WO2011090453A1 - Method and apparatus for converting the kinetic energy from a stream of fluid medium - Google Patents

Method and apparatus for converting the kinetic energy from a stream of fluid medium Download PDF

Info

Publication number
WO2011090453A1
WO2011090453A1 PCT/UA2011/000001 UA2011000001W WO2011090453A1 WO 2011090453 A1 WO2011090453 A1 WO 2011090453A1 UA 2011000001 W UA2011000001 W UA 2011000001W WO 2011090453 A1 WO2011090453 A1 WO 2011090453A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
working
flow
working elements
elements
working element
Prior art date
Application number
PCT/UA2011/000001
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Сергей Петрович ГОНЧАРЕНКО
Original Assignee
Goncharenko Sergey Petrovich
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
Priority claimed from UAU201000505U external-priority patent/UA49916U/en
Priority claimed from UAA201000506A external-priority patent/UA98335C2/en
Application filed by Goncharenko Sergey Petrovich filed Critical Goncharenko Sergey Petrovich
Publication of WO2011090453A1 publication Critical patent/WO2011090453A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the invention relates to the field of energy and can be used to convert the kinetic energy of a moving fluid stream, such as wind, water moving in a stream, river, ocean stream, tides or in directed flow, into useful work, namely, to generate electricity using the phenomenon flutter, as well as for converting the mechanical (electrical) energy of the engine into the useful work of moving vehicles or fluid.
  • a moving fluid stream such as wind, water moving in a stream, river, ocean stream, tides or in directed flow
  • the search for effective means of converting renewable energy resources into useful work includes mechanical wind engines (wind generators), which convert kinetic wind energy into mechanical energy using lifting forces or drag forces, and mechanical hydraulic turbines (hydro generators), which convert kinetic energy of flowing water or potential energy raised to a height of stored water into mechanical energy. In most cases, the energy converted in this way is converted into electrical power for final distribution and use.
  • wind generators which convert kinetic wind energy into mechanical energy using lifting forces or drag forces
  • hydraulic turbines hydro generators
  • a device for converting the kinetic energy of a fluid stream into useful work (see US Pat. No. 3,995,972, IPC F 03 D 5/06, publ. 12/07/1976), in which one or more blades are brought into reciprocating movement using a device for changing the angle of attack of the blade at the end of each turn.
  • the disadvantage of this device is the low conversion efficiency of the kinetic energy of the air flow due to the loss of energy flow to turbulence the flow, overcoming the mechanical forces of the damping devices for braking the blades and mechanical changes in the angle of attack of the blades at the end of each stroke of the reciprocating motion.
  • This device does not use harmonic rotational movements of the working elements and has only one degree of freedom.
  • the disadvantage of the described inventions is the low efficiency of converting the kinetic energy of the flow into useful work associated with small amplitudes of oscillations, with energy losses due to damping of reciprocating movements when changing the direction of movement, to overcome mechanical friction of many oscillating mechanical parts, couplings, bearings, rods, rods and gears, which makes it impossible to commercialize these technical solutions.
  • Also known is the closest in technical essence to the proposed method for converting the kinetic energy of the fluid flow into useful work and a device for its implementation (see RF patent N2 2362907, (PCT publication: WO 2006/130719 20061207) IPC F03D 5/06, publ.
  • the main disadvantage of this invention is the low efficiency of converting the kinetic energy of the flow into useful work associated with a small amplitude of oscillations of the working elements, limited by the possibility of the occurrence of forced resonant vibrations of neighboring working elements, due to the distances between adjacent working elements, at the optimum value of which the possibility of resonant conditions fluctuations of all working elements (in the presence of other components, as the density and the critical flow rate, the coincidence of the natural oscillation frequencies of working elements with the frequency characteristics of the flow, the elastic properties of the material, fixing conditions, the presence of external disturbances, etc.).
  • the low conversion efficiency is also caused by the loss of kinetic energy of the fluid flow (or by the loss of the flow velocity at the outlet of the device compared to the flow velocity at the inlet of the device) associated with turbulence of the flow during its interaction with oscillating elements, losses associated with the partial use of the obtained useful energy damping works the movement of the pistons of each working element when stopping the pistons and changing the direction of movement, to maintain the parallelism of each working element, to install and maintain the out-of-phase motion of adjacent working elements, to create cyclic restoring forces to excite and maintain resonant vibrations.
  • the disadvantages of the invention according to the prototype is the instability and complexity of the control of the proposed oscillating resonant system, constantly requiring external disturbing forces to excite and maintain resonant vibrations, requiring constant adjustment, adjustment and adjustment of each parameter of each oscillating working element both in rotational movements and in reciprocal translational movements.
  • This method and device do not provide the conversion of kinetic energy of the flow into useful work due to the movement of one work item, do not use harmonic rotational and reciprocating movements of work items with constant amplitude, do not also use the movement of adjacent work items with a phase shift other than 180 degrees , do not use the constant coincidence of the direction (s) of the reciprocating (s) movement (s) of the working (s) element (s) with the direction of the vector of the normal component driving force of the flow.
  • the technical result of the proposed method and device for converting the kinetic energy of the fluid flow into useful work, united by a single inventive concept, is to equalize the speed of the work flow on the entrance and exit of the device and, as a consequence, the absence of a tipping moment, which makes it possible to obtain electric energy from any stream with virtually no loss of kinetic energy of the stream itself, without disturbing the ecological system at the installation site of the device, without constructing complex hydraulic or installation structures; the possibility of obtaining useful work due to the placement of both one and its increase in the stream due to the placement of an unlimited number of similar devices in the stream.
  • harmonic rotational and reciprocal messages are transmitted to the working elements placed in the fluid stream - translational movements; possible implementations of the proposed method, in which on a fixed base set one working element; reciprocating movements of the working element (s) are carried out in a direction perpendicular to the direction of flow movement; reciprocating movements of the working element (s) are carried out in the direction coinciding with the vector of the normal component of the driving force of the flow, the resulting component of which is directed perpendicular to the side surface of the working element (s); rotational movements of the working (their) element (s) are carried out relative to the axis of their cantilever fastening; rotational and reciprocating movements of the working element (s) are carried out with a phase shift; rotational and reciprocating movements of the working (their) element (s)
  • the speed of the workflow at the outlet of the device is practically no different from the speed of the workflow at the entrance to the device, which indicates the practically unchanged kinetic energy of the fluid flow when passing through the device, regardless of the number and location of work objects in length, width and device height; with an increase in the area or number of working bodies, the electric energy removed from the device increases proportionally (the device operates in generator mode) or the traction force of the device (the device operates in propulsion mode) increases, it becomes possible to infinitely increase the removed power of any fluid flow (including river, sea and ocean currents, waterfalls, tides, etc.), in addition, there are no pressure surges (pressure increase) at the inlet of the device, which indicates the absence of casting moment when mounting the device on roofs, masts, vehicles, ship decks, etc.
  • pressure surges pressure increase
  • the manufacture of devices and spare parts for them does not require the use of complex and expensive materials, the reliability and performance of the main actuators is confirmed by the bicentennial practice of civilization, the devices themselves are simple and reliable in operation, compatible with simple and reliable control, diagnostics and automation programs.
  • the use of devices as propulsors in vehicles leads to a significant reduction in fuel on sea and river vessels or to an increase in the speed of sea and river vessels with absolute ecological safety of the aquatic environment.
  • the use of devices as generators of electricity on cars, buses, trams, trains, sea and river vessels also leads to a significant reduction in fuel and electricity consumption.
  • the operation of the devices eliminates the effects of greenhouse effects and harmful emissions, eliminates the temperature rise of the entire planet and related environmental disasters.
  • wing used in flowing water
  • wing used to convert wind energy, or “blade” used to create traction
  • wing meaning stationary or rotating work elements used to create lift for aircraft, is not applicable in the context of this invention.
  • FIG. 1 shows a single-module device, side view; in FIG. 2 the same, view from the location of the working element; in FIG. 3 shows a four-module device with four working elements, a view from the side of the location of the working elements; in FIG. 4 shows a four-module device, a view from the side of the transmission mechanisms; in FIG. 5 shows a diagram of the operation of the device in ship propulsion mode (sectional view); in FIG.
  • FIG. 6 shows a diagram of the interaction of a single-module device with a fluid stream
  • FIG. 7 shows a diagram of the interaction of a four-module device with a fluid flow
  • FIG. 8 is a diagram of an interaction of an eight-module device with a fluid flow
  • FIG. 9 shows a diagram of the interaction of a single-module device with the flow of a working medium in the mode of a ship propulsion
  • FIG. 10 shows a device in which kinematically unrelated hydraulic cylinders are used, which are controlled by conventional automation means, as actuators for performing harmonic rotational and reciprocal movements of the working element, as well as for performing a fixed rotation of the working element computer programming
  • FIG. 10 shows a device in which kinematically unrelated hydraulic cylinders are used, which are controlled by conventional automation means, as actuators for performing harmonic rotational and reciprocal movements of the working element, as well as for performing a fixed rotation of the working element computer programming
  • FIG. 11 shows a variant of the device in which kinematically unrelated actuators made in the form of a crank mechanism for implementing reciprocating movements of the working element are used as actuators for performing interconnected harmonic rotational and reciprocating movements of the working elements in the form of a gear motor mounted on the shaft for harmonious rotational movements and is fixed th turn operating element.
  • a device for converting the kinetic energy of a fluid stream into useful work contains cantilever mounted working elements 1 that can be placed in the fluid stream 2, according to the invention it is made in this case single-module, the working element 1 is fixed console and fixed on the connecting rod 3 mounted on a fixed base 4 of the crank mechanism, the slider 5 of which is connected to the connecting rod 3 using the axis 6 and has the possibility of reciprocating movement along the guide 7, and the connecting rod 3 with the opposite end is pivotally connected to the crank 8, kinematically connected with the crank mounted on the same fixed the base of one end of the shaft 9, the other end of which is designed to transfer rotational energy of the crank 8 to the power take-off device (not shown in FIG.).
  • the amplitude of the reciprocating movements of the working elements 1 depends on the geometric parameters of the crank 8.
  • the working element 1 is installed at an angle of 90 degrees relative to the connecting rod 3 with an angle of attack L relative to the stream 2; in FIG. 3 shows a four-module device with four working elements 1 installed at an angle of 90 degrees relative to the connecting rods 3 with an angle of attack L relative to stream 2; in FIG. 4 shows a four-module device, a view from the side of gears made in the form of gears 10 mounted on shafts 9.
  • FIG. 5 is a diagram of the operation of the device in ship mover mode (sectional view), in which the fixed base 4 is a ship hull, on which seven modules are located, consisting of working elements 1, connecting rods 3, cranks 8, transmission gears 10, shafts 9, sliders 5, axles 6 and guides (not shown in the figure).
  • the device is equipped with a squeezing nozzle 11 and a diffuser 12.
