RU205263U1 - DEVICE FOR CONVERSION OF RENEWABLE ENERGY INTO ENERGY OF SHIP'S MOTION - Google Patents

DEVICE FOR CONVERSION OF RENEWABLE ENERGY INTO ENERGY OF SHIP'S MOTION Download PDF

Info

Publication number
RU205263U1
RU205263U1 RU2020135379U RU2020135379U RU205263U1 RU 205263 U1 RU205263 U1 RU 205263U1 RU 2020135379 U RU2020135379 U RU 2020135379U RU 2020135379 U RU2020135379 U RU 2020135379U RU 205263 U1 RU205263 U1 RU 205263U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
propeller
main
additional
radius
propellers
Prior art date
Application number
RU2020135379U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Андреевич Гарбуз
Андрей Петрович Голуб
Марат Закирджанович Досаев
Любовь Александровна Климина
Борис Яковлевич Локшин
Сергей Юрьевич Меснянкин
Виталий Александрович Самсонов
Юрий Дмитриевич Селюцкий
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2020135379U priority Critical patent/RU205263U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU205263U1 publication Critical patent/RU205263U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H13/00Marine propulsion by wind motors driving water-engaging propulsive elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/02Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • F03D1/025Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors coaxially arranged
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/30Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/32Wind motors specially adapted for installation in particular locations on moving objects, e.g. vehicles
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/728Onshore wind turbines
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236Renewable or hybrid-electric solutions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к области использования альтернативных источников энергии и ротационных устройств на их основе для приведения в движение и обеспечения поступательного перемещения отдельных объектов, преимущественно, водного транспорта небольшой мощности. Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении снижения гироскопических нагрузок при эксплуатации устройства. Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для преобразования возобновляемой энергии в энергию движения судна, содержащее основной вал, выполненный с возможностью наклонного размещения на поверхности судна с обеспечением возможности вращения относительно его собственной оси, с одной стороны которого установлен основной лопастной пропеллер, установленный с возможностью вращения под действием набегающего воздушного потока, а с другой стороны – жестко закрепленный лопастной основной гребной винт, снабжено дополнительным валом, установленным внутри основного вала коаксиально с ним с возможностью независимого вращения относительно собственной оси и выступающим за пределы основного вала, имеющим с одной стороны дополнительный лопастной пропеллер, установленный с возможностью вращения под действием набегающего воздушного потока, а с другой стороны – дополнительный лопастной гребной винт, при этом лопасти основного и дополнительных пропеллеров и гребных винтов, соответственно, ориентированы в противоположных направлениях. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.The claimed utility model relates to the field of using alternative energy sources and rotary devices based on them for setting in motion and ensuring the translational movement of individual objects, mainly water transport of low power. The technical result achieved when using the claimed utility model is to ensure a reduction in gyroscopic loads during operation of the device. The claimed technical result is achieved by the fact that a device for converting renewable energy into energy of movement of a vessel, comprising a main shaft configured to be inclined on the surface of the vessel with the possibility of rotation about its own axis, on one side of which there is a main blade propeller installed with the possibility rotation under the action of the incoming air flow, and on the other hand - a rigidly fixed blade main propeller, equipped with an additional shaft installed inside the main shaft coaxially with it with the possibility of independent rotation about its own axis and protruding beyond the main shaft, having an additional blade on one side a propeller mounted with the ability to rotate under the action of the incoming air flow, and on the other hand - an additional bladed propeller, while the blades of the main and additional propellers and propellers correspond They are obviously oriented in opposite directions. 6 c.p. f-ly, 2 dwg.

Description

Область техникиTechnology area

Заявляемая полезная модель относится к области использования альтернативных источников энергии и ротационных устройств на их основе для приведения в движение и обеспечения поступательного перемещения отдельных объектов, преимущественно, водного транспорта небольшой мощности. В частности, заявляемое устройство, установленное на маломерном судне, способствует повышению экологичности и бесшумности устройства для перемещения по воде.The claimed utility model relates to the field of using alternative energy sources and rotary devices based on them for setting in motion and ensuring the translational movement of individual objects, mainly water transport of low power. In particular, the inventive device, installed on a small boat, contributes to the improvement of environmental friendliness and noiselessness of the device for moving on water.

Уровень техникиState of the art

Энергия ветра один из наиболее перспективных возобновляемых источников энергии. Опыт промышленного использования ветродвигателей и ветроустановок показывает, что эффективность зависит от размещения ветрогенераторов в местах с благоприятными воздушными потоками.  Использование современных материалов в конструкциях агрегатов, применение новых схем генерации и накопления электроэнергии обеспечит дальнейшее повышение надежности и энергоэффективности ветродвигателей. Ветряной двигатель преобразует кинетическую энергию воздушного потока в механическую. Это устройство - основа ветроэнергетики, альтернативного направления в использовании природных ресурсов. Ветродвигатели в качестве движущей силы используют, преимущественно, лопастные или карусельного типа. Wind power is one of the most promising renewable energy sources. The experience of industrial use of wind turbines and wind turbines shows that efficiency depends on the placement of wind turbines in places with favorable air flow. The use of modern materials in the designs of units, the use of new schemes for generating and storing electricity will further increase the reliability and energy efficiency of wind turbines. A wind turbine converts the kinetic energy of the air flow into mechanical energy. This device is the basis of wind energy, an alternative direction in the use of natural resources. Wind turbines are mainly used as a driving force of vane or carousel type.

