подвижными штангами 4,

кажда из которых посредством направл ющей в виде подшипника качени или скольжени 5 установлена на опоре 6, выполненной с замкнутой полостью. Если подвижна штанга одна, то она св зана с

крылом в середине его продольной оси вращени 3, Если штанг 4 несколько, то они взаимно параллельны и размещены около концов крыльев. При этом обтекаемые тела в виде крыльев дл увеличени мощности

установлены последовательно по потоку текучей среды друг за другом, а их подвижные штанги подсоединены (см. чертеж) через шатуны 7, кривошины 8, вал 9 и ходоувели- чительный редуктор 10 к потребителю мощнести , например к электрогенератору 11, размещенному в замкнутой полости опоры 6. В случае использовани на реке каждое крыло, по размаху может простиратьс от одного берега русла реки до другого ее берега , а его продольна ось ориентирована поперек потока реки, при этом практически весь поток речной воды проходит через решетку крыльев преобразовател и его мощность максимально полно преобразуетс в

полезную энергию.

Ограничител ми и фиксаторами поворота обтекаемых тел 2 служат, в частности, упоры 12, 13. выполненные на штангах 4. Средство поворота обтекаемых тел 2 выполнено в виде механизма реверсивного действи , установленного с возможностью взаимодействи со штангой и каждым обтекаемым телом. В данном примере средство поворота обтекаемых тел выполнено в виде

электродвигател 14, установленного на штанге 4, на валу которого укреплена зубчата звездочка 15, св занна посредством замкнутой цепи 16с аналогичными зубчатыми звездочками 17 и 18. укрепленными на соответствующих ос х вращени 3 обтекаемых тел. Каждое обтекаемое тело может иметь свой индивидуальный механизм изменени угла атаки. Электродвигатель 14, как силовой механизм реверсивного деист- ви , при своей работе через свой корпус имеет силовое взаимодействие со штангой 4, а через звездочку 15, цепь 16 и звездочки 17 и 18.имеет силовое взаимодействие с каждым обтекаемым телом 2. Силовой меха- низм реверсивного действи снабжен цепью управлени с элементами включени и выключени в зависимости от положени штанги 4 относительно опоры 6. В рассматриваемом примере цепь управлени выпол- пена в виде упора 19 на штанге 4, взаимодействующего попеременно в зависимости от направлени движени и положени штанги относительно опоры 6 до с концевым включателем 20, то с концевым включателем 21, установленными на опоре и подключающими электродвигатель 14 к электрогенератору 11. Аналогичные элементы выключени электродвигател , отключающие цепь питани его от выхода электрогенератора, в виде концевых выключателей установлены на штанге в упорах 12 и 13 (на чертеже условно не показаны). В эти концевые выключатели упираютс обтекаемые тела при их повороте на тот или иной угол атаки и отключают цепь питани электродвигател 14 от электрогенератора. При необходимости преобразователь кинетической энергии может быть оснащен линейным генератором электрической энергии, магнит и электрокатушка которого соответствующим образом установлены на опоре и штанге с возможностью взаимодействи между собой при их относительном перемещении (на чертеже условно не показано). Если в качестве потребител мощности вместо электрогенератора использован иной потребитель, например гидронасос, то вместо электродвигател 14 используют иной механизм реверсивного действи , напри- мер силовой гидромеханизм известного в промышленности типа, сущность изобретени при этом не изменитс , При этом и элементы включени и выключени цепи управлени механизма реверсивного деист- ви средства поворота обтекаемых тел должны иметь аналогичный вид и природу, отвечающую замыслу изобретени . В преобразователе может использоватьс любой иной механизм, обеспечивающий преобразование возвратно-поступательного движени штанги во вращательное движение.

В процессе работы преобразовател кинетической энергии поток текучей среды 1, в частности речной поток воды, омывает профилированные крыль обтекаемых тел 2 со скоростью V под заданным углом атаки а, создава на крыль х подъемную силу Y, величина которой пропорциональна квадрату скорости движени речной воды, площади S крыла и коэффициенту Gy подъемной силы, а также плотности/) воды. Если число крыльев в решетке п, то их подъемные силы суммируютс и перемещают штангу 4 суммарной силой, равной

Y-Cyfi.SM,

Это силовое вертикальное движение штанг 4 со скоростью, примерно равной скорости потока реки передаетс через кривошипно- шатунный механизм 7 и 8, вал 9 и редуктор 10 на ротор электрогенератора 11, передава ему выработанную мощность N, равную