  • the working element 1 is installed with the possibility of a fixed rotation and rotational movement around the axis 6, relative to which it is mounted on the connecting rod 3, and the geometric axis of the axis 6 is in the plane of the working element 1.
  • This makes it possible to set a fixed phase angle between rotational and reciprocal - progressive movements of the working elements 1, necessary to start the device and its effective operation, as well as to stop the device during preventive work by setting zeros th angle of attack of the working elements relative to one stream 2 (the fixed gear rotating in the figures are not shown).
  • the preferred option of the proposed device is the option when it consists of several of the mentioned modules (Fig. 3, 4), kinematically connected with each other and having the ability to work with phase shift.
  • the kinematic connection between the modules can be carried out using gear gears 10 located on the shaft 9 from one or the opposite side relative to the fixed base 4.
  • the phase shift between the modules is established using gear gears 10.
  • FIG. 8 With another embodiment of the proposed device (Fig. 8), it consists of a pair of modules, and the axis 6 (Fig. 1, 2) of fixing the working elements 1 each pair of modules (Fig. 8) have the ability to reciprocate in the same plane with a phase shift of 180 degrees.
  • FIG. 5 shows a device for operating in a ship propulsion mode.
  • Fixed base 4 is the hull of the vessel.
  • the device can be equipped with a squeezing nozzle 11, designed to increase the volume and flow rate 2, and a diffuser 12, designed to reduce the pressure of the stream 2 on the working elements 1, which are installed, respectively, in front of the working elements 1 and behind the working elements 1 in the direction of flow (in the direction of the vessel).
  • the marine engine 13 is a generator of mechanical energy, which is converted by working elements 1 into a thrust force 14.
  • kinematically unconnected hydraulic cylinder 15 is used, performing reciprocating movements relative to the guides 7, and a movable carriage 16 with a hydraulic drive (not shown) the rotation of the slave other element 1, performing rotational movements relative to the axis 6 of fixing the working element 1.
  • the control of the actuators is carried out using conventional automation and computer programming.
  • crank-connecting rods are used as actuators for performing interconnected harmonic rotational and reciprocal movements of the working elements 1, as well as for performing a fixed rotation of the working element 1 a mechanism for implementing reciprocating movements of the working element 1, and a movable carriage 16 with a mechanical drive in the form of a gear motor (on fi gure (not shown) of rotation of the working element 1 mounted on the axis 6 for the implementation of harmonic rotational movements and a fixed rotation of the working element 1
  • a method of converting the kinetic energy of a fluid stream into useful work is carried out in the process of operation of the proposed device as follows.
  • the working element 1 is placed in the fluid stream 2 at an angle L relative to the movement of flow 2 with the possibility of reciprocating movements in a direction perpendicular to the direction of movement of flow 2, and rotational movement around axis 6, relative to which the working element 1 is mounted on the connecting rod 3, and the geometric axis of the axis 6 is in the plane of the working element 1 (Fig. . 12).
  • the flow of fluid 2 (Fig.
  • the angle “L” increases, while the vector of the normal component “Pn” of the driving force of the flow “P” coincides with the direction of movement of the working element 1, and the resulting “Pc” of the driving force of the flow “P” is directed perpendicular to the side surface of the working element 1.
  • FIG. 7 The scheme of uniform vibrational movement of the working elements 1 of the device, providing a guaranteed mode of self-excited oscillations of the "flutter" type when interacting with stream 2, is shown in FIG. 7.
  • the arrows show the directions of the reciprocating movements of the working elements 1, due to the influence of the flow 2 on the working elements 1.
  • the phase angle between the movements of adjacent working elements 1 is set mechanically by the appropriate arrangement of the gears 10 (Fig. 4) depending on the set tasks. In this example (Fig. 7), the phase angle between the movements of adjacent work elements 1 is 90 degrees.
  • Work stream 2 (Fig.
  • position B is the crank 8 is rotated 90 degrees relative to the initial point in time
  • position C is the rotation of crank 8 by 18 0 degrees relative to the initial moment of time and D - rotation of the crank 8 by 270 degrees relative to the initial moment of time
  • the total force transmitted to the transmission gear 10 (Fig. 4) will be equal to the total force exerted by the flow 2 on all working elements 1 of the device at the same time.
  • the working elements 1 can be located not only along the stream (Fig. 3), but also according to another scheme.
  • Work flow 2 acting on work elements 1 ⁇ 1 and 1/2 (pos. A), moves them towards each other, compressing the volume of flow 2 located in an imaginary chamber 1 / 1-1 / 1-1 / 2- 1/2.
  • the working elements 1/3 and 1/4 (pos.
  • the vector of the normal component “Fn” of the thrust force “FT” is opposite to the direction of movement of the working element 1, and the resulting “Fc” of the thrust force “FT” is directed perpendicular to the lateral surface of the working element 1.
  • Direction of flow 2 arising from the action of the working elements 1 on the working fluid (liquid or gas), opposite the direction of the thrust force “FT” of the vessel, and the vector of the normal component “ ⁇ ” of the driving force of the flow “ ⁇ ” coincides with the direction of movement of the working element 1.
  • the scheme for converting the mechanical energy of the ship engine 13 (Fig. 5) into the traction force “FT” (useful work) of the vessel (vehicle) movement using the example of the interaction of a single-module device in ship propulsion mode with a working medium (liquid or gas) is shown in FIG. 9, while the direction of flow 2 is opposite to the direction of the thrust force “FT” of the vessel.
  • the device operates as follows.
  • the working element 1 is placed in a working fluid (liquid or gas) at an angle L relative to the axis of the vessel with the possibility of reciprocating movements in the direction perpendicular to the axis of the vessel, and rotational movement around axis 6, relative to which the working element 1 is mounted on the connecting rod 3, and the geometric axis of the axis 6 is in the plane of the working element 1 (Fig. 5).
  • the mechanical energy of the marine engine through the transmission mechanisms 9, 10, 8 and 3 is converted into harmonic rotational and reciprocating movements of the working elements 1, which, interacting with the working fluid (liquid or gas), create a traction force "FT" (Fig. 9) moving a vehicle (water, land or air) in a direction 14 perpendicular to the direction of reciprocating movements of the working elements 1.
  • the working element 1 acts on the working medium (liquid) in position "A” and creates a force, moving the working medium in the direction 2, perpendicular to the direction of translational movement of the axis 6 of fixing the working element 1, around which the working element 1 performs rotational movement (Fig. 1, 2, 5), while the vector of the normal component "Pn” is the driving force of the fluid flow "P” (Fig. 9), resulting from the action of the working element 1 on the working medium (liquid), coincides with the direction of movement of the working element 1, and the resulting "Pc" of the driving force of the flow "P” is directed perpendicular to the lateral rhnosti working member 1.
  • the thrust of the vessel “FT” is directed opposite to the direction of flow of the "P” and moves the vessel along its axis in direction 14.
  • the angle “L” decreases, respectively, decreases the magnitude of the impact of the working element 1 on the working environment.
  • the phase angle between rotational and reciprocating movements is set depending on the desired task (in the above specific schemes, the phase angle is 90 degrees).
  • the phase angle between the movements of adjacent modules is set depending on the desired task (in the above specific schemes, the phase angle is 90 or 180 degrees).
  • the device depending on the task (the device operates in the generator or propulsion mode), it is possible to regulate the displacement of the center of gravity (torsion center) of the working element 1, thereby increasing the torque, and, consequently, the force arising from the interaction of the working fluid (the flow of liquid, gas or mixture) with the working element 1 of the device and transmitted to the generator (the device operates in generator mode), or from the engine through the device to the working fluid (the device operates in propulsion mode).
  • the scheme of operation of the device in fan mode is similar to the scheme of operation of the device in mover mode (Fig. 9).
  • kinematically unconnected hydraulic cylinder 15 is used, performing reciprocating movements of the working elements 1 relative to the guides 7, and a movable carriage 16 with a hydraulic drive (in the figure not cauldron) turning the operating member 1 performing the rotational movement of the operating member 1 with respect to the axis of fastening 6 of the working member 1.
  • the actuator control is carried out by conventional means of automation and computer programming.
  • crank-connecting rods are used as actuators for performing interconnected harmonic rotational and reciprocal movements of the working elements 1, as well as for performing a fixed rotation of the working element 1 mechanism for performing reciprocating movements of the worker element 1, and a movable carriage 16 with a mechanical drive in the form of a gear motor (not shown in the figure) rotation of the working element 1 mounted on the axis 6 for harmonic rotational movements and a fixed rotation of the working element 1.

Abstract

The invention relates to the field of energetics and can be used for converting the kinetic energy from a moving stream of fluid medium, such as wind or water, into useful work. In the method for converting the kinetic energy from a stream of fluid medium using a working element 1 which is mounted in a cantilevered manner and is arranged in the stream of fluid medium 2, the harmonic rotational and reciprocating movements are connected. The method can be realized with the aid of an apparatus which is constructed as a single module or as a number of modules. The working element 1 which is included in each module is mounted on an immovable base 4 and is fastened in a cantilevered manner and immovably on the connecting rod 3 of a crank mechanism, the slide block 5 of which is connected to the connecting rod 3 with the aid of a spindle 6 and can move in a reciprocating manner along a guide 7. The connecting rod 3 is hinged to a crank 8 which is hinged to a shaft 9 which is hinged to the moveable base 4 and is intended for transmitting the rotational energy of the crank 8 to power take-off apparatus. The velocity of the working stream at the output and input of the apparatus is evened out.

Description

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ  METHOD AND DEVICE FOR KINETIC CONVERSION
ЭНЕРГИИ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ  ENVIRONMENTAL FLOW ENERGIES
Область техники Technical field
Изобретения относятся к области энергетики и могут использоваться для превращения кинетической энергии движущегося потока текучей среды, такой как ветер, вода, движущаяся в ручье, реке, в океанском течении, приливах или в направленном потоке в полезную работу, а именно для выработки электроэнергии с использованием явления флаттера, а также для преобразования механической (электрической) энергии двигателя в полезную работу движения транспортных средств или текучей среды. The invention relates to the field of energy and can be used to convert the kinetic energy of a moving fluid stream, such as wind, water moving in a stream, river, ocean stream, tides or in directed flow, into useful work, namely, to generate electricity using the phenomenon flutter, as well as for converting the mechanical (electrical) energy of the engine into the useful work of moving vehicles or fluid.
Описание известного уровня техники Description of the prior art
Поиск эффективных средств превращения возобновляемых энергетических ресурсов в полезную работу включает механические ветряные двигатели (ветрогенераторы), превращающие кинетическую энергию ветра в механическую энергию с использованием подъемных сил или сил лобового сопротивления, и механические гидравлические турбины (гидрогенераторы), превращающие кинетическую энергию текущей воды или потенциальную энергию поднятой на высоту запасенной воды в механическую энергию. В большинстве случаев преобразуемая таким образом энергия превращается в электрическую мощность для окончательного распределения и использования. The search for effective means of converting renewable energy resources into useful work includes mechanical wind engines (wind generators), which convert kinetic wind energy into mechanical energy using lifting forces or drag forces, and mechanical hydraulic turbines (hydro generators), which convert kinetic energy of flowing water or potential energy raised to a height of stored water into mechanical energy. In most cases, the energy converted in this way is converted into electrical power for final distribution and use.