Известен судовой ветродвигатель, содержащий вертикальную ось с тремя дисками, между которым размещены S- образные лопасти в двух ярусах, при этом лопасти одного яруса расположены перпендикулярно лопастям другого яруса (см. патент RU 2063904). Ветер приводит во вращение при помощи лопастей ось, которая передает свое вращение через редуктор и гребной вал гребному винту, вследствие чего судно приходит в движение. Ветродвижитель выполнен со стержнями для предотвращения колебаний оси.Known marine wind turbine containing a vertical axis with three discs, between which are placed S-shaped blades in two tiers, while the blades of one tier are located perpendicular to the blades of the other tier (see patent RU 2063904). The wind rotates the axle with the help of the blades, which transmits its rotation through the gearbox and the propeller shaft to the propeller, as a result of which the ship starts to move. The wind turbine is made with rods to prevent axle vibrations.

Известен также подвесной ветродвигатель для маломерных судов, раскрытый в патенте RU 2335429. Ветродвигатель включает в себя мачту, ветроколесо с гибкими или жесткими лопастями, содержащими нервюры, трансмиссию, гребной винт с приводом, размещенным в корпусе, и плавник. Ветроколесо, трансмиссия, плавник и гребной винт объединены в одну конструкцию, снабженную горизонтальными полуосями, вставленными в подшипники мачты. Известным изобретением достигается обеспечение повышения безопасности для экипажа движения маломерного судна под любым углом к направлению ветра.Also known is an outboard wind turbine for small boats, disclosed in patent RU 2335429. The wind turbine includes a mast, a wind wheel with flexible or rigid blades containing ribs, a transmission, a propeller with a drive placed in the housing, and a fin. The wind wheel, transmission, fin and propeller are combined into one structure, equipped with horizontal axle shafts inserted into the bearings of the mast. The known invention achieves improved safety for the crew of movement of a small vessel at any angle to the direction of the wind.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является одноосный ветродвигатель, установленный на маломерном судне и содержащий наклонный вал, на свободном конце которого установлен пропеллер, и прямую кинематическую передачу, соединяющую вал с гребным винтом, раскрытый в публикации JP2013002399A. Известное устройство решает задачу выработки электроэнергии вдали от береговых линий в отсутствие швартовки судна. Для выработки электроэнергии необходимо удерживать судно в фиксированном положении, для того, чтобы винт имел низкооборотную форму с высоким крутящим моментом. В результате оставшаяся энергия, приводящая в движение винт и, соответственно, судно, может быть использована для выработки электроэнергии.The closest in technical essence to the claimed utility model is a uniaxial wind turbine installed on a small vessel and containing an inclined shaft, at the free end of which a propeller is installed, and a direct kinematic transmission connecting the shaft to the propeller, disclosed in the publication JP2013002399A. The known device solves the problem of generating electricity away from the coastlines in the absence of mooring of the vessel. To generate electricity, it is necessary to hold the boat in a fixed position so that the propeller has a low-speed, high-torque shape. As a result, the remaining energy that drives the propeller and, accordingly, the ship, can be used to generate electricity.

Вышеприведенные решения характеризуются сходными недостатками, а именно, небольшой развиваемой силой тяги, низкой достигаемой скоростью движения судна, а также допускают наличие гироскопических эффектов, возникающих вследствие увеличенного суммарного кинетического момента вращающихся элементов ветродвигателей, и препятствующих выполнению маневров в движении.The above solutions are characterized by similar disadvantages, namely, a small developed thrust force, a low achievable speed of the vessel's movement, and also allow the presence of gyroscopic effects arising from the increased total angular momentum of the rotating elements of wind turbines, and preventing the execution of maneuvers in motion.

Краткое раскрытие сущности полезной моделиBrief disclosure of the essence of the utility model

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении снижения гироскопических нагрузок при эксплуатации устройства.The technical result achieved when using the claimed utility model is to ensure a reduction in gyroscopic loads during operation of the device.

Преимуществом заявляемого решения является также повышение эффективности преобразования энергии ветра в двигательную энергию, за счет формирования противонаправленных вращений пар пропеллеров и винтов.The advantage of the proposed solution is also an increase in the efficiency of converting wind energy into motor energy, due to the formation of counter-directional rotations of pairs of propellers and propellers.

Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для преобразования возобновляемой энергии в энергию движения судна, содержащее основной вал, выполненный с возможностью наклонного размещения на поверхности судна с обеспечением возможности вращения относительно его собственной оси, с одной стороны которого установлен основной лопастной пропеллер, установленный с возможностью вращения под действием набегающего воздушного потока, а с другой стороны – жестко закрепленный лопастной основной гребной винт, согласно техническому решению, снабжено дополнительным валом, установленным внутри основного вала коаксиально с ним с возможностью независимого вращения относительно собственной оси и выступающим за пределы основного вала, имеющим, с одной стороны, дополнительный лопастной пропеллер, установленный с возможностью вращения под действием набегающего воздушного потока, а с другой стороны – дополнительный лопастной гребной винт, при этом лопасти основного и дополнительных пропеллеров и гребных винтов, соответственно, ориентированы в противоположных направлениях. Длина дополнительного вала Lд превосходит длину основного вала Lо на 5÷50%. Указанное соотношение длин Lд и Lо выбрано с обеспечением достижения расстояния Нп между дополнительным и основным пропеллерами, равным 0,2÷0,05Rоп радиуса основного пропеллера, а также с обеспечением достижения расстояния между дополнительным и основным гребными винтами Нг, равным 0,2÷0,05Rог радиуса основного гребного винта. Радиус основного пропеллера Rоп составляет не более 1,25Rдп радиуса дополнительного пропеллера, а радиус основного гребного винта Rог составляет не более 1,25Rдг радиуса дополнительного гребного винта. Иными словами, радиусы пары (основного и дополнительного) пропеллеров и гребных винтов могут быть как равными, так и отличаться не более, чем на 25%. Количество лопастей основного пропеллера Коп составляет не более 2Кдп количества лопастей дополнительного пропеллера, а количество лопастей основного гребного винта Ког составляет не более 2Кдг количества лопастей дополнительного гребного винта. Основной вал установлен на поверхности судна с возможностью изменения его угла наклона относительно его поверхности. Радиус основного пропеллера Rоп составляет 5-10Rог радиуса основного гребного винта, а радиус дополнительного пропеллера Rдп составляет 5÷10 Rдг радиуса дополнительного гребного винта. The claimed technical result is achieved by the fact that a device for converting renewable energy into energy of movement of a vessel, comprising a main shaft configured to be inclined on the surface of the vessel with the possibility of rotation about its own axis, on one side of which there is a main blade propeller installed with the possibility rotation under the action of the incoming air flow, and on the other hand - a rigidly fixed blade main propeller, according to the technical solution, is equipped with an additional shaft installed inside the main shaft coaxially with it with the possibility of independent rotation about its own axis and protruding beyond the main shaft, having, on the one hand, an additional blade propeller mounted with the possibility of rotation under the action of the incoming air flow, and on the other hand, an additional blade propeller, while the blades of the main and additional propellers ers and propellers, respectively, are oriented in opposite directions. The length of the additional shaft L d exceeds the length of the main shaft L about by 5 ÷ 50%. The specified ratio of the lengths L d and L about is selected to ensure that the distance H p between the additional and main propellers is equal to 0.2 ÷ 0.05R op radius of the main propeller, as well as ensuring that the distance between the additional and main propellers H g is equal to 0.2 ÷ 0.05R og radius of the main propeller. The radius of the main propeller R op is not more than 1.25R dp of the radius of the additional propeller, and the radius of the main propeller R og is not more than 1.25R dg of the radius of the additional propeller. In other words, the radii of a pair (primary and secondary) of propellers and propellers can be either equal or differ by no more than 25%. The number of blades of the main propeller K op is not more than 2K dp of the number of blades of the additional propeller, and the number of blades of the main propeller K og is not more than 2K dg of the number of blades of the additional propeller. The main shaft is installed on the surface of the vessel with the ability to change its angle of inclination relative to its surface. The radius of the main propeller R op is 5-10R og of the radius of the main propeller, and the radius of the additional propeller R dp is 5 ÷ 10 R og of the radius of the additional propeller.

Более конкретные значения указанных соотношений в каждом конкретном случае устанавливаются на основе экспериментальных данных для конкретных моделей пропеллеров и гребных винтов. More specific values of these ratios in each specific case are established on the basis of experimental data for specific models of propellers and propellers.

Угол наклона валов относительно поверхности судна при размещении судна в водоеме выбран таким образом, чтобы основной гребной винт располагался под водой, глубина его погружения (винта) относительно поверхности воды составляла не более 1÷5 Rог радиусов основного гребного винта, а высота размещения центра основного пропеллера над поверхностью воды составляла не более 1,5÷2 Rоп радиуса основного пропеллера. The angle of inclination of the shafts relative to the surface of the vessel when the vessel is placed in the reservoir is chosen so that the main propeller is located under water, the depth of its immersion (propeller) relative to the water surface is no more than 1 ÷ 5 R og radii of the main propeller, and the height of the center of the main propeller propeller above the water surface was no more than 1.5 ÷ 2 R op radius of the main propeller.

За счет противоположной ориентации лопастей двух пропеллеров под действием набегающего воздушного потока ветра пропеллеры и, соответственно, валы, на которых они установлены, вращаются в противоположных направлениях. Поэтому при одинаковых моментах инерции пропеллеров, валов и гребных винтов относительно осей вращения средний кинетический момент системы остается близким к нулю, что способствует значительному снижению гироскопических нагрузок на конструкцию (например, при повороте катамарана или иного маломерного судна в пространстве для ориентации устройства на ветер).Due to the opposite orientation of the blades of the two propellers under the action of the oncoming air flow of the wind, the propellers and, accordingly, the shafts on which they are installed rotate in opposite directions. Therefore, with the same moments of inertia of the propellers, shafts and propellers relative to the axes of rotation, the average angular momentum of the system remains close to zero, which contributes to a significant reduction in gyroscopic loads on the structure (for example, when turning a catamaran or other small vessel in space for orienting the device to the wind).

