RU2244850C2

RU2244850C2 - Method to convert energy of on-coming flow into electric energy

Info

Publication number: RU2244850C2
Application number: RU2002132236/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Сатаев (RU); Ю.А. Сатаев; В.В. Попов (RU); В.В. Попов
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2005-01-20

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to on-coming energy converters used in wind-power engineering, hydraulic power engineering and instruments. In proposed method two physical are used simultaneously, namely, self-excited oscillations and electromagnetic induction. Conversion of energy of on coming flow is provided due to electromagnetic induction appearing at self-excited oscillations in metal strings (flexible conductors) arranged in on-coming flow and placed in magnetic field. According to law of electromagnetic induction, metal string executing oscillatory movements in magnetic field becomes electric energy (current) generator.

EFFECT: increased power output of converter by increasing number of strings to required value.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразователям энергии набегающего потока и может быть использовано в области ветроэнергетики, нетрадиционной энергетики, гидроэнергетики, а также в контрольно-измерительных приборах.The invention relates to free-stream energy converters and can be used in the field of wind energy, alternative energy, hydropower, as well as in instrumentation.

Для преобразования кинетической энергии потока в электрическую известны ветродвигатели с вертикальной и горизонтальной осью вращения.To convert the kinetic energy of the flow into electrical energy, wind turbines with a vertical and horizontal axis of rotation are known.

Ветродвигатели с вертикальной осью вращения имеют ряд недостатков:Wind turbines with a vertical axis of rotation have several disadvantages:

- тихоходность;- low speed;

- используют редукторы, которые значительно снижают коэффициент полезного действия, а также надежность ветродвигателя.- use gearboxes that significantly reduce the efficiency, as well as the reliability of the wind turbine.

Ограниченность размеров лопастей ветродвигателей с горизонтальной осью определяет ограничение на мощность ветродвигателей, а использование устройства для поворота крыльчатки в направлении, перпендикулярном движению потока ветра, вызывает снижение надежности и коэффициента полезного действия ветродвигателя, а также увеличивает его стоимость.The limited size of the wind turbine blades with a horizontal axis determines the limitation on the power of the wind turbines, and the use of the device to rotate the impeller in the direction perpendicular to the movement of the wind flow causes a decrease in the reliability and efficiency of the wind turbine, and also increases its cost.

Известен преобразователь энергии потока (см. RU 2142572 С1, опубл. 10.12.1999 г., МПК 6 F 03 D 5/06), использующий преобразование кинетической энергии потока в потенциальную, а затем в механическую. Для этого используется полое тело. Оно заменяет крыльчатку (лопасти), что уменьшает размеры и увеличивает надежность преобразователя энергии потока.A known energy converter of the flow (see RU 2142572 C1, publ. 10.12.1999, IPC 6 F 03 D 5/06), which uses the conversion of the kinetic energy of the flow into potential, and then into mechanical. For this, a hollow body is used. It replaces the impeller (blades), which reduces the size and increases the reliability of the flow energy converter.

Недостатком данного преобразователя является использование в нем механических преобразователей движения, снижающих коэффициент полезного действия, надежность, увеличивающих стоимость и размеры преобразователя энергии потока.The disadvantage of this converter is the use of mechanical motion converters in it, which reduce the efficiency, reliability, increase the cost and size of the flow energy converter.

Наиболее близким решением (прототипом) является способ преобразования энергии, заключающийся в том, что преобразование осуществляется за счет электромагнитной индукции путем размещения проводника в магнитном поле и воздействии на него набегающего потока (см. JP 11294314, МПК 7 F 03 D 9/00, опубл. 26.10.1999 г.).The closest solution (prototype) is the method of energy conversion, which consists in the fact that the conversion is carried out due to electromagnetic induction by placing the conductor in a magnetic field and subjecting it to an incident flow (see JP 11294314, IPC 7 F 03 D 9/00, publ. October 26, 1999).

Недостатком данного способа является его низкая эффективность.The disadvantage of this method is its low efficiency.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности использования указанного способа.An object of the invention is to increase the efficiency of using this method.

Технический результат достигается тем, что в способе преобразования энергии, заключающемся в том, что преобразование осуществляется за счет электромагнитной индукции путем размещения проводника в магнитном поле и воздействия на него набегающего потока, в качестве проводника размещают металлические упругие струны.The technical result is achieved by the fact that in the method of energy conversion, which consists in the fact that the conversion is carried out due to electromagnetic induction by placing a conductor in a magnetic field and exposure to an incident flow, metallic elastic strings are placed as a conductor.

Иллюстрация работы предлагаемого преобразователя представлена на чертеже.An illustration of the operation of the proposed Converter is presented in the drawing.

Автоколебания натянутой металлической струны 1, помещенной в магнитное поле 2, поддерживаются за счет кинетической энергии набегающего потока 3.Self-oscillations of a stretched metal string 1 placed in a magnetic field 2 are supported by the kinetic energy of the incoming flow 3.

Частота и амплитуда установившихся колебаний определяется параметрами струны и параметрами ее взаимодействия с набегающим потоком. Частота колебаний струны (ν):The frequency and amplitude of steady-state oscillations is determined by the string parameters and the parameters of its interaction with the incident flow. String Oscillation Frequency (ν):

где S - площадь сечения;where S is the cross-sectional area;

l - длина;l is the length;

Q - натяжение;Q is the tension;

ρ - плотность материала;ρ is the density of the material;

n - целое число.n is an integer.

Согласно закону электромагнитной индукции металлическая струна (1), совершая колебательные движения в магнитном поле (2), становится генератором электрической энергии (тока).According to the law of electromagnetic induction, a metal string (1), oscillating in a magnetic field (2), becomes a generator of electrical energy (current).

Возникающую при этом электродвижущую силу (∈) можно оценить по формуле:The resulting electromotive force (∈) can be estimated by the formula:

где v - скорость перемещения;where v is the speed of movement;

В - напряженность магнитного поля;B is the magnetic field strength;

l - длина проводника;l is the length of the conductor;

α - угол между силовыми линиями магнитного поля и струной.α is the angle between the magnetic field lines and the string.

Особенность способа позволяет увеличивать мощность преобразователя, увеличивая количество струн в преобразователе до необходимого числа.A feature of the method allows to increase the power of the converter, increasing the number of strings in the converter to the required number.

Claims

The method of energy conversion, which consists in the fact that the conversion is carried out due to electromagnetic induction by placing the conductor in a magnetic field and the influence of the incident flux on it, characterized in that metallic elastic strings are placed as the conductor.