Недостатками существующих ветрогенераторов и гидрогенераторов являются: низкий коэффициент полезного действия, связанный с потерями на турбулизацию воздушного или водного потока за рабочими элементами; ограниченный диапазон скоростного напора воздушного или водного потока; наличие опрокидывающего момента и связанных с этим трудностей при монтаже ветрогенераторов и гидрогенераторов; экологические проблемы, связанные со строительством и эксплуатацией ветрогенераторов (высокочастотные шумы, радиопомехи, нарушение экосистемы) или гидрогенераторов (плотины, дамбы, нарушение экосистемы). The disadvantages of existing wind generators and hydrogenerators are: low efficiency associated with losses on turbulence of the air or water flow behind the working elements; limited speed range of air or water flow; the presence of a tipping moment and the associated difficulties in the installation of wind generators and hydro generators; environmental problems associated with the construction and operation of wind generators (high-frequency noise, radio interference, ecosystem disruption) or hydro generators (dams, dams, ecosystem disruption).
Известно устройство для преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу (см. патент США Ν°3995972 , МПК F 03 D 5/06, опубл. 07.12.1976), в котором одна или несколько лопаток приводятся в возвратно- поступательное перемещение с использованием устройства изменения угла атаки лопатки в конце каждого хода. A device is known for converting the kinetic energy of a fluid stream into useful work (see US Pat. No. 3,995,972, IPC F 03 D 5/06, publ. 12/07/1976), in which one or more blades are brought into reciprocating movement using a device for changing the angle of attack of the blade at the end of each turn.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность преобразования кинетической энергии воздушного потока в связи с потерями энергии потока на турбулизацию потока, преодоление механических усилий демпфирующих устройств торможения лопаток и на механические изменение угла атаки лопаток в конце каждого хода возвратно-поступательного движения. Это устройство не использует гармонических вращательных перемещений рабочих элементов и имеет только одну степень свободы. The disadvantage of this device is the low conversion efficiency of the kinetic energy of the air flow due to the loss of energy flow to turbulence the flow, overcoming the mechanical forces of the damping devices for braking the blades and mechanical changes in the angle of attack of the blades at the end of each stroke of the reciprocating motion. This device does not use harmonic rotational movements of the working elements and has only one degree of freedom.
Известны также технические решения (см.патент США 4184805 (Arnold), опубл. 22.01.1980), а также патент США JN°4347036 (МПК F 03 D 5/06, опубл. 1982), представляющий собой патент, выделенный из той же первоначальной заявки, и описывающий то же самое устройство, что и патент США 4184805, в этих патентах раскрывается способ преобразования кинетической энергии потока в полезную работу за счет противофазного движения соседних рабочих элементов при резонансных колебаниях каскада рабочих элементов, установленных с, по меньшей мере, двумя степенями свободы на неподвижной рамной конструкции консольно, параллельно друг другу с возможностью генерировать электроэнергию. Для возбуждения резонансных колебаний каскада рабочих элементов необходимо разместить указанные рабочие элементы в каскаде на оптимальном расстоянии между соседними рабочими элементами, необходимом для создания условий возникновения резонансных колебаний, достигнуть критической скорости потока и вызвать физическое «возмущение» рабочих элементов. Угол атаки рабочих элементов устанавливается постоянным с возможностью его механического регулирования в потоке. Technical solutions are also known (see US patent 4184805 (Arnold), publ. 01/22/1980), as well as US patent JN ° 4347036 (IPC F 03 D 5/06, publ. 1982), which is a patent isolated from the same of the original application, and describing the same device as US Pat. No. 4,184,805, these patents disclose a method for converting the kinetic energy of a flow into useful work due to the out-of-phase motion of adjacent work elements with resonant vibrations of the cascade of work elements installed with at least two degrees of freedom on a fixed frame It’s cantilevered design, parallel to each other with the ability to generate electricity. To excite resonant vibrations of the cascade of working elements, it is necessary to place these working elements in the cascade at the optimal distance between adjacent working elements, which is necessary to create conditions for the occurrence of resonant oscillations, to achieve a critical flow velocity and cause physical “disturbance” of the working elements. The angle of attack of the working elements is set constant with the possibility of mechanical control in the stream.
Недостатком описанных изобретений является низкая эффективность преобразования кинетической энергии потока в полезную работу, связанная с малыми амплитудами колебаний, с потерями энергии на демпфирование возвратно- поступательных перемещений при смене направления движения, на преодоление механического трения множества колеблющихся механических деталей, связей, подшипников, тяг, стержней и зубчатых передач, что делает невозможным коммерческое применение данных технических решений. Известен также наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому способ преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу и устройство для его осуществления (см.патент РФ N2 2362907, (публикация РСТ: WO 2006/130719 20061207) МПК F03D 5/06, опубл.27.07.2009г.), в котором описан способ, включающий размещение консольно установленных рабочих элементов (каскада крыльев) в потоке текучей среды в условиях взаимодействия с потоком текучей среды, при этом рабочие элементы устанавливают с, по меньшей мере, двумя степенями свободы и подают поток текучей среды для прохождения через каскад рабочих элементов и возбуждения флаттерных колебаний, усовершенствования включают установку каждого рабочего элемента с помощью индивидуального подвесного стержня навесным способом и поддержание всех указанных подвесных стержней параллельно друг другу; поддерживают вертикальность и параллелизм упомянутых рабочих элементов, которые достигаются с помощью монтажных средств обеспечения вращательного и поступательного движения при жестком удерживании рабочих элементов вертикальными и параллельными с помощью двухопорной подвески каждого крыла; рабочие элементы соединены через указанные подвесные стержни с гидравлическим приводом, посредством которого осуществляют мгновенное управление позиционированием указанных крыльев по смещению и углу наклона с помощью внешнего контроллера для обеспечения точно противофазного движения соседних крыльев и передачи вырабатываемой энергии от колеблющихся в флаттере крыльев к аккумулятору; передачу движения упомянутым рабочим элементам осуществляют с помощью гидравлического привода для передачи энергии от них к устройству для отбора мощности (аккумулятору); кроме того, осуществляют гидравлическое управление передачей указанной энергией от указанного гидравлического привода к указанному аккумулятору; обеспечивают возможность преобразования указанной энергии в электрическую мощность; управляют рабочими элементами путем создания циклических восстанавливающих сил и инерционной массы для возбуждения и поддержания флаттера указанных крыльев; для реализации описанного способа используется устройство содержащее консольно установленные рабочие элементы, имеющие возможность размещения в потоке текучей среды для обеспечения по меньшей мере двух степеней свободы, а также средства подачи указанного потока текучей среды для прохождения через рабочие элементы, множество подвесных стержней, причем каждый рабочий элемент установлен на индивидуальном подвесном стержне в форме консоли параллельно друг другу с помощью средств их поддержания в таком положении.; кроме того, устройство может содержать гибкий элемент, который является деформируемым под действием давления, создаваемого указанным потоком текучей среды, присоединен к рабочему элементу и проходит вдоль его задней кромки; возможен вариант устройства, при котором каждый рабочий элемент является самостоятельным и не связан с соседними для минимизации лобового сопротивления и вихреобразования; при другом варианте исполнения устройства монтажные средства для поддержания рабочих элементов объединены в одно целое с образованием легкосъемных и отсоединяемых модулей, где каждый модуль является съемным и заменяемым без прекращения работы соседнего крыла; устройство может включать двусторонний вращательный исполнительный механизм контроля угла наклона, расположенный внутри двустороннего линейного исполнительного механизма и насоса таким образом, что движение одного или многих рабочих элементов, соединенных с указанным модулем исполнительного механизма и насоса с помощью одного из упомянутых подвесных стержней, обеспечивает независимое и одновременное движение как по поперечной, так и по вращательной осям; рабочие элементы могут быть выполнены с закругленными концевыми участками на переднем крае для минимизации лобового сопротивления, закрылки, сформированные на их концах; деформируемый гибкий отдел выполнен вдоль по меньшей мере задней кромки для изменения их кривизны при предельных углах наклона крыла. Основным недостатком данного изобретения является низкая эффективность преобразования кинетической энергии потока в полезную работу, связанная с малой величиной амплитуды колебаний рабочих элементов, ограниченной возможностью возникновения вынужденных резонансных колебаний соседних рабочих элементов, обусловленных расстояниями между соседними рабочими элементами, при оптимальной величине которых появляется возможность возникновения условий резонансного колебания всех рабочих элементов (при наличии и других составляющих, таких как плотность и критическая скорость потока, совпадение собственных частот колебаний рабочих элементов с частотными характеристиками потока, упругие свойства материала, условия закрепления, наличие внешних возмущений и т.д.). Низкая эффективность преобразования обусловлена также потерями кинетической энергии потока текучей среды (или потерей скорости потока на выходе из устройства по сравнению со скоростью потока на входе в устройство), связанными с турбулизацией потока при его взаимодействии с колеблющимися элементами, потерями, связанными с частичным использованием полученной полезной работы на демпфирование энергии движения поршней каждого рабочего элемента при остановке поршней и смене направления движения, на поддержание параллельности каждого рабочего элемента, на установку и поддержание противофазного движения соседних рабочих элементов, на создание циклических восстанавливающих сил для возбуждения и поддержания резонансных колебаний. The disadvantage of the described inventions is the low efficiency of converting the kinetic energy of the flow into useful work associated with small amplitudes of oscillations, with energy losses due to damping of reciprocating movements when changing the direction of movement, to overcome mechanical friction of many oscillating mechanical parts, couplings, bearings, rods, rods and gears, which makes it impossible to commercialize these technical solutions. Also known is the closest in technical essence to the proposed method for converting the kinetic energy of the fluid flow into useful work and a device for its implementation (see RF patent N2 2362907, (PCT publication: WO 2006/130719 20061207) IPC F03D 5/06, publ. July 27, 2009), which describes a method involving placing cantilever mounted working elements (cascade of wings) in a fluid flow under conditions of interaction with a fluid flow, while working elements are installed with at least two degrees of freedom and served by approx fluid to pass through the cascade of the working elements and excitation flutter, enhancements include installation of each working element via an individual rod suspended half way and maintaining all of said suspension bars parallel to each other; maintain the verticality and parallelism of the said working elements, which are achieved by means of mounting means for providing rotational and translational motion while rigidly holding the working elements vertical and parallel with the help of a double support of each wing; the working elements are connected through these suspended rods with a hydraulic drive, by means of which they instantly control the positioning of these wings by offset and angle using an external controller to ensure exactly the out-of-phase movement of the adjacent wings and transfer the generated energy from the wings oscillating in the flutter to the battery; motion transmission to said working elements is carried out by means of a hydraulic drive for transmitting energy from them to a power take-off device (battery); in addition, carry out hydraulic control of the transmission of the specified energy from the specified hydraulic drive to the specified battery; provide the ability to convert the specified energy into electrical power; control the working elements by creating cyclic restoring forces and inertial mass to excite and maintain the flutter of these wings; to implement the described method, a device is used comprising cantilever mounted working elements that can be placed in a fluid stream to provide at least two degrees of freedom, as well as means for supplying a specified fluid stream for passing through the working elements, a plurality of suspension rods, each working element mounted on an individual hanging rod in the form of a console parallel to each other using their means maintaining in that position .; in addition, the device may contain a flexible element that is deformable under the pressure generated by the specified fluid flow, attached to the working element and runs along its trailing edge; a variant of the device is possible in which each working element is independent and not connected with neighboring ones to minimize drag and vortex formation; with another embodiment of the device, the mounting means for supporting the working elements are integrated into the formation of easily removable and detachable modules, where each module is removable and replaceable without interrupting the operation of the adjacent wing; the device may include a two-sided rotary actuator for controlling the angle of inclination located inside the two-sided linear actuator and pump in such a way that the movement of one or many working elements connected to the specified module of the actuator and pump using one of the said suspension rods provides independent and simultaneous movement along both the transverse and rotational axes; working elements can be made with rounded end sections on the front edge to minimize drag, flaps formed at their ends; a deformable flexible section is made along at least a trailing edge to change their curvature at limiting wing angles. The main disadvantage of this invention is the low efficiency of converting the kinetic energy of the flow into useful work associated with a small amplitude of oscillations of the working elements, limited by the possibility of the occurrence of forced resonant vibrations of neighboring working elements, due to the distances between adjacent working elements, at the optimum value of which the possibility of resonant conditions fluctuations of all working elements (in the presence of other components, as the density and the critical flow rate, the coincidence of the natural oscillation frequencies of working elements with the frequency characteristics of the flow, the elastic properties of the material, fixing conditions, the presence of external disturbances, etc.). The low conversion efficiency is also caused by the loss of kinetic energy of the fluid flow (or by the loss of the flow velocity at the outlet of the device compared to the flow velocity at the inlet of the device) associated with turbulence of the flow during its interaction with oscillating elements, losses associated with the partial use of the obtained useful energy damping works the movement of the pistons of each working element when stopping the pistons and changing the direction of movement, to maintain the parallelism of each working element, to install and maintain the out-of-phase motion of adjacent working elements, to create cyclic restoring forces to excite and maintain resonant vibrations.