Дополнительное увеличение эффективности устройства достигается также за счет того, что воздушный поток закручивается, проходя через сечение дополнительного пропеллера, что повышает эффективность преобразования энергии этого потока при его взаимодействии со следующим пропеллером, вращающимся в противоположном направлении. Подобный эффект наблюдается для двух гребных винтов устройства и способствует увеличению силы тяги, развиваемой винтом, расположенным в следе первого.An additional increase in the efficiency of the device is also achieved due to the fact that the air flow swirls, passing through the section of the additional propeller, which increases the efficiency of energy conversion of this flow when it interacts with the next propeller rotating in the opposite direction. A similar effect is observed for two propellers of the device and contributes to an increase in the thrust force developed by the propeller located in the wake of the first.

В результате математического моделирования, а также эмпирического подбора параметров установлены наиболее оптимальные соотношения размеров отдельных элементов устройства, позволяющие достичь максимальной эффективности устройства при эксплуатации. As a result of mathematical modeling, as well as empirical selection of parameters, the most optimal proportions of the sizes of individual elements of the device have been established, which make it possible to achieve the maximum efficiency of the device during operation.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Сущность заявляемой полезной модели поясняется следующими изображениями, где The essence of the claimed utility model is illustrated by the following images, where

на фиг. 1 схематично изображен общий вид заявляемого устройства, in fig. 1 schematically shows a general view of the claimed device,

на фиг. 2 представлено фото макета заявляемой полезной модели.in fig. 2 shows a photo of the layout of the claimed utility model.

Позициями на чертежах обозначены:Positions in the drawings indicate:

1. корпус,1. body,

2. основной вал,2.main shaft,

3. дополнительный вал,3.additional shaft,

4. дополнительный пропеллер,4.additional propeller,

5. основной пропеллер,5.main propeller,

6. дополнительный гребной винт,6.additional propeller,

7. основной гребной винт,7.main propeller,

8. направление набегающего потока воздуха,8.the direction of the incoming air flow,

9. направление движения судна,9.the direction of movement of the vessel,

10. направление вращения дополнительного пропеллера,10.the direction of rotation of the additional propeller,

11. направление вращения основного пропеллера,11.the direction of rotation of the main propeller,

12. направление вращения основного гребного винта,12.the direction of rotation of the main propeller,

13. направление вращения дополнительного гребного винта.13. the direction of rotation of the auxiliary propeller.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Заявляемое устройство относится к типу ротационных устройств для преобразования энергии ветра в энергию движения судна и может быть использовано для реализации альтернативного способа передвижения по воде.The claimed device belongs to the type of rotary devices for converting wind energy into the energy of the movement of the vessel and can be used to implement an alternative method of movement on water.

Устройство предназначено для установки на корпусе судна 1, например, представляющем собой два соединенных между собой поплавка с подводными килями, противодействующими боковому сносу, то есть, выполненному в виде катамарана.The device is intended for installation on the hull of the ship 1, for example, which is two interconnected floats with underwater keels that counteract lateral drift, that is, made in the form of a catamaran.

Устройство представляет собой валовую систему, монтируемую к корпусу судна под наклоном, как правило, 5-30°к его поверхности. Устройство состоит из основного полого цилиндрического вала 2, наклонно установленного на поверхности судна с возможностью изменения его угла наклона и с возможностью вращения вокруг собственной продольной оси, и дополнительного вала 3. Вал 3 представляет собой стержень, коаксиально установленный внутри основного вала с возможностью независимого его вращения вокруг его продольной оси. На верхних концах дополнительного и основного валов закреплены соответственно дополнительный и основной пропеллеры 4, 5, а на нижних – дополнительный и основной гребные винты 6, 7. Лопасти дополнительных пропеллера 4 и гребного винта 6 ориентированы одинаково и противоположно ориентированию лопастей основного пропеллера 5 и основного гребного винта 7. Пропеллеры и гребные винты жестко закреплены к соответствующим валам.The device is a shaft system mounted to the ship's hull at an inclination, as a rule, of 5-30 ° to its surface. The device consists of a main hollow cylindrical shaft 2, obliquely mounted on the surface of the vessel with the ability to change its angle of inclination and with the ability to rotate around its own longitudinal axis, and an additional shaft 3. Shaft 3 is a rod coaxially installed inside the main shaft with the possibility of its independent rotation around its longitudinal axis. At the upper ends of the additional and main shafts, respectively, additional and main propellers 4, 5 are fixed, and on the lower ends - additional and main propellers 6, 7. The blades of the additional propeller 4 and propeller 6 are oriented in the same way and opposite to the orientation of the blades of the main propeller 5 and the main propeller screw 7. The propellers and propellers are rigidly attached to their respective shafts.