N Y V |Cyp V3 -S п. В крайнем

верхнем положении штанги относительно опоры 6 упор 19 взаимодействует с включателем 21, а последний подключит цепь пита- ни электродвигател 14 с выходом электрогенератора 11. Электродвигатель 14 сработает, .повернув через звездочку 15. цепь 16 и звездочки 17 и 18 крыль 2 на их ос х 3 с изменением их углов атаки с угла а на угол j3 до упора в концевой выключатель 12, который отключит электропитание двигател от электрогенератора. Подъемна сила крыльев той же величины, но противоположного первоначальному направлени будет перемещать штангу 4 вниз с передачей мощности с нее на электрогенератор 11, вырабатывающий соответствующую электроэнергию. В крайнем нижнем положении штанги относительно опоры 6 упор 19 вступит во взаимодействие с концевым включателем 20, который подключит цепь электропитани электродвигател 14 к электрогенератору 11. Электродвигатель 14 тем же путем повернет крыль 2, изменив их углы атаки с ft на а до упора крыльев в концевые выключатели упора 13, которые отключат цепь питани электродвигател от электрогенератора. Далее циклы повтор тс в непрерывном режиме.

Взаимодействие механизма реверсивного действи со штангой и обтекаемыми телами позвол ет снизить до минимума врем перекладки с одного угла атаки на другой с минимальными динамическими нагрузками , что повышает надежность и бесшумность работы, а также увеличивает врем работы преобразовател под оптимальными углами атаки, обеспечивающими получение максимального значени подъемной силы , а следовательно, и мощности преобразовател . Кинетическа энерги (или мощность) потока речной воды, ежесекундно проход щего через площадь поперечного сечени F русла реки, равна половине произведени секундного массового расхода m воды на квадрат скорости потока или

Np ,9-V3 F.

Сравнива это значение мощности потока реки в данном ее сечении с той мощностью N, котора передаетс от подвижных штанг потребителю мощности 11, видим, что при размахе крыла, примерно равном ширине реки, решетчатое крыло обеспечивает наиболее полное преобразование кинетической энергии потока текучей среды в полезную энергию. Последовательна установка обтекаемых тел друг за другом вдоль потока русла реки позвол ет снимать в каждом ее поперечном сечении дополнительно

такую же мощность, что обеспечивает полезное использование энергии потока реки по всей ее длине без строительства плотин. Небольша строительна высота и знэчительное рассто ние между смежными крыль ми решетки не преп тствует судоходству и миграции рыб, а также обеспечи- вадт работу преобразовател на мелководных реках и подо льдом в зимнее

врем . Установка потребител мощности в замкнутой полости опоры повышает эколо- гичность и надежность работы. Использование линейного электрогенератора гармонично сочетаетс с характером возвратно-поступательного движени штанг относительно опоры, что позвол ет избавитьс от промежуточных конструктивных узлов и повысить надежность и мощность за счет снижени потерь.

(56) Авторское свидетельство СССР № 1044813, кл. F 03 D 5/00, 1983.

Патент СССР № 18329, кл. F 03 В 17/06, 1930.

Claims

Формула изобретени

1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КИНЕТИЧЕ- СКОЙ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ 8 ПОЛЕЗНУЮ ЭНЕРГИЮ, содержащий опору с подвижно установленной на ней по крайней мере одной штангой, с которой шарнирно св зано с возможностью ограниченного поворота дл изменени угла атаки одно или несколько обтекаемых тел, средство поворота последних и потребитель мощности, отличающийс тем, что средство поворота обтекаемых тел выполнено в виде механизма реверсивного действи , установленного с возможностью взаимодействи со штангой и каждым обтекаемым телом и снабжено цепью управлени .с элементами включени и выключени в зависимости от

положени штанги, а каждое обтекаемое тело выполнено в виде крыла.
2. Преобразователь по п.1, отличающийс тем, что крыль установлены последовательно по потоку друг за другом, а их подвижные штанги подсоединены к общему потребителю мощности.
3. Преобразователь по п.1, отличающийс тем, что опора выполнена с замкнутой полостью, в которой размещен потребитель мощности.
4. Преобразователь по п.1, отличающийс тем, что потребитель мощности выполненв виде линейного электрогенератора, магнит и злектрока- тушка которого установлены, на опоре и ; штанге с возможностью взаимодействи между собой.

фиг.1

PuzZ