Законы вращательных и возвратно-поступательных перемещений каждого рабочего элемента зависят от нестационарных аэродинамических / гидродинамических сил и моментов, возникающих при взаимодействии колеблющихся рабочих элементов с потоком текучей среды, поэтому эти перемещения не являются гармоническими, законы их разные, нет повторяемости этих перемещений во времени, их можно только контролировать, но ими практически невозможно управлять.  The laws of rotational and reciprocal movements of each working element depend on unsteady aerodynamic / hydrodynamic forces and moments arising from the interaction of oscillating working elements with a fluid flow, therefore these movements are not harmonic, their laws are different, there is no repeatability of these movements in time, their can only be controlled, but they are almost impossible to control.
Недостатками изобретения по прототипу является также неустойчивость и сложность контроля предлагаемой колеблющейся резонансной системой, постоянно требующей внешних возмущающих сил для возбуждения и поддержания резонансных колебаний, требующей постоянной подстройки, подналадки и регулировки каждого параметра каждого колеблющегося рабочего элемента как по вращательным перемещениям, так и по возвратно-поступательным перемещениям.  The disadvantages of the invention according to the prototype is the instability and complexity of the control of the proposed oscillating resonant system, constantly requiring external disturbing forces to excite and maintain resonant vibrations, requiring constant adjustment, adjustment and adjustment of each parameter of each oscillating working element both in rotational movements and in reciprocal translational movements.
Падение кинетической энергии потока за рабочими элементами, обусловленное турбулизацией потока при его взаимодействии с колеблющимися рабочими элементами в случае возбуждения резонансных возмущений, делает невозможным наращивание снимаемой электрической мощности за счет размещения дополнительных рабочих элементов или устройств перед рассматриваемыми работающими элементами или за ними.  The fall in the kinetic energy of the flow behind the working elements, due to turbulence of the flow during its interaction with oscillating working elements in the case of excitation of resonant disturbances, makes it impossible to build up the removed electric power by placing additional working elements or devices in front of or behind the working elements under consideration.
Этот способ и устройство не обеспечивают преобразование кинетической энергии потока в полезную работу за счет движения одного рабочего элемента, не используют гармонических вращательных и возвратно-поступательных перемещений рабочих элементов с постоянной амплитудой, не используют также перемещение соседних рабочих элементов со сдвигом фаз, отличным от 180 градусов, не используют постоянного совпадения направления (ий) возвратно-поступательного (ых) перемещения (ий) рабочего (их) элемента (ов) с направлением вектора нормальной составляющей движущей силы потока.  This method and device do not provide the conversion of kinetic energy of the flow into useful work due to the movement of one work item, do not use harmonic rotational and reciprocating movements of work items with constant amplitude, do not also use the movement of adjacent work items with a phase shift other than 180 degrees , do not use the constant coincidence of the direction (s) of the reciprocating (s) movement (s) of the working (s) element (s) with the direction of the vector of the normal component driving force of the flow.
Техническим результатом предлагаемых способа и устройства преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу, объединенных единым изобретательским замыслом, является выравнивание скорости рабочего потока на входе и на выходе из устройства и, как следствие, отсутствие опрокидывающего момента, вследствие чего появляется возможность получения электрической энергии из любого потока практически без потери кинетической энергии самого потока, без нарушения экологической системы в месте монтажа устройства, без строительства сложных гидротехнических или монтажных сооружений; возможность получения полезной работы за счет размещения в потоке как одного, так и ее увеличения за счет размещения в потоке неограниченного количества аналогичных устройств. The technical result of the proposed method and device for converting the kinetic energy of the fluid flow into useful work, united by a single inventive concept, is to equalize the speed of the work flow on the entrance and exit of the device and, as a consequence, the absence of a tipping moment, which makes it possible to obtain electric energy from any stream with virtually no loss of kinetic energy of the stream itself, without disturbing the ecological system at the installation site of the device, without constructing complex hydraulic or installation structures; the possibility of obtaining useful work due to the placement of both one and its increase in the stream due to the placement of an unlimited number of similar devices in the stream.
Для получения этого результата в способе преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу, включающем размещение консольно установленных рабочих элементов в потоке текучей среды в условиях взаимодействия с потоком текучей среды, согласно изобретению рабочим элементам, размещенным в потоке текучей среды, сообщают гармонические вращательные и возвратно- поступательные перемещения; возможны варианты реализации предлагаемого способа, при котором на неподвижном основании устанавливают один рабочий элемент; возвратно-поступательные перемещения рабочего (их) элемента (ов) осуществляют в направлении, перпендикулярном направлению перемещения потока; возвратно- поступательные перемещения рабочего (их) элемента (ов) осуществляют в направлении, совпадающим с вектором нормальной составляющей движущей силы потока, результирующая составляющая которой направлена перпендикулярно боковой поверхности рабочего (их) элемента (ов); вращательные перемещения рабочего(их) элемента(ов ) осуществляют относительно оси их консольного закрепления; вращательные и возвратно-поступательные перемещения рабочего(их) элемента(ов) осуществляют со сдвигом по фазе; вращательные и возвратно-поступательные перемещения рабочего (их) элемента (ов) осуществляют с постоянными амплитудами; этот способ может быть реализован с помощью устройства, содержащего консольно установленные рабочие элементы, имеющие возможность размещения в потоке текучей среды, которое, согласно изобретению, выполнено одно- или многомодульным, при этом рабочий элемент, входящий в состав каждого модуля, установлен на неподвижном основании, закреплен консольно и неподвижно на шатуне кривошипно-шатунного механизма, ползун которого соединен с шатуном при помощи оси и имеет возможность совершать возвратно-поступательного перемещения по направляющей, а шатун шарнирно соединен с кривошипом, шарнирно связанным с валом, который в свою очередь шарнирно связан с неподвижным основанием и предназначен для передачи энергии вращения кривошипа на устройство для отбора мощности; возможны варианты выполнения устройства, когда рабочий элемент установлен с возможностью фиксированного поворота и вращательного перемещения относительно оси, на которой он закреплен; модули кинематически связаны между собой и имеют возможность работы со сдвигом фаз; кинематическая связь между модулями осуществлена при помощи передаточных механизмов, размещенных на валу с одной или противоположной стороны относительно неподвижного основания; оно состоит из парного числа модулей, а оси закрепления рабочих элементов каждой пары модулей имеют возможность перемещения в одной плоскости; оно снабжено поджимным соплом, предназначенным для увеличения объема и скорости потока при прохождении через указанные рабочие элементы, и диффузором, предназначенным для снижения давления потока на рабочие элементы, которые установлены, соответственно, перед рабочими элементами и за рабочими элементами по ходу движения потока. To obtain this result, in a method for converting the kinetic energy of a fluid stream into useful work, including arranging cantilever-mounted working elements in a fluid stream under conditions of interaction with a fluid stream, according to the invention, harmonic rotational and reciprocal messages are transmitted to the working elements placed in the fluid stream - translational movements; possible implementations of the proposed method, in which on a fixed base set one working element; reciprocating movements of the working element (s) are carried out in a direction perpendicular to the direction of flow movement; reciprocating movements of the working element (s) are carried out in the direction coinciding with the vector of the normal component of the driving force of the flow, the resulting component of which is directed perpendicular to the side surface of the working element (s); rotational movements of the working (their) element (s) are carried out relative to the axis of their cantilever fastening; rotational and reciprocating movements of the working element (s) are carried out with a phase shift; rotational and reciprocating movements of the working (their) element (s) are carried out with constant amplitudes; this method can be implemented using a device containing cantilever mounted working elements that can be placed in a fluid stream, which, according to the invention, is made single or multi-module, while the working element included in each module is mounted on a fixed base, fixed cantilever and motionless on the connecting rod of the crank mechanism, the slider of which is connected to the connecting rod using the axis and has the ability to make reciprocating movement along the guide, and the connecting rod is pivotally connected to the crank pivotally connected to the shaft, which, in turn, is pivotally connected to the fixed base and is intended to transmit the rotational energy of the crank to the power take-off device; options are possible the device when the working element is mounted with the possibility of a fixed rotation and rotational movement relative to the axis on which it is fixed; the modules are kinematically connected with each other and have the ability to work with phase shift; kinematic connection between the modules is carried out using gears placed on the shaft from one or the opposite side relative to the fixed base; it consists of a pair of modules, and the axis of fastening of the working elements of each pair of modules have the ability to move in the same plane; it is equipped with a pressing nozzle designed to increase the volume and flow rate when passing through these working elements, and a diffuser designed to reduce the pressure of the flow on the working elements, which are installed, respectively, in front of the working elements and behind the working elements in the direction of flow.