Дополнительный вал имеет длину больше основного вала и установлен на подшипниках качения, обеспечивающих возможность его независимого вращения. Дополнительный вал установлен выступающим с двух торцов основного вала. Длина его Lд превышает длину основного вала Lо на 5÷50%. Предпочтительное соотношение Lд и Lо обусловлено необходимостью обеспечения расстояния Нп между дополнительным и основным пропеллерами, равным 0,2÷0,05Rоп радиуса основного пропеллера, а также с обеспечением достижения расстояния между дополнительным и основным гребными винтами Нг, равным 0,2÷0,05Rог радиуса основного гребного винта. Указанные расстояния Нп и Нг в общем случае равны. The auxiliary shaft has a length longer than the main shaft and is mounted on rolling bearings, which provide the possibility of its independent rotation. The additional shaft is installed protruding from the two ends of the main shaft. Its length L d exceeds the length of the main shaft L about by 5 ÷ 50%. The preferred ratio of L d and L about is due to the need to ensure the distance H p between the additional and main propellers equal to 0.2 ÷ 0.05R op radius of the main propeller, as well as ensuring that the distance between the additional and main propellers H g is equal to 0, 2 ÷ 0.05R og radius of the main propeller. The indicated distances H p and H g are generally equal.

Валовая система устанавливается под углом к плоскости корпуса таким образом, чтобы один ее конец был расположен выше корпуса, а другой ниже (при помещении судна в водоем указанный конец должен оказаться в воде). Конкретный угол наклона определяется, исходя из габаритных размеров элементов валовой системы (пропеллеров и гребных винтов). Размеры, форма и количество лопастей пропеллеров и винтов могут быть выбраны различными. Так, возможно равное или неравное количество лопастей основного и дополнительного элементов, при этом количество лопастей основного элемента (пропеллера или гребного винта) может быть, как равным количеству лопастей дополнительного элемента (пропеллера или гребного винта), так и превышать их количество, например, в 2 раза. Эмпирическим путем определены также соотношения между радиусами основного и дополнительного элементов (они также могут быть выбраны равными или отличаться на определенный коэффициент). Предпочтительно, чтобы радиус основных элементов не превышал радиус дополнительных элементов более, чем на 25%. Также определено соотношение между радиусами пропеллера и винта, установленными на одном валу. Как правило, данное соотношение Rдп/Rдг=Rоп/Rог=5-10. Все вышеприведенные соотношения получены в результате численного моделирования и, в той или иной степени, способствуют повышению эффективности заявляемого устройства. The shaft system is installed at an angle to the plane of the hull in such a way that one end of it is located above the hull and the other below (when the vessel is placed in a body of water, this end must be in the water). The specific tilt angle is determined based on the overall dimensions of the shaft system elements (propellers and propellers). The sizes, shape and number of propeller blades and propellers can be chosen differently. So, an equal or unequal number of blades of the main and additional elements is possible, while the number of blades of the main element (propeller or propeller) can be either equal to the number of blades of the additional element (propeller or propeller), or exceed their number, for example, in 2 times. The relationship between the radii of the main and additional elements is also empirically determined (they can also be chosen equal or differ by a certain coefficient). It is preferable that the radius of the main elements does not exceed the radius of the additional elements by more than 25%. The relationship between the radii of the propeller and the propeller mounted on the same shaft is also determined. As a rule, this ratio R dp / R dg = R op / R og = 5-10. All of the above ratios were obtained as a result of numerical modeling and, to one degree or another, contribute to an increase in the efficiency of the proposed device.

Угол наклона валов выбирается в зависимости от длины корпуса таким образом, чтобы центр основного гребного винта был расположен на глубине 1÷5 Rог под водой, а центр основного пропеллера на высоте 1,5÷2 Rоп. В целом, формы лопастей могут быть выбраны произвольными, важным является их противонаправленная установка по отношению друг к другу.The angle of inclination of the shafts is selected depending on the length of the housing such that the center of the main propeller was placed at a depth of 1 ÷ 5 R og underwater, and the center of the main propeller at a height of 1.5 ÷ 2 R op. In general, the shapes of the blades can be chosen arbitrarily; it is important that they are installed in opposite directions in relation to each other.

Стрелкой 8 на фиг. 1 указано направление набегающего потока воздуха, стрелкой 9 - направление движения катамарана. Дуговыми стрелками 10-13 обозначены направления вращения пропеллеров и гребных винтов. Arrow 8 in FIG. 1 indicates the direction of the incoming air flow, arrow 9 - the direction of movement of the catamaran. Arched arrows 10-13 indicate the direction of rotation of the propellers and propellers.

Заявляемое устройство работает следующим образом. The claimed device operates as follows.

