RU2733120C2

RU2733120C2 - Power unit and method of its operation

Info

Publication number: RU2733120C2
Application number: RU2018109276A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Исаев
Original assignee: Владимир Иванович Исаев
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2020-09-29
Also published as: RU2018109276A3; RU2018109276A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: group of inventions relates to power plant and method of its operation. Power plant with folding blades and limiters-controllers of leafs turning is made in the form of frames with pivotally installed in them flaps of straight, convex or having profile of aircraft wing shape. Power plant comprises mechanism of power transmission to electric current generator, limiters of flaps turn. Limiters of turn of leaflets consist of two movable parts, upper part is hingedly fixed on frame and has angle of rotation to 60°, lower part is connected to upper part by means of axial screw and has angle of rotation to 60°. On movable parts of turn limiters of flaps and on flaps magnets are installed, on lower part of limiter and flaps magnets are installed with like poles towards them, magnet on upper part is installed for its fixation on frame. It is intended for conversion of energy of movable medium, such as wind, channel energy of rivers, energy of tides, ocean currents.

EFFECT: power generating unit and method of its operation are proposed.

2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для преобразования энергии подвижной среды, таких как русловая энергия рек, энергия ветра, океанические течения, энергия приливов и отливов.The invention relates to the field of energy and is intended to convert the energy of a mobile medium, such as river channel energy, wind energy, ocean currents, the energy of the tides.

Из уровня техники нам известно большое количество гидротурбин и ветроустановок –это патент №2046208, 2095618, 2107834, так же известно множество ветроустановок для производства электроэнергии с вертикальным и горизонтальным расположением оси вращения вала. Это парусный ветряк патент РФ №24119726, ветрогенератор повышенной эффективности патент РФ №2168062, патент RU 5539604. Большинство ветро- и гидроустановок для создания вращающего момента используют принцип подъемной силы крыла или гребного винта. В редких случаях используют прямонапорное воздействие подвижной среды на лопасти энергоагрегатов.From the prior art, we know a large number of hydraulic turbines and wind turbines — this is patent No. 2046208, 2095618, 2107834, as well as a lot of wind turbines for generating electricity with vertical and horizontal shaft rotation axis. This is a sailing wind turbine RF patent No. 24119726, wind turbine of increased efficiency RF patent No. 2168062, patent RU 5539604. Most wind and hydraulic installations use the principle of the lifting force of a wing or propeller to generate torque. In rare cases, direct pressure action of the moving medium on the blades of power units is used.

Недостатками известных устройств являются: низкий КПД, разрушающее воздействие кавитации в водной среде, высокий уровень шума, возможность применения только в одной из подвижных сред.The disadvantages of the known devices are: low efficiency, the destructive effect of cavitation in an aqueous medium, a high noise level, the possibility of using only one of the moving media.

В качестве ближайшего прототипа, как наиболее близкого аналога по способу использования подвижной среды выбран патент RU 2393365 CI опубликован 27.07.2010Patent RU 2393365 CI was selected as the closest prototype, as the closest analogue in terms of the method of using the mobile medium, published on 27.07.2010

На ряду с достоинствами патент имеет недостатки: при закрытии лопастей собственная кинетическая энергия и энергия создаваемая воздействием набегающего потока будет отдаваться одним импульсом и создаваемые ударные нагрузки приведут к разрушающему воздействию и созданию звуковых эффектов, прямая поверхность не позволяет использовать разность скоростей потока среды обтекающей выпуклые формы поверхности или форму крыла самолета. Горизонтальная установка лопастей ограничивает возможности устройства, электротормоза часто выходят из строя.Along with its advantages, the patent has disadvantages: when the blades are closed, its own kinetic energy and the energy created by the impact of the incident flow will be given one impulse and the created shock loads will lead to destructive effects and the creation of sound effects, the straight surface does not allow using the difference in the flow velocities of the medium flowing around the convex surface or the shape of an airplane wing. The horizontal installation of the blades limits the capabilities of the device; electric brakes often fail.