Вследствие реализации предлагаемых совокупностей признаков скорость рабочего потока на выходе из устройства практически не отличается от скорости рабочего потока на входе в устройство, что указывает на практическую неизменность кинетической энергии потока текучей среды при прохождении через устройство независимо от количества и расположения рабочих объектов по длине, ширине и высоте устройства; с увеличением площади или количества рабочих органов пропорционально возрастает снимаемая с устройства электроэнергия (устройство работает в режиме генератора) или увеличивается тяговое усилие устройства (устройство работает в режиме движителя), появляется возможность бесконечного наращивания снимаемой мощности любого потока текучей среды (в том числе речных, морских и океанских течений, водопадов, приливов-отливов, и т.п), кроме того отсутствуют скачки давления (повышение давления) на входе в устройство, что указывает на отсутствие опрокидывающего момента при монтаже устройства на крышах, мачтах, транспортных средствах, палубах судов и т.п. Т.е. возможна очень простая установка и эксплуатация этих устройств. Сохранение кинетической энергии потока практически неизменной на входе в устройство и на выходе из него позволяет производить монтаж и эксплуатацию любого количества и любой мощности устройств без нарушения экологической системы в данном регионе, без строительства сложных и дорогостоящих гидросооружений. Отсутствие турбулентности потока и ламинарное течение на выходе из устройства указывает на отсутствие критических и сверхкритических скоростей на рабочих элементах, что делает возможным эксплуатацию данных устройств без создания высокочастотных шумов или радиопомех, без вреда для здоровья человека, животных и растений. Следовательно, появляется возможность монтажа устройств в непосредственной близости от потребления электроэнергии, что ведет к существенному сокращению основных (линии электропередач, трансформаторы и подстанции) и эксплуатационных (потери на передачу электроэнергии, обслуживание линий электропередач и подстанций) затрат. Изготовление устройств и запасных частей к ним не требует применения сложных и дорогих материалов, надежность и работоспособность основных исполнительных механизмов подтверждена двухвековой практикой человечества, сами устройства просты и надежны в эксплуатации, совместимы с простыми и надежными программами управления, диагностирования и автоматизации. Применение устройств в качестве движителей на транспортных средствах приводит к существенному сокращению топлива на морских и речных судах или к увеличению скорости морских и речных судов при абсолютной экологической безопасности водной среды. Применение устройств в качестве генераторов электроэнергии на автомобилях, автобусах, трамваях, поездах, морских и речных судах также приводит к существенному сокращению потребления топлива и электроэнергии. Эксплуатация устройств исключает явления парниковых эффектов и вредных выбросов, исключает повышение температуры всей планеты и связанных с ним экологических катастроф. Due to the implementation of the proposed sets of features, the speed of the workflow at the outlet of the device is practically no different from the speed of the workflow at the entrance to the device, which indicates the practically unchanged kinetic energy of the fluid flow when passing through the device, regardless of the number and location of work objects in length, width and device height; with an increase in the area or number of working bodies, the electric energy removed from the device increases proportionally (the device operates in generator mode) or the traction force of the device (the device operates in propulsion mode) increases, it becomes possible to infinitely increase the removed power of any fluid flow (including river, sea and ocean currents, waterfalls, tides, etc.), in addition, there are no pressure surges (pressure increase) at the inlet of the device, which indicates the absence of casting moment when mounting the device on roofs, masts, vehicles, ship decks, etc. Those. very simple installation and operation of these devices is possible. Keeping the kinetic energy of the flow practically unchanged at the inlet and outlet of the device allows the installation and operation of any number and any power of devices without disturbing the ecological system in the region, without building complex and expensive hydraulic structures. The absence of flow turbulence and laminar flow at the outlet of the device indicates the absence of critical and supercritical speeds at the working elements, which makes it possible to operate these devices without creating high-frequency noise or radio interference, without harm to human health, animals and plants. Consequently, it becomes possible to install devices in the immediate vicinity of electricity consumption, which leads to a significant reduction in the main (power lines, transformers and substations) and operational (losses on electric power transmission, maintenance of power lines and substations). The manufacture of devices and spare parts for them does not require the use of complex and expensive materials, the reliability and performance of the main actuators is confirmed by the bicentennial practice of mankind, the devices themselves are simple and reliable in operation, compatible with simple and reliable control, diagnostics and automation programs. The use of devices as propulsors in vehicles leads to a significant reduction in fuel on sea and river vessels or to an increase in the speed of sea and river vessels with absolute ecological safety of the aquatic environment. The use of devices as generators of electricity on cars, buses, trams, trains, sea and river vessels also leads to a significant reduction in fuel and electricity consumption. The operation of the devices eliminates the effects of greenhouse effects and harmful emissions, eliminates the temperature rise of the entire planet and related environmental disasters.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ Общий термин «рабочий элемент» включает широкие понятия "крыло" в используемом здесь значении это "гидрокрыло", используемое в текущей воде, и "аэрокрыло", используемое для преобразования энергии ветра, или "лопасть", используемую для создания тягового усилия. Термин "крыло", подразумевающий неподвижные или вращающиеся рабочие элементы, используемые для создания подъемной силы для летательных аппаратов, неприменим в контексте данного изобретения. SUMMARY OF THE INVENTION The general term “work item” includes the broad terms “wing” as used herein, “wing” used in flowing water, and “wing” used to convert wind energy, or “blade” used to create traction. The term “wing”, meaning stationary or rotating work elements used to create lift for aircraft, is not applicable in the context of this invention.
Термин «неподвижное основание» предполагает жесткий каркас, на котором размещены исполнительные механизмы для осуществления гармонических вращательных и возвратно-поступательных перемещений и который может быть неподвижно закреплен относительно поверхности земли, или может быть закреплен на транспортном средстве, или выступать в роли плавучей платформы на воде. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ: на Фиг. 1 представлено одномодульное устройство, вид сбоку; на Фиг. 2 то же, вид со стороны расположения рабочего элемента; на Фиг. 3 представлено четырехмодульное устройство с четырьмя рабочими элементами, вид со стороны расположения рабочих элементов; на Фиг. 4 представлено четырехмодульное устройство, вид со стороны передаточных механизмов; на Фиг. 5 представлена схема работы устройства в режиме движителя судна (в разрезе); на Фиг. 6 представлена схема взаимодействия одномодульного устройства с потоком текучей среды; на Фиг. 7 представлена схема взаимодействия четырехмодульного устройства с потоком текучей среды; на Фиг. 8 представлена схема взаимодействия восьмимодульного устройства с потоком текучей среды; на Фиг. 9 представлена схема взаимодействия одномодульного устройства с потоком рабочей среды в режиме движителя судна; на Фиг. 10 представлено устройство, в котором в качестве исполнительных механизмов для осуществления взаимосвязанных между собой гармонических вращательных и возвратно-поступательных перемещений рабочего элемента, а также для осуществления фиксированного поворота рабочего элемента использованы кинематически не связанные между собой гидроцилиндры, управление которыми осуществлено при помощи обычных средств автоматизации и компьютерного программирования; на Фиг. 11 представлен вариант устройства, в котором в качестве исполнительных механизмов для осуществления взаимосвязанных между собой гармонических вращательных и возвратно-поступательных перемещений рабочих элементов использованы кинематически не связанные между собой исполнительные механизмы, выполненные в виде кривошипно-шатунного механизма для осуществления возвратно-поступательных перемещений рабочего элемента и в виде мотор-редуктора, установленного на валу для осуществления гармонических вращательных перемещений и фиксированного поворота рабочего элемента. The term "fixed base" means a rigid frame on which actuators are located for performing harmonic rotational and reciprocal movements and which can be fixedly mounted relative to the surface of the earth, or can be fixed on a vehicle, or act as a floating platform on water. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS: in FIG. 1 shows a single-module device, side view; in FIG. 2 the same, view from the location of the working element; in FIG. 3 shows a four-module device with four working elements, a view from the side of the location of the working elements; in FIG. 4 shows a four-module device, a view from the side of the transmission mechanisms; in FIG. 5 shows a diagram of the operation of the device in ship propulsion mode (sectional view); in FIG. 6 shows a diagram of the interaction of a single-module device with a fluid stream; in FIG. 7 shows a diagram of the interaction of a four-module device with a fluid flow; in FIG. 8 is a diagram of an interaction of an eight-module device with a fluid flow; in FIG. 9 shows a diagram of the interaction of a single-module device with the flow of a working medium in the mode of a ship propulsion; in FIG. 10 shows a device in which kinematically unrelated hydraulic cylinders are used, which are controlled by conventional automation means, as actuators for performing harmonic rotational and reciprocal movements of the working element, as well as for performing a fixed rotation of the working element computer programming; in FIG. 11 shows a variant of the device in which kinematically unrelated actuators made in the form of a crank mechanism for implementing reciprocating movements of the working element are used as actuators for performing interconnected harmonic rotational and reciprocating movements of the working elements in the form of a gear motor mounted on the shaft for harmonious rotational movements and is fixed th turn operating element.
Устройство для преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу (фиг. 1, 2) содержит консольно установленные рабочие элементы 1 , имеющие возможность размещения в потоке текучей среды 2, согласно изобретению оно выполнено в данном случае одномодульным, рабочий элемент 1 закреплен консольно и неподвижно на шатуне 3, установленного на неподвижном основании 4 кривошипно-шатунного механизма, ползун 5 которого соединен с шатуном 3 при помощи оси 6 и имеет возможность возвратно-поступательного перемещения по направляющей 7, а шатун 3 противоположным концом шарнирно соединен с кривошипом 8, кинематически связанным с установленным на этом же неподвижном основании одним концом вала 9, другой конец которого предназначен для передачи энергии вращения кривошипа 8 на устройство для отбора мощности (на фиг. не показано). Амплитуда возвратно-поступательных перемещений рабочих элементов 1 зависит от геометрических параметров кривошипа 8. Рабочий элемент 1 установлен под углом 90 градусов относительно шатуна 3 с углом атаки L относительно потока 2; на Фиг. 3 представлено четырехмодульное устройство с четырьмя рабочими элементами 1, установленными под углом 90 градусов относительно шатунов 3 с углом атаки L относительно потока 2; на Фиг. 4 представлено четырехмодульное устройство, вид со стороны передаточных механизмов, выполненных в виде шестерен 10, установленных на валах 9. На Фиг. 5 представлена схема работы устройства в режиме движителя судна (в разрезе), в котором неподвижное основание 4 представляет собой корпус судна, на котором размещены семь модулей, состоящих из рабочих элементов 1 , шатунов 3, кривошипов 8, передаточных шестерен 10, валов 9, ползунов 5, осей 6 и направляющих (на фигуре не показаны). Устройство снабжено поджимным соплом 11 и диффузором 12. A device for converting the kinetic energy of a fluid stream into useful work (Figs. 1, 2) contains cantilever mounted working elements 1 that can be placed in the fluid stream 2, according to the invention it is made in this case single-module, the working element 1 is fixed console and fixed on the connecting rod 3 mounted on a fixed base 4 of the crank mechanism, the slider 5 of which is connected to the connecting rod 3 using the axis 6 and has the possibility of reciprocating movement along the guide 7, and the connecting rod 3 with the opposite end is pivotally connected to the crank 8, kinematically connected with the crank mounted on the same fixed the base of one end of the shaft 9, the other end of which is designed to transfer rotational energy of the crank 8 to the power take-off device (not shown in FIG.). The amplitude of the reciprocating movements of the working elements 1 depends on the geometric parameters of the crank 8. The working element 1 is installed at an angle of 90 degrees relative to the connecting rod 3 with an angle of attack L relative to the stream 2; in FIG. 3 shows a four-module device with four working elements 1 installed at an angle of 90 degrees relative to the connecting rods 3 with an angle of attack L relative to stream 2; in FIG. 4 shows a four-module device, a view from the side of gears made in the form of gears 10 mounted on shafts 9. FIG. 5 is a diagram of the operation of the device in ship mover mode (sectional view), in which the fixed base 4 is a ship hull, on which seven modules are located, consisting of working elements 1, connecting rods 3, cranks 8, transmission gears 10, shafts 9, sliders 5, axles 6 and guides (not shown in the figure). The device is equipped with a squeezing nozzle 11 and a diffuser 12.