На судно, плавающее на поверхности водоема, устанавливают заявляемое устройство. Устройство ориентируют таким образом, чтобы проекции вектора, соединяющего центр гребного винта с центром пропеллера, и вектора скорости ветра на горизонтальную плоскость были противонаправлены (в данном случае возможно небольшое отклонение от указанного расположения с погрешностью 5-10° без влияния на степень эффективности работы устройства). Регулировка угла наклона валов относительно поверхности судна может быть осуществлена, например, посредством рулевой системы. Выбор угла наклона в каждом конкретном случае определяется вышеописанным образом с учетом радиусов пропеллеров, гребных винтов и длины корпуса судна. Под действием набегающего потока воздуха лопасти дополнительного и основного пропеллеров начинают вращаться в противоположные стороны и передавать вращение паре гребных винтов, которые также вращаясь в противоположные стороны, создают толкающую силу. Толкающая сила возрастает по мере увеличения угловой скорости дополнительного и основного валов, и, как только она превзойдет силы аэродинамического сопротивления, корпус 1 устройства начнет движение в направлении 7.The inventive device is installed on a vessel floating on the surface of the reservoir. The device is oriented in such a way that the projections of the vector connecting the center of the propeller with the center of the propeller and the wind speed vector on the horizontal plane are oppositely directed (in this case, a slight deviation from the indicated location is possible with an error of 5-10 ° without affecting the degree of efficiency of the device). Adjustment of the angle of inclination of the shafts relative to the surface of the vessel can be carried out, for example, by means of a steering system. The choice of the angle of inclination in each specific case is determined in the above-described manner, taking into account the radii of the propellers, propellers and the length of the ship's hull. Under the action of the incoming air flow, the blades of the additional and main propellers begin to rotate in opposite directions and transfer rotation to a pair of propellers, which, also rotating in opposite directions, create a pushing force. The pushing force increases as the angular velocity of the auxiliary and main shafts increases, and as soon as it exceeds the forces of aerodynamic resistance, the body 1 of the device will begin to move in direction 7.

Этот принцип увеличения угловых скоростей пропеллеров 4, 5, винтов 6, 7 и скорости движения корпуса 1 работает, пока абсолютные значения угловых скоростей пропеллеров 4, 5 и винтов 6, 7 не станут настолько большими, что моменты гидродинамического сопротивления, действующие на винты 6, 7, компенсируют аэроднинамические моменты, раскручивающие пропеллеры 4, 5, и пока скорость корпуса 1 не станет настолько большой, что силы лобового сопротивления, действующие на все элементы устройтсва, компенсируют силу тяги гребной системы. Соответствующие пограничные значения угловых скоростей пропеллеров 4, 5, винтов 6, 7 и скорости корпуса 1 будут характерны для самоподдерживающегося режима движения устройства: судно будет двигаться без остановки и с постоянной скоростью и постоянной угловой скоростью вращения валов. This principle of increasing the angular velocities of the propellers 4, 5, screws 6, 7 and the speed of movement of the body 1 works until the absolute values of the angular velocities of the propellers 4, 5 and screws 6, 7 become so large that the moments of hydrodynamic resistance acting on the screws 6, 7, compensate for aerodynamic moments, spinning the propellers 4, 5, and until the speed of the body 1 becomes so high that the drag forces acting on all elements of the device compensate for the thrust force of the propulsion system. The corresponding boundary values of the angular velocities of the propellers 4, 5, propellers 6, 7 and the speed of the hull 1 will be characteristic for the self-sustaining mode of movement of the device: the ship will move without stopping and at a constant speed and constant angular speed of rotation of the shafts.

Пример конкретного выполненияAn example of a specific implementation

Изготовлен опытный макет заявляемого устройства (фиг. 2). Корпус выполнен из пенопласта (может быть использован любой непромокаемый материал, например, древесина или композитные материалы). Габаритные размеры макета судна составляют: длина 30 см, ширина – 25 см, высота – 25 см. Валовая система состоит из основного вала, представляющего собой пустотелую трубку длиной 45 см с постоянным круговым поперечным сечением, внутренний диаметр которого равен 1 см, и дополнительного вала 3 длиной 50 см, выточенного из графита и установленного в подшипниках качения внутри внешнего вала 2. Валовая система установлена на корпусе под наклоном к его поверхности, равным 30°. При погружении устройства в воду один ее конец (часть основного и дополнительного валов с гребными винтами) расположен под водой, а другой (часть основного и дополнительного валов с пропеллерами) на 20-25 см выше уровня воды. Дополнительный и основной пропеллеры выполнены из пластика и закреплены соответственно на дополнительном и основном валах. Каждый из них имеет по три одинаковых лопасти линейным размером (радиус пропеллера) 15 см, при этом ориентация закрутки двух пропеллеров противоположна. На подводных концах дополнительного и основного валов закреплены дополнительный и основной гребные винты. Они имеют по две одинаковых лопасти линейным размером (радиус винта) 3 см каждая. Ориентации лопастей дополнительных пропеллера и гребного винта и основных пропеллера и гребного винта попарно одинаковы.A prototype model of the claimed device has been made (Fig. 2). The body is made of foam (any waterproof material can be used, for example, wood or composite materials). The overall dimensions of the vessel model are: length 30 cm, width - 25 cm, height - 25 cm.The gross system consists of a main shaft, which is a hollow tube 45 cm long with a constant circular cross-section, the inner diameter of which is 1 cm, and an additional shaft 3, 50 cm long, machined from graphite and installed in rolling bearings inside the outer shaft 2. The shaft system is mounted on the housing at an inclination of 30 ° to its surface. When the device is immersed in water, one end of it (part of the main and additional shafts with propellers) is located under water, and the other (part of the main and additional shafts with propellers) is 20-25 cm above the water level. The auxiliary and main propellers are made of plastic and are fixed on the auxiliary and main shafts, respectively. Each of them has three identical blades with a linear size (propeller radius) of 15 cm, while the twist orientation of the two propellers is opposite. Additional and main propellers are attached to the underwater ends of the additional and main shafts. They have two identical blades with a linear size (screw radius) of 3 cm each. The blade orientations of the auxiliary propeller and propeller and the main propeller and propeller are the same in pairs.