Задачей изобретения является дальнейшее повышение технологичности энергоустановок, повышение КПД, универсальности, защита от чрезмерных нагрузок.The objective of the invention is to further improve the manufacturability of power plants, increase efficiency, versatility, and protection against excessive loads.

Технический результат: конструкция изобретения позволяет повысить КПД, снизить уровень шума, дет возможность использования в вертикальном и горизонтальном положении, дает возможность в одном устройстве для создания вращающего момента одновременно использовать прямонапорное воздействие подвижной среды и силы, возниикающей при обтекании подвижной средой поерхностей подобных форме крыла самолета. Также конструкция позволяет предохранить энергоустановку от чрезмерных нагрузок.EFFECT: design of the invention allows to increase efficiency, reduce noise level, make it possible to use it in vertical and horizontal position, makes it possible in one device to create torque simultaneously use the direct pressure action of the moving medium and the force arising when the moving medium flows around surfaces similar to the shape of an aircraft wing ... Also, the design allows you to protect the power plant from excessive loads.

Технический результат достигается тем, что заявлен энергоагрегат со створчатыми лопастями выполненный в форме рам с шарнирно-установленными в них створками прямой, выпуклый или имеющий профиль крыла самолета формы, механизм передачи энергии на генератор электрического тока, электротормоз, ограничители поворота створок отличающийся тем, что ограничители поворота створок состоят из двух подвижных частей, верхняя часть шарнирно закреплена на раме и имеет угол поворота до 60°, нижняя часть с помощью осевого винта соединена с верхней и имеет угол поворота до 60°, на подвижных частях ограничителей поворота лопастей и на створках установлены магниты, на нижней части ограничителя и створках магниты установлены одноименными полюсами навстречу, магнит на верхней части установлен для ее фиксации на раме.The technical result is achieved by the fact that the claimed power unit with flap blades made in the form of frames with hinged flaps installed in them is straight, convex or having an airplane wing profile, a mechanism for transferring energy to an electric current generator, an electric brake, flap rotation limiters, characterized in that the limiters swing panels consist of two movable parts, the upper part is hinged to the frame and has a rotation angle of up to 60 °, the lower part is connected to the upper one by means of an axial screw and has a rotation angle of up to 60 °, magnets are installed on the movable parts of the blade rotation limiters and on the shutters , on the lower part of the limiter and the flaps, the magnets are installed with the same poles towards each other, the magnet on the upper part is installed to fix it on the frame.