Кроме того, рабочий элемент 1 установлен с возможностью фиксированного поворота и вращательного перемещения вокруг оси 6, относительно которой он закреплен на шатуне 3, а геометрическая ось оси 6 находится в плоскости рабочего элемента 1. Это дает возможность устанавливать фиксированный угол сдвига фаз между вращательными и возвратно-поступательными перемещениями рабочих элементов 1 , необходимый для запуска устройства и его эффективной работы, а также для остановки устройства при проведении профилактических работ путем установки нулевого угла атаки всех рабочих элементов 1 относительно потока 2 (механизм фиксированного поворота на фигурах не показан).  In addition, the working element 1 is installed with the possibility of a fixed rotation and rotational movement around the axis 6, relative to which it is mounted on the connecting rod 3, and the geometric axis of the axis 6 is in the plane of the working element 1. This makes it possible to set a fixed phase angle between rotational and reciprocal - progressive movements of the working elements 1, necessary to start the device and its effective operation, as well as to stop the device during preventive work by setting zeros th angle of attack of the working elements relative to one stream 2 (the fixed gear rotating in the figures are not shown).
Предпочтительным вариантом предлагаемого устройства является вариант, когда оно состоит из нескольких упомянутых модулей (фиг. 3, 4), кинематически связанных между собой и имеющих возможность работы со сдвигом фаз. Кинематическая связь между модулями может быть осуществлена при помощи передаточных шестерен 10, размещенных на валу 9 с одной или противоположной стороны относительно неподвижного основания 4. Сдвиг фаз между модулями устанавливается при помощи передаточных шестерен 10.  The preferred option of the proposed device is the option when it consists of several of the mentioned modules (Fig. 3, 4), kinematically connected with each other and having the ability to work with phase shift. The kinematic connection between the modules can be carried out using gear gears 10 located on the shaft 9 from one or the opposite side relative to the fixed base 4. The phase shift between the modules is established using gear gears 10.
При еще одном варианте выполнения предлагаемого устройства (фиг. 8) оно состоит из парного числа модулей, а оси 6 (фиг. 1, 2) закрепления рабочих элементов 1 каждой пары модулей (фиг. 8) имеют возможность возвратно-поступательного перемещения в одной плоскости со сдвигом фаз 180 градусов. With another embodiment of the proposed device (Fig. 8), it consists of a pair of modules, and the axis 6 (Fig. 1, 2) of fixing the working elements 1 each pair of modules (Fig. 8) have the ability to reciprocate in the same plane with a phase shift of 180 degrees.
На фиг. 5 изображено устройство для работы в режиме движителя судна. Неподвижным основанием 4 служит корпус судна. Устройство может быть снабжено поджимным соплом 11 , предназначенным для увеличения объема и скорости потока 2, и диффузором 12, предназначенным для снижения давления потока 2 на рабочие элементы 1 , которые установлены, соответственно, перед рабочими элементами 1 и за рабочими элементами 1 по ходу движения потока (по ходу движения судна). Судовой двигатель 13 является генератором механической энергии, которое рабочими элементами 1 преобразовывается в усилие тяги 14.  In FIG. 5 shows a device for operating in a ship propulsion mode. Fixed base 4 is the hull of the vessel. The device can be equipped with a squeezing nozzle 11, designed to increase the volume and flow rate 2, and a diffuser 12, designed to reduce the pressure of the stream 2 on the working elements 1, which are installed, respectively, in front of the working elements 1 and behind the working elements 1 in the direction of flow (in the direction of the vessel). The marine engine 13 is a generator of mechanical energy, which is converted by working elements 1 into a thrust force 14.
При еще одном варианте выполнения предлагаемого устройства (фиг. 10) в качестве исполнительных механизмов для осуществления взаимосвязанных между собой гармонических вращательных и возвратно-поступательных перемещений рабочих элементов 1, а также для осуществления фиксированного поворота рабочих элементов 1 применяют кинематически не связанные между собой гидроцилиндр 15, осуществляющий возвратно-поступательные перемещения относительно направляющих 7, и подвижную каретку 16 с гидравлическим приводом (на фигуре не показан) поворота рабочего элемента 1 , осуществляющую вращательные перемещения относительно оси 6 закрепления рабочего элемента 1. Управление исполнительными механизмами осуществляют при помощи обычных средств автоматизации и компьютерного программирования.  With another embodiment of the proposed device (Fig. 10) as actuators for the implementation of interconnected harmonic rotational and reciprocating movements of the working elements 1, as well as for the fixed rotation of the working elements 1, kinematically unconnected hydraulic cylinder 15 is used, performing reciprocating movements relative to the guides 7, and a movable carriage 16 with a hydraulic drive (not shown) the rotation of the slave other element 1, performing rotational movements relative to the axis 6 of fixing the working element 1. The control of the actuators is carried out using conventional automation and computer programming.
При еще одном варианте выполнения предлагаемого устройства (фиг. 11) в качестве исполнительных механизмов для осуществления взаимосвязанных между собой гармонических вращательных и возвратно-поступательных перемещений рабочих элементов 1, а также для осуществления фиксированного поворота рабочего элемента 1 применяют кинематически не связанные между собой кривошипно-шатунный механизм для осуществления возвратно-поступательных перемещений рабочего элемента 1, и подвижную каретку 16 с механическим приводом в виде мотор-редуктора (на фигуре не показан) поворота рабочего элемента 1, установленного на оси 6 для осуществления гармонических вращательных перемещений и фиксированного поворота рабочего элемента 1  In yet another embodiment of the proposed device (Fig. 11), kinematically unrelated crank-connecting rods are used as actuators for performing interconnected harmonic rotational and reciprocal movements of the working elements 1, as well as for performing a fixed rotation of the working element 1 a mechanism for implementing reciprocating movements of the working element 1, and a movable carriage 16 with a mechanical drive in the form of a gear motor (on fi gure (not shown) of rotation of the working element 1 mounted on the axis 6 for the implementation of harmonic rotational movements and a fixed rotation of the working element 1
Способ преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу осуществляется в процессе работы предлагаемого устройства следующим образом. Рабочий элемент 1 размещают в потоке текучей среды 2 под углом L относительно движения потока 2 с возможностью совершать возвратно- поступательные перемещения в направлении, перпендикулярном направлению движения потока 2, и вращательного перемещения вокруг оси 6, относительно которой рабочий элемент 1 закреплен на шатуне 3, а геометрическая ось оси 6 находится в плоскости рабочего элемента 1 (фиг. 1, 2). Поток текучей среды 2 (фиг. 6) воздействует на рабочий элемент 1 в положении «А» и создает усилие, перемещающее рабочий элемент 1 в направлении, перпендикулярном направлению движения потока 2 (направление перемещения указано стрелкой), и вращающее рабочий элемент 1 вокруг оси 6 (фиг. 1, 2), при этом вектор нормальной составляющей «Рп» движущей силы потока «Р» (фиг. 6) совпадает с направлением перемещения рабочего элемента 1, а результирующая «Рс» движущей силы потока «Р» направлена перпендикулярно боковой поверхности рабочего элемента 1. Угол «L» между рабочим элементом 1 и направлением движения потока уменьшается, при этом уменьшается и величина воздействия потока 2 на рабочий элемент 1. В положении «В» рабочий элемент 1 меняет направление перемещения на противоположное, при этом угол «L» = 0, воздействие потока 2 на рабочий элемент 1 отсутствует, а положение «В» рабочий элемент проходит по инерции за счет энергии вращения кривошипа 8 (фиг. 1, 2). После прохождения положения «В» (фиг. 6) угол «L» становится отличным от нуля, соответственно, возникает усилие, совпадающее с инерционным усилием воздействия кривошипа 8 (фиг. 1, 2) и перемещающее рабочий элемент 1 в положение «С» (фиг. 6), угол «L» возрастает, при этом вектор нормальной составляющей «Рп» движущей силы потока «Р» совпадает с направлением перемещения рабочего элемента 1, а результирующая «Рс» движущей силы потока «Р» направлена перпендикулярно боковой поверхности рабочего элемента 1. Максимальное воздействие потока 2 на рабочий элемент 1 в положении «А» и «С», при этом угол «L» достигает максимума и становится равным 45 градусам (в данном случае). После прохождения положения «С» угол «L» уменьшается, соответственно, уменьшается величина воздействия потока 2 на рабочий элемент 1. В положении «D» рабочий элемент 1 меняет направление перемещения на противоположное, при этом угол «L» = 0, воздействие потока 2 на рабочий элемент 1 отсутствует, а положение «D» рабочий элемент 1 проходит по инерции за счет энергии вращения кривошипа 8 (фиг. 1, 2). После прохождения положения «D» (фиг. 6) угол «L» становится отличным от нуля, соответственно, возникает усилие, совпадающее с инерционным усилием воздействия кривошипа 8 (фиг. 1, 2) и перемещающее рабочий элемент 1 в положение «А» (фиг. 6), угол «L» возрастает, при этом вектор нормальной составляющей «Рп» движущей силы потока «Р» совпадает с направлением перемещения рабочего элемента 1, а результирующая «Рс» движущей силы потока «Р» направлена перпендикулярно боковой поверхности рабочего элемента 1. Далее процесс повторяется. A method of converting the kinetic energy of a fluid stream into useful work is carried out in the process of operation of the proposed device as follows. The working element 1 is placed in the fluid stream 2 at an angle L relative to the movement of flow 2 with the possibility of reciprocating movements in a direction perpendicular to the direction of movement of flow 2, and rotational movement around axis 6, relative to which the working element 1 is mounted on the connecting rod 3, and the geometric axis of the axis 6 is in the plane of the working element 1 (Fig. . 12). The flow of fluid 2 (Fig. 6) acts on the working element 1 in position "A" and creates a force that moves the working element 1 in the direction perpendicular to the direction of flow 2 (the direction of movement is indicated by an arrow), and the rotating working element 1 around axis 6 (Fig. 1, 2), while the vector of the normal component "Pn" of the driving force of the flow "P" (Fig. 6) coincides with the direction of movement of the working element 1, and the resulting "Pc" of the driving force of the flow "P" is directed perpendicular to the side surface work item 1. Angle "L" m I wait for the working element 1 and the direction of flow decreases, while the magnitude of the effect of flow 2 on the working element 1 decreases. In position "B", the working element 1 changes the direction of movement to the opposite, while the angle "L" = 0, the effect of flow 2 on the working element 1 is absent, and the position "B" the working element is inertia due to the rotation energy of the crank 8 (Fig. 1, 2). After passing the position "B" (Fig. 6), the angle "L" becomes nonzero, accordingly, a force appears that coincides with the inertial force of the action of the crank 8 (Fig. 1, 2) and moves the working element 1 to position "C" ( Fig. 6), the angle "L" increases, while the vector of the normal component "Pn" of the driving force of the flow "P" coincides with the direction of movement of the working element 1, and the resulting "Pc" of the driving force of the flow "P" is directed perpendicular to the side surface of the working element 1. The maximum impact of stream 2 on the working lement 1 at position "A" and "C", the angle «L» reaches a maximum and is equal to 45 degrees (in this case). After passing the position “C”, the angle “L” decreases, respectively, the magnitude of the effect of flow 2 on the working element 1 decreases. In position “D” the working element 1 changes the direction of movement to the opposite, while the angle “L” = 0, the effect of flow 2 on the working element 1 is absent, and the position "D" the working element 1 passes by inertia due to the rotation energy of the crank 8 (Fig. 1, 2). After passing through the position "D" (Fig. 6), the angle "L" becomes non-zero, accordingly, a force appears that coincides with the inertial force of the action of the crank 8 (Fig. 1, 2) and moves the working element 1 to position "A" ( Fig. 6), the angle "L" increases, while the vector of the normal component "Pn" of the driving force of the flow "P" coincides with the direction of movement of the working element 1, and the resulting "Pc" of the driving force of the flow "P" is directed perpendicular to the side surface of the working element 1. Next, the process is repeated.