Эксперименты проводили в НИИ механики МГУ при скорости набегающего воздушного потока 4–15 м/c. Стабильно наблюдался самоподдерживающийся режим движения механизма в потоке. При скоростях потока от 5 м/c наблюдалось устойчивое и достаточно быстрое движение против ветра. 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 движения корпуса. Установлено также, что в рабочем режиме движения угловые скорости основного и дополнительного валов примерно совпадают друг с другом, за счет чего кинетический момент системы стремится к нулю, и, тем самым, минимизируются гироскопические нагрузки при эксплуатации устройства.The experiments were carried out at the Research Institute of Mechanics, Moscow State University, at an incoming air flow velocity of 4–15 m / s. The self-sustaining mode of movement of the mechanism in the flow was observed. At flow velocities of 5 m / s, stable and rather fast movement against the wind was observed. Thus, it was experimentally confirmed that the proposed device is efficient and, with relatively small dimensions, provides a reliable and efficient conversion of renewable wind energy into mechanical energy of the body movement. It was also found that in the operating mode of motion, the angular velocities of the main and additional shafts approximately coincide with each other, due to which the kinetic moment of the system tends to zero, and thereby minimizes the gyroscopic loads during the operation of the device.

Claims (7)

1. Устройство для преобразования возобновляемой энергии в энергию движения судна, содержащее основной вал, выполненный с возможностью наклонного размещения на поверхности судна с обеспечением возможности вращения относительно его собственной оси, с одной стороны которого с возможностью вращения под действием набегающего воздушного потока установлен основной лопастной пропеллер, а с другой стороны – жестко закреплен лопастной основной гребной винт, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным валом, установленным внутри основного вала коаксиально с ним с возможностью независимого вращения относительно собственной оси и выступающим за пределы основного вала, имеющим с одной стороны дополнительный лопастной пропеллер, установленный с возможностью вращения под действием набегающего воздушного потока, а с другой стороны – дополнительный лопастной гребной винт, при этом лопасти основных и дополнительных пропеллеров и гребных винтов, соответственно, ориентированы в противоположных направлениях. 1. A device for converting renewable energy into energy of movement of a ship, containing a main shaft made with the possibility of inclined placement on the surface of the ship with the possibility of rotation about its own axis, on one side of which the main blade propeller is installed with the possibility of rotation under the action of the incoming air flow, and on the other hand, a bladed main propeller is rigidly fixed, characterized in that it is equipped with an additional shaft installed inside the main shaft coaxially with it with the possibility of independent rotation about its own axis and protruding beyond the main shaft, having an additional blade propeller on one side, installed with the possibility of rotation under the action of the incoming air flow, and on the other hand - an additional blade propeller, while the blades of the main and additional propellers and propellers, respectively, are oriented in opposite directions laziness. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина дополнительного вала Lд превышает длину основного вала Lо на 5-50%. 2. The device according to claim 1, characterized in that the length of the additional shaft L d exceeds the length of the main shaft L about by 5-50%. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что соотношение Lд и Lо выбрано с обеспечением достижения расстояния Нп между дополнительным и основным пропеллерами, равным 0,2÷0,05Rоп радиуса основного пропеллера, а также с обеспечением достижения расстояния между дополнительным и основным гребными винтами Нг, равным 0,2÷0,05Rог радиуса основного гребного винта. 3. The device according to claim 2, characterized in that the ratio of L d and L o is selected to ensure that the distance H p between the additional and the main propellers is reached, equal to 0.2 ÷ 0.05R op of the radius of the main propeller, as well as ensuring that the distance between the additional and main propeller screws H g , equal to 0.2 ÷ 0.05R og radius of the main propeller. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что радиус основного пропеллера Rоп составляет не более 1,25Rдп радиуса дополнительного пропеллера, а радиус основного гребного винта Rог составляет не более 1,25Rдг радиуса дополнительного гребного винта.4. The device according to claim. 1, characterized in that the radius of the main propeller R op is not more than 1.25R dp of the radius of the additional propeller, and the radius of the main propeller R og is not more than 1.25R dg of the radius of the additional propeller. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество лопастей основного пропеллера Коп составляет не более 2Кдп количества лопастей дополнительного пропеллера, а количество лопастей основного гребного винта Ког составляет не более 2Кдг количества лопастей дополнительного гребного винта.5. The device according to claim 1, characterized in that the number of blades of the main propeller K op is no more than 2K dp of the number of blades of the additional propeller, and the number of blades of the main propeller K og is no more than 2K dg of the number of blades of the additional propeller. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что основной вал установлен на поверхности судна с возможностью изменения его угла наклона относительно его поверхности.6. The device according to claim. 1, characterized in that the main shaft is installed on the surface of the vessel with the ability to change its angle of inclination relative to its surface. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что радиус основного пропеллера Rоп составляет 5÷10Rог радиуса основного гребного винта Rог, а радиус дополнительного пропеллера Rдп составляет 5÷10 Rдг радиуса дополнительного гребного винта.7. The device under item 1, characterized in that the radius of the main propeller R op is 5 ÷ 10R og radius of the main propeller R og , and the radius of the additional propeller R dp is 5 ÷ 10 R dg radius of the additional propeller.
RU2020135379U 2020-10-28 2020-10-28 DEVICE FOR CONVERSION OF RENEWABLE ENERGY INTO ENERGY OF SHIP'S MOTION RU205263U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020135379U RU205263U1 (en) 2020-10-28 2020-10-28 DEVICE FOR CONVERSION OF RENEWABLE ENERGY INTO ENERGY OF SHIP'S MOTION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020135379U RU205263U1 (en) 2020-10-28 2020-10-28 DEVICE FOR CONVERSION OF RENEWABLE ENERGY INTO ENERGY OF SHIP'S MOTION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU205263U1 true RU205263U1 (en) 2021-07-06