Способ работы энергоагрегата характеризующийся воздействием подвижной среды на лопасти энергоагрегата при котором используют вал являющийся осью вращения, лопасти состоящие из рам и створок, ограничители поворота створок, механизм передачи энергии на генератор, ограничители поворота створок выполняют из двух подвижных частей, верхнюю шарнирно закрепляют на раме с возможностью поворота на угол до 60° вокруг оси вращения, нижнюю с помощью осевого винта соединяют с верхней с возможностью вращения в той же плоскости на угол до 60° относительно верхней части, на створки и обе части ограничителей поворота устанавливают магниты, так чтобы магниты створок и нижней части ограничителей поворота створок были направлены одноименными полюсами навстречу, магниты верхней части устанавливают так, что они фиксируют ее на раме и удерживают до возникновения предельно допустимых нагрузок, створки выполняют прямой, выпуклой или подобной профилю крыла самолета формы, таким образом ограничители поворота створок выполняют роль бесконтактных магнитных ограничителей-регуляторов поворота створок и в то же время предохраняют устройство от перегрузок, выпуклой формой створок обеспечивают создание вращающего момента на валу энергоагрегата когда створки позиционируются своей плоскостью вдоль направления движения подвижной среды, когда створки своей плоскостью перпендикулярны движению среды вращающий моент создается за счет прямонапорного воздействия, за счет сложения двух сил прямонапорного и подъемной силы крыла самолета создается вращающий момент на валу энергоагрегата.The method of operation of the power unit, characterized by the action of a moving medium on the blades of the power unit, in which a shaft is used, which is the axis of rotation, the blades consisting of frames and shutters, shutters of the shutter rotation, the mechanism for transferring energy to the generator, the shutters of the shutters are made of two moving parts, the upper is hinged on the frame the ability to rotate through an angle of up to 60 ° around the axis of rotation, the lower one is connected to the upper one with the possibility of rotation in the same plane at an angle of up to 60 ° relative to the upper part by means of an axial screw, magnets are installed on the flaps and both parts of the rotation limiters, so that the magnets of the flaps and the lower part of the flap rotation limiters were directed towards the opposite poles of the same name, the magnets of the upper part are installed so that they fix it on the frame and hold it until the maximum permissible loads occur, the flaps are made straight, convex or similar to the profile of an aircraft wing, thus the rotation limiters are rock play the role of contactless magnetic limiters-regulators of the swing of the flaps and at the same time protect the device from overloads, the convex shape of the flaps provides the creation of a torque on the shaft of the power unit when the flaps are positioned with their plane along the direction of movement of the moving medium, when the flaps are perpendicular to the movement of the medium with their plane rotating is created due to the direct-pressure action, due to the addition of the two direct-pressure forces and the lifting force of the aircraft wing, a torque is created on the shaft of the power unit.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

На фиг. 1 показана принципиальная схема сил воздействующих на вал энергоагрегата. На фиг. 2 показан энергоагрегат, установленный в горизонтальном положении. Цифрами 5 обозначены ограничители поворота створок. На фиг. 3 показана работа агрегата в вертикальном положении, цифрой 5 ограничители поворота створок, на всех фигурах цифрой 1 обозначен вал, 2 - рама, 3 - створки. На фиг. 5 и 6 цифрами обозначены: 9 верхняя часть ограничителя-регулятора, 10 нижняя часть, 12 - осевой винт, 14 - магнит верней части ограничителя, 15 - магнит нижней части 16 магнит створок.FIG. 1 shows a schematic diagram of the forces acting on the shaft of the power unit. FIG. 2 shows the power unit installed in a horizontal position. The numbers 5 denote the swing stops. FIG. 3 shows the operation of the unit in a vertical position, number 5 is the limiters for turning the shutters, in all figures, the number 1 indicates the shaft, 2 - the frame, 3 - the shutters. FIG. 5 and 6 with numbers indicate: 9 the upper part of the limiter-regulator, 10 the lower part, 12 - the axial screw, 14 - the magnet of the upper part of the limiter, 15 - the magnet of the lower part 16 of the sash magnet.

Осуществление изобретения.Implementation of the invention.

Энергоагрегат состоит из вала 1, фиг. 1, 2, 3, 4 являющегося осью вращения агрегата, закрепленных на нем лопастей, состоящих из рамы 2 фиг. 1, 2, 3, 4 и створок 3, фиг. 1, 2, 3, 4, 5., механизма для передачи энергии вращения с вала на генератор 7 фиг. 3 Створки имеют прямую выпуклую или форму крыла самолета, шарнирно закреплены в рамах с возможностью вращения вокруг вертикальной или горизонтальной оси относительно плоскости рамы на угол до 360 градусов. В раме установлены ограничители поворота створок 5. Фиг. 2, 3. Общий вид фиг. 5 и 6. На валу лопасти установлены в один или несколько уровней, в каждом уровне по несколько лопастей. Стрелками показаны направления подвижной среды, обычно это вода или воздух.The power unit consists of a shaft 1, Fig. 1, 2, 3, 4, which is the axis of rotation of the unit, the blades fixed on it, consisting of the frame 2 of FIG. 1, 2, 3, 4 and valves 3, fig. 1, 2, 3, 4, 5., a mechanism for transferring rotational energy from the shaft to the generator 7 of FIG. 3 The flaps have a straight convex or airplane wing shape, are hinged in frames with the ability to rotate around a vertical or horizontal axis relative to the plane of the frame at an angle of up to 360 degrees. The frame is equipped with limiters for turning the shutters 5. FIG. 2, 3. General view of FIG. 5 and 6. On the shaft, the blades are installed in one or several levels, each level has several blades. The arrows show the directions of the moving medium, usually water or air.