Для уменьшения неравномерности движения рабочего элемента 1 (фиг. 1, 2), связанного с изменением движения ползуна 5 при прохождении «мертвых» точек (положения «В» и «Д» фиг. 6), а также для повышения надежности и эффективности работы устройства при взаимодействии с потоком 2 на неподвижном основании 4 (фиг. 3, 4) может быть размещено несколько (например, четыре) модулей. Схема равномерного колебательного перемещения рабочих элементов 1 устройства, обеспечивающая гарантированный режим самовозбуждающихся колебаний типа «флаттер» при взаимодействии с потоком 2, представлена на фиг. 7. Стрелками показаны направления возвратно-поступательных перемещений рабочих элементов 1, происходящих за счет воздействия потока 2 на рабочие элементы 1. Угол сдвига фаз между перемещениями соседних рабочих элементов 1 устанавливают механически путем соответствующего расположения передаточных шестерен 10 (фиг. 4) в зависимости от поставленной задачи. В данном примере (фиг. 7) угол сдвига фаз между перемещениями соседних рабочих элементов 1 равен 90 градусов. Рабочий поток 2 (фиг. 7) взаимодействует с рабочими элементами 1/1, 1/2, 1/3 и 1/4 четырехмодульного устройства, при этом (позиция А - начальный момент времени) воздействие на рабочий элемент 1/1 максимально (положение 1/1(1), угол L = max), воздействия на рабочий элемент 1/2 поток 2 не оказывает (положение 1/2(1), угол L = 0), воздействие потока на рабочий элемент 1/3 максимально (положение 1/3(1), угол L = шах, направление перемещения прямо противоположно направлению перемещения рабочего элемент 1/1), воздействия на рабочий элемент 1/4 поток 2 не оказывает (положение 1/4(1), угол L = 0). При повороте кривошипа 8 на 90 градусов (фиг. 3) рабочие элементы 1/1 и 1/3 (фиг. 7, позиция В - поворот кривошипа 8 на 90 градусов относительно начального момента времени) займут положение 1/1(2) и 1/3(2) соответственно, при которых отсутствует их взаимодействие с потоком 2, так как углы L = 0, в то время как рабочие элементы 1/2 и 1/4 займут положения и 1/2(2) и 1/4(2) соответственно, при которых воздействие потока 2 на эти рабочие элементы будет максимальным за счет максимального угла атаки L. Далее процесс движения повторяется (фиг. 7, позиция С - поворот кривошипа 8 на 180 градусов относительно начального момента времени и D - поворот кривошипа 8 на 270 градусов относительно начального момента времени) через каждые 90 градусов вращения кривошипа 8 (фиг. 3) по вышеприведенной схеме. При этом суммарное усилие, передающееся на передаточную шестерню 10 (фиг. 4), будет равным суммарному усилию воздействия потока 2 на все рабочие элементы 1 устройства одновременно. To reduce the uneven movement of the working element 1 (Fig. 1, 2) associated with a change in the movement of the slider 5 during the passage of the "dead" points (position "B" and "D" of Fig. 6), as well as to increase the reliability and efficiency of the device when interacting with stream 2, several (for example, four) modules can be placed on a fixed base 4 (Fig. 3, 4). The scheme of uniform vibrational movement of the working elements 1 of the device, providing a guaranteed mode of self-excited oscillations of the "flutter" type when interacting with stream 2, is shown in FIG. 7. The arrows show the directions of the reciprocating movements of the working elements 1, due to the influence of the flow 2 on the working elements 1. The phase angle between the movements of adjacent working elements 1 is set mechanically by the appropriate arrangement of the gears 10 (Fig. 4) depending on the set tasks. In this example (Fig. 7), the phase angle between the movements of adjacent work elements 1 is 90 degrees. Work stream 2 (Fig. 7) interacts with work items 1/1, 1/2, 1/3 and 1/4 of a four-module device, while (position A is the initial moment of time) the effect on work item 1/1 is maximum (position 1/1 (1), angle L = max), no effect on the working element 1/2 flow 2 (position 1/2 (1), angle L = 0), the effect of the flow on the working element 1/3 maximum (position 1/3 (1), angle L = check, the direction of movement is directly opposite to the direction of movement of the working element 1/1), the 1/4 flow 2 does not affect the working element (position 1/4 (1), angle L L = 0). When the crank 8 is rotated 90 degrees (Fig. 3), the working elements 1/1 and 1/3 (Fig. 7, position B is the crank 8 is rotated 90 degrees relative to the initial point in time) will take the position 1/1 (2) and 1 / 3 (2), respectively, for which there is no interaction with stream 2, since the angles are L = 0, while the working elements 1/2 and 1/4 will occupy the positions and 1/2 (2) and 1/4 ( 2) accordingly, in which the effect of flow 2 on these work items will be maximum due to the maximum angle of attack L. Next, the movement process is repeated (Fig. 7, position C is the rotation of crank 8 by 18 0 degrees relative to the initial moment of time and D - rotation of the crank 8 by 270 degrees relative to the initial moment of time) every 90 degrees of rotation of the crank 8 (Fig. 3) according to the above scheme. In this case, the total force transmitted to the transmission gear 10 (Fig. 4) will be equal to the total force exerted by the flow 2 on all working elements 1 of the device at the same time.
С целью увеличения эффективности преобразования энергии потока 2 рабочие элементы 1 могут располагаться не только вдоль по потоку (фиг. 3), но и по другой схеме. Схема взаимодействия восьмимодульного устройства, в которой оси 6 закрепления рабочих элементов 1 каждой пары модулей совершают возвратно- поступательные перемещения в одной плоскости со сдвигом фаз 180 градусов, представлена на фиг. 8. Рабочий поток 2, воздействуя на рабочие элементы 1\1 и 1/2 (поз. А), перемещает их навстречу друг другу, поджимая объем потока 2, расположенного в воображаемой камере 1/1-1/1-1/2-1/2. В это время рабочие элементы 1/3 и 1/4 (поз. В) находятся в нейтральном положении (угол L = 0), готовые начать движение (сжатие потока 2, расположенного в воображаемой камере 1/3-1/3-1/4-1/4); рабочие элементы 1/5 и 1/6 (поз. С) движутся в противоположные стороны, создавая разряжение в воображаемой камере 1/5-1/5-1/6-1/6 и способствуя увеличению энергии движения потока 2, а рабочие элементы 1/7 и 1/8 (поз. D) находятся в нейтральном положении, готовые начать движение в противоположные стороны, тем самым создавая благоприятные условия для дальнейшего движения потока 2. Таким образом происходит увеличение кинетической энергии движения потока 2 за рабочими элементами 1, следовательно, увеличивается и полезная работа устройства.  In order to increase the energy conversion efficiency of the stream 2, the working elements 1 can be located not only along the stream (Fig. 3), but also according to another scheme. The interaction scheme of the eight-module device, in which the axis 6 of fixing the working elements 1 of each pair of modules make reciprocating movements in one plane with a phase shift of 180 degrees, is shown in FIG. 8. Work flow 2, acting on work elements 1 \ 1 and 1/2 (pos. A), moves them towards each other, compressing the volume of flow 2 located in an imaginary chamber 1 / 1-1 / 1-1 / 2- 1/2. At this time, the working elements 1/3 and 1/4 (pos. B) are in the neutral position (angle L = 0), ready to start moving (compression of the stream 2 located in the imaginary chamber 1 / 3-1 / 3-1 / 4-1 / 4); working elements 1/5 and 1/6 (pos. C) move in opposite directions, creating a vacuum in the imaginary chamber 1 / 5-1 / 5-1 / 6-1 / 6 and contributing to an increase in the energy of flow 2, and the working elements 1/7 and 1/8 (pos. D) are in a neutral position, ready to start moving in opposite directions, thereby creating favorable conditions for further movement of flow 2. Thus, the kinetic energy of flow 2 increases behind the working elements 1, therefore , increases and useful work of the device.