Family

ID=76756243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020135379U RU205263U1 (en) 2020-10-28 2020-10-28 DEVICE FOR CONVERSION OF RENEWABLE ENERGY INTO ENERGY OF SHIP'S MOTION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU205263U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU107828U1 (en) * 2010-12-22 2011-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" MOBILE WIND-HYDRO POWER PLANT
JP2013002399A (en) * 2011-06-19 2013-01-07 Toshiyuki Kaketa Ocean wind power generation wind turbine unflowing by wind even without mooring to sea bottom, by using a part of wind power for windward propulsion
RU125265U1 (en) * 2012-02-21 2013-02-27 Межрегиональное общественное учреждение "Институт инженерной физики" Wind turbine
RU2607713C2 (en) * 2011-11-04 2017-01-10 Такудзу НАКАМУРА Floating structure fluid dynamic force use system and wind-propelled vessel
US20190055928A1 (en) * 2001-06-14 2019-02-21 Douglas Spriggs Selsam Floating marine wind turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190055928A1 (en) * 2001-06-14 2019-02-21 Douglas Spriggs Selsam Floating marine wind turbine
RU107828U1 (en) * 2010-12-22 2011-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" MOBILE WIND-HYDRO POWER PLANT
JP2013002399A (en) * 2011-06-19 2013-01-07 Toshiyuki Kaketa Ocean wind power generation wind turbine unflowing by wind even without mooring to sea bottom, by using a part of wind power for windward propulsion
RU2607713C2 (en) * 2011-11-04 2017-01-10 Такудзу НАКАМУРА Floating structure fluid dynamic force use system and wind-propelled vessel
RU125265U1 (en) * 2012-02-21 2013-02-27 Межрегиональное общественное учреждение "Институт инженерной физики" Wind turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6731018B1 (en) Water generator oscillating due to rapid flow of fluid
US4371346A (en) System for propulsion of boats by means of winds and streams and for recovery of energy
EP2376767B1 (en) System for producing energy through the action of waves
US8102070B2 (en) Float-type energy-generating system
EP2066901B1 (en) An orientation device for water current power generating apparatus
BR112014010317B1 (en) system using dynamic fluid force in floating structure and wind powered vessel
PT1966486E (en) Device and system for producing regenerative and renewable energy from wind
CN110758707B (en) Power generation propulsion stabilization integrated device suitable for ship
US10151294B2 (en) Buoyant housing device enabling large-scale power extraction from fluid current
US20020078687A1 (en) Apparatus converting ocean wave energy
WO2005050007A1 (en) Fluid and wind turbine for generating power
GB2051252A (en) Apparatus for Extracting Energy from a Fluid Current
RU205263U1 (en) DEVICE FOR CONVERSION OF RENEWABLE ENERGY INTO ENERGY OF SHIP'S MOTION
EP2141353B1 (en) Submergible system for exploiting the energy of marine currents
RU2345248C2 (en) Method for utilisation of medium flow energy and power complex for its realisation
CN102795340A (en) Aircraft, hydrodynamic force generator and oars
DK202270497A1 (en) Floating vessel for energy harvesting
US9133815B1 (en) Propeller-type double helix turbine apparatus and method
KR101840705B1 (en) Multiple vertical axis tidal generators and combined power generation using it
WO1993015315A1 (en) Power generation, preferably by utilisation of wave energy
Blackford Optimal blade design for windmill boats and vehicles
RU2310580C2 (en) Propeller "ustyug"
WO2002042640A1 (en) Wind generator using magnus-effects
GB2179014A (en) Improvements in propulsion systems
JPH01136896A (en) Wave power propulsion vessel