Для упрощения изображения показан один уровень лопастей, буквами дополнительно показаны створки.To simplify the illustration, one level of blades is shown, with letters additionally showing the flaps.

На фигуре 1 (вид сверху), на примере четырех лопастей с выпуклой формой поверхности створок, показаны силы, создающие вращающий момент. Здесь на лопасти А створка закрыта и перпендикулярна воздействию подвижной среды (обычно это вода или ветер) и создает максимальное вращающие усилие F1. На лопасти В створка закрыта, вращающий момент создает сила F2. На лопасти С под воздействием среды, сворка открыта, здесь суммарная площадь всех деталей лопасти действует против вращения вала (сила F3). Лопасть D как и лопасть В создает полезное вращающие усилие F4. Таким образом суммарная составляющая сил, создающих вращающий момент будет E=F1+F2+F4-F3. На фиг. 2 показан способ создания вращающего момента на валу агрегата, когда он установлен горизонтально. Здесь створка А под воздействием среды, упирается в ограничитель поворота створок 5 фиг. 2 и 3 и через раму 2 фиг. 5 создает вращающие усилие на валу энергоагрегата. Створки В и С фиг. 1 и 2 в этой позиции открыты и не создают значительного сопротивления вращающему моменту лопасти А, так как площадь воздействия среды на лопасть А значительно превосходит суммарную площадь воздействия лопастей В и С. При дальнейшем вращении створка С будет прижиматься к раме и займет положение как на лопасти со створкой А. Створка А пройдя горизонтальное положение откроется и не будет оказывать сопротивления вращающему моменту лопасти со створкой С. В момент предполагаемого касания створкой ограничителя-регулятора поворота створок, одноименные полюса магнитов 15 и 16 бесконтактно останавливают створку, смягчают удар и ликвидируют звуковой эффект позиция 6 фиг. 3 При предельных нагрузках контакт между магнитом створок 14 фиг. 5 и рамой 2 фиг. 5 разрывается створка 3 фиг. 5 через нижнюю часть ограничителя 10 фиг. 5 воздействует на плечо 17 верхней части ограничителя 9 фиг. 5 которая вращаясь на оси 13 фиг. 5 принимает позицию 18 фиг. 6 при этом створка проходит под нижней частью ограничителя-регулятора, позиционируется по ветру 8 фиг. 3 уже не подвергается прямонапорному воздействию подвижной среды и снижает нагрузку на ось вращения энергоагрегата. Таким образом обеспечивается создание вращающего момента на валу энергоагрегата за счет сложения двух сил: прямонапорного и силы называемой подъемной силой крыла самолета, обеспечивается предохранение устройства от чрезмерных нагрузок, ликвидируется звуковой эффект при закрытии створок.Figure 1 (top view), using the example of four blades with a convex shape of the flap surface, shows the forces that create a torque. Here, on the blade A, the flap is closed and perpendicular to the action of the moving medium (usually water or wind) and creates the maximum rotational force F1. On blade B, the flap is closed, the torque is generated by the force F2. On blades C, under the influence of the environment, the fold is open, here the total area of all blade parts acts against the rotation of the shaft (force F3). Blade D, like blade B, generates useful rotational force F4. Thus, the total component of the forces that create the torque will be E = F1 + F2 + F4-F3. FIG. 2 shows a method for generating torque on the shaft of the machine when it is installed horizontally. Here, the leaf A, under the influence of the environment, rests against the stop of the rotation of the leaflets 5 of FIG. 2 and 3 and through frame 2 of FIG. 5 creates a rotating force on the shaft of the power unit. Flaps B and C of FIG. 1 and 2 in this position are open and do not create significant resistance to the rotating moment of the blade A, since the area of influence of the medium on the blade A significantly exceeds the total area of influence of the blades B and C. With further rotation, the flap C will be pressed against the frame and will take the position as on the blade with flap A. Flap A, having passed the horizontal position, will open and will not resist the torque of the blade with flap C. At the moment the flap is supposed to touch the flap regulator-regulator of flap rotation, the same poles of magnets 15 and 16 contactlessly stop the flap, soften the impact and eliminate the sound effect position 6 fig. 3 At extreme loads, the contact between the magnet of the flaps 14 of FIG. 5 and frame 2 of FIG. 5 the sash 3 of FIG. 5 through the bottom of the stop 10 of FIG. 5 acts on the shoulder 17 of the upper part of the stopper 9 of FIG. 5 which rotates on the axis 13 of FIG. 5 assumes position 18 of FIG. 6 in this case, the sash passes under the lower part of the limiter-regulator, is positioned in the wind 8 of FIG. 3 is no longer exposed to the direct pressure action of the moving medium and reduces the load on the axis of rotation of the power unit. Thus, the creation of a torque on the shaft of the power unit is ensured due to the addition of two forces: direct pressure and a force called the lifting force of an aircraft wing, protection of the device from excessive loads is provided, and the sound effect when the shutters are closed is eliminated.