Для использования устройства в режиме движителя (фиг. 5) необходимо подвести механическую (электрическую) энергию от двигателя (электродвигателя) 13 на вал 9, передаточные шестерни 10 и кривошип 8. Вращательное движение кривошипа 8 через шатун 3 преобразуется в гармонические вращательные и возвратно-поступательные перемещения рабочих элементов 1, которые, взаимодействуя с рабочим телом (жидкостью или газом), создают усилие тяги «FT» (фиг. 9), передвигающее транспортное средство (водное, наземное или воздушное) в направлении 14, перпендикулярном направлению возвратно-поступательных перемещений рабочих элементов 1. При этом вектор нормальной составляющей «Fn» усилия тяги «FT» противоположен направлению перемещения рабочего элемента 1, а результирующая «Fc» усилия тяги «FT» направлена перпендикулярно боковой поверхности рабочего элемента 1. Направление движения потока 2, возникающего вследствие воздействия рабочих элементов 1 на рабочее тело (жидкость или газ), противоположно направлению усилия тяги «FT» судна, а вектор нормальной составляющей «Рп» движущей силы потока «Р» совпадает с направлением перемещения рабочего элемента 1. Для увеличения эффективности преобразования механической энергии судового двигателя в усилие тяги «FT» движения судна на входе в устройство перед рабочими элементами 1 возможна установка поджимного сопла 11, предназначенного для увеличения объема и скорости потока 2, а на выходе из устройства за рабочими элементами 1 возможна установка диффузора 12, предназначенного для снижения давления потока 2 на рабочие элементы 1 (фиг. 5). To use the device in the propulsion mode (Fig. 5), it is necessary to supply mechanical (electrical) energy from the engine (electric motor) 13 to the shaft 9, the transmission gears 10 and the crank 8. The rotational movement of the crank 8 through the connecting rod 3 is converted into harmonic rotational and reciprocating the movement of the working elements 1, which, interacting with the working fluid (liquid or gas), create a traction force "FT" (Fig. 9), moving the vehicle (water, land or air) in a direction 14 perpendicular to to the board of the reciprocating movements of the working elements 1. In this case, the vector of the normal component “Fn” of the thrust force “FT” is opposite to the direction of movement of the working element 1, and the resulting “Fc” of the thrust force “FT” is directed perpendicular to the lateral surface of the working element 1. Direction of flow 2, arising from the action of the working elements 1 on the working fluid (liquid or gas), opposite the direction of the thrust force “FT” of the vessel, and the vector of the normal component “Рп” of the driving force of the flow “Р” coincides with the direction of movement of the working element 1. To increase the efficiency of conversion of mechanical energy of the ship engine into the thrust force “FT” of the vessel at the entrance to the device working elements 1, it is possible to install a squeezing nozzle 11, designed to increase the volume and flow rate 2, and at the exit from the device behind the working elements 1, it is possible to install a diffuser 12, designed to reduce pressure Flow Adjustment 2 on the working elements 1 (Fig. 5).
Схема преобразовании механической энергии судового двигателя 13 (фиг. 5) в усилие тяги «FT» (полезную работу) движения судна (транспортного средства) на примере взаимодействия одномодульного устройства в режиме движителя судна с рабочей средой (жидкостью или газом) представлена на фиг. 9, при этом направление движения потока 2 противоположно направлению усилия тяги «FT» движения судна. Устройство работает следующим образом. Рабочий элемент 1 размещают в рабочей текучей среде (жидкость или газ) под углом L относительно оси судна с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения в направлении, перпендикулярном оси судна, и вращательного перемещения вокруг оси 6, относительно которой рабочий элемент 1 закреплен на шатуне 3, а геометрическая ось оси 6 находится в плоскости рабочего элемента 1 (фиг. 5). Механическая энергия судового двигателя через передаточные механизмы 9, 10, 8 и 3 преобразуется в гармонические вращательные и возвратно-поступательные перемещения рабочих элементов 1, которые, взаимодействуя с рабочим телом (жидкостью или газом), создают усилие тяги «FT» (фиг. 9), передвигающее транспортное средство (водное, наземное или воздушное) в направлении 14, перпендикулярном направлению возвратно-поступательных перемещений рабочих элементов 1. Рабочий элемент 1 воздействует на рабочую среду (жидкость) в положении «А» и создает усилие, перемещающее рабочую среду в направлении 2, перпендикулярном направлению поступательного перемещения оси 6 закрепления рабочего элемента 1, вокруг которой рабочий элемент 1 совершает и вращательное перемещение (фиг. 1, 2, 5), при этом вектор нормальной составляющей «Рп» движущей силы потока текучей среды «Р» (фиг. 9), возникающего вследствие воздействия рабочего элемента 1 на рабочую среду (жидкость), совпадает с направлением перемещения рабочего элемента 1, а результирующая «Рс» движущей силы потока «Р» направлена перпендикулярно боковой поверхности рабочего элемента 1. Одновременно возникает усилие тяги «FT», направленное противоположно направлению движения потока «Р» и перемещающее судно вдоль его оси в направлении 14. Вектор нормальной составляющей усилия тяги «Fn» направлен в сторону, противоположную поступательному перемещению оси 6 закрепления рабочего элемента 1 (фиг. 1, 2, 5). Угол «L» между рабочим элементом 1 и направлением движения потока уменьшается, при этом уменьшается и величина воздействия рабочего элемента 1 на рабочую среду. В положении «В» (фиг. 9) рабочий элемент 1 меняет направление перемещения на противоположное, при этом угол «L» = 0, воздействие рабочего элемента 1 на рабочую среду отсутствует, а положение «В» рабочий элемент проходит по инерции за счет энергии вращения кривошипа 8 (фиг. 1 , 2, 5). После прохождения положения «В» (фиг. 9) угол «L» становится отличным от нуля, рабочий элемент 1 перемещается в положение «С», угол «L» возрастает, при этом возрастает воздействие рабочего элемента 1 на рабочую среду, перемещая ее в направлении, перпендикулярном направлению поступательного перемещения оси 6 закрепления рабочего элемента 1, вокруг которой рабочий элемент 1 совершает и вращательное перемещение (фиг. 1, 2, 5), вектор нормальной составляющей «Рп» движущей силы потока «Р» (фиг. 9) совпадает с направлением перемещения рабочего элемента 1, а результирующая «Рс» движущей силы потока «Р» направлена перпендикулярно боковой поверхности рабочего элемента 1. Усилие тяги движения судна «FT» направлено противоположно направлению движения потока «Р» и перемещает судно вдоль его оси в направлении 14. Максимальное воздействие рабочего элемента 1 на рабочую среду в положении «А» и «С», при этом угол «L» достигает максимума и становится равным 45 градусам (в данном случае). После прохождения положения «С» угол «L» уменьшается, соответственно, уменьшается величина воздействия рабочего элемента 1 на рабочую среду. В положении «Д» рабочий элемент 1 меняет направление перемещения на противоположное, при этом угол «L» = 0, воздействие рабочего элемента 1 на рабочую среду отсутствует, а положение «Д» рабочий элемент 1 проходит по инерции за счет энергии вращения кривошипа 8 (фиг. 1, 2, 5). После прохождения положения «Д» (фиг. 9) угол «L» становится отличным от нуля, рабочий элемент 1 перемещается в положение «А», угол «L» возрастает, при этом вектор нормальной составляющей «Рп» движущей силы потока «Р» совпадает с направлением перемещения рабочего элемента 1, а результирующая «Рс» движущей силы потока «Р» направлена перпендикулярно боковой поверхности рабочего элемента 1. Усилие тяги «FT» перемещает судно в направлении 14, противоположном направлению движения потока 2 вдоль оси судна. Вектор нормальной составляющей усилия тяги «Fn» направлен в сторону, противоположную поступательному перемещению оси 6 закрепления рабочего элемента 1 (фиг. 1, 2, 5). Далее процесс повторяется. The scheme for converting the mechanical energy of the ship engine 13 (Fig. 5) into the traction force “FT” (useful work) of the vessel (vehicle) movement using the example of the interaction of a single-module device in ship propulsion mode with a working medium (liquid or gas) is shown in FIG. 9, while the direction of flow 2 is opposite to the direction of the thrust force “FT” of the vessel. The device operates as follows. The working element 1 is placed in a working fluid (liquid or gas) at an angle L relative to the axis of the vessel with the possibility of reciprocating movements in the direction perpendicular to the axis of the vessel, and rotational movement around axis 6, relative to which the working element 1 is mounted on the connecting rod 3, and the geometric axis of the axis 6 is in the plane of the working element 1 (Fig. 5). The mechanical energy of the marine engine through the transmission mechanisms 9, 10, 8 and 3 is converted into harmonic rotational and reciprocating movements of the working elements 1, which, interacting with the working fluid (liquid or gas), create a traction force "FT" (Fig. 9) moving a vehicle (water, land or air) in a direction 14 perpendicular to the direction of reciprocating movements of the working elements 1. The working element 1 acts on the working medium (liquid) in position "A" and creates a force, moving the working medium in the direction 2, perpendicular to the direction of translational movement of the axis 6 of fixing the working element 1, around which the working element 1 performs rotational movement (Fig. 1, 2, 5), while the vector of the normal component "Pn" is the driving force of the fluid flow "P" (Fig. 9), resulting from the action of the working element 1 on the working medium (liquid), coincides with the direction of movement of the working element 1, and the resulting "Pc" of the driving force of the flow "P" is directed perpendicular to the lateral rhnosti working member 1. At the same time there is an effort «FT» thrust towards the opposite the direction of flow "P" and the moving vessel along its axis in direction 14. The vector of the normal component of the thrust force "Fn" is directed to the side opposite to the translational movement of the axis 6 of the fastening of the working element 1 (Fig. 1, 2, 5). The angle "L" between the working element 1 and the direction of flow decreases, while decreasing the magnitude of the impact of the working element 1 on the working environment. In position "B" (Fig. 9), the working element 1 changes the direction of movement to the opposite, while the angle "L" = 0, there is no effect of the working element 1 on the working medium, and the position "B" the working element passes by inertia due to energy rotation of the crank 8 (Fig. 1, 2, 5). After passing the position "B" (Fig. 9), the angle "L" becomes non-zero, the working element 1 moves to position "C", the angle "L" increases, and the effect of the working element 1 on the working medium increases, moving it to the direction perpendicular to the direction of translational movement of the axis 6 of fixing the working element 1, around which the working element 1 performs rotational movement (Fig. 1, 2, 5), the vector of the normal component "Pn" of the driving force of the flow "P" (Fig. 9) coincides with the direction of movement of the work item 1, and the resulting "Pc" of the driving force of the flow "P" is directed perpendicular to the lateral surface of the working element 1. The thrust of the vessel "FT" is directed opposite to the direction of flow of the "P" and moves the vessel along its axis in direction 14. The maximum impact of the working element 1 to the working medium in positions “A” and “C”, while the angle “L” reaches a maximum and becomes equal to 45 degrees (in this case). After passing the position "C", the angle "L" decreases, respectively, decreases the magnitude of the impact of the working element 1 on the working environment. In the "D" position, the working element 1 changes the direction of movement to the opposite, while the angle "L" = 0, there is no effect of the working element 1 on the working medium, and the "D" position of the working element 1 passes by inertia due to the rotation energy of the crank 8 Fig. 1, 2, 5). After passing the position “D” (Fig. 9), the