Когда подвижная среда направлена вдоль поверхности створок, вращающий момент создается за счет полусферической формы створок, таким образом, в зависимости от их позиционирования относительно подвижной среды, вращающий момент на валу энергоагрегата создается посредством воздействия двух сил: прямонапорной и силой создаваемой при обтекании подвижной средой полусферической поверхности створок.When the moving medium is directed along the surface of the flaps, the torque is created due to the hemispherical shape of the flaps, thus, depending on their positioning relative to the moving medium, the torque on the shaft of the power unit is created by the action of two forces: direct pressure and the force created when the moving medium flows around a hemispherical surface sash.

Claims

1. The power unit with flap blades and flap rotation limiters, made in the form of frames with hinged flaps installed in them, straight, convex or having an airplane wing profile, contains a mechanism for transmitting energy to an electric current generator, flap rotation limiters, characterized in that the flap rotation limiters consist of two movable parts, the upper part is hinged to the frame and has a rotation angle of up to 60 °, the lower part is connected to the upper one by means of an axial screw and has a rotation angle of up to 60 °, on the movable parts of the wing rotation limiters and on the doors are installed magnets, on the lower part of the limiter and the flaps, the magnets are installed with the same poles towards each other, a magnet on the upper part is installed to fix it on the frame.

2. The method of operation of the power unit, characterized by the action of a moving medium on the blades of the power unit, in which a shaft is used, which is the axis of rotation, blades consisting of frames and shutters, shutters of the shutters, a mechanism for transferring energy to the generator, and the shutters provide the creation of torque on the shaft of the power unit due to the direct-pressure action, when some flaps are perpendicular to the movement of the medium, while the other flaps are positioned with their plane parallel to the movement of the medium, characterized in that the swing stops of the flaps are made of two movable parts, the upper is hinged to the frame with the ability to rotate through an angle of up to 60 °, the lower one with the help of an axial screw is connected to the upper one with the possibility of rotation by an angle of up to 60 ° relative to the upper part, magnets are installed on the flaps and both parts of the rotation limiters so that the magnets of the valves and the lower part of the rotation limiters of the valves are directed opposite poles of the same name, magnets The upper part is installed so that they fix it on the frame and hold it, and the flaps are straight, convex or have a profile of the aircraft wing and, thus, due to the direct pressure force and lift of the aircraft wing, a torque is generated on the shaft of the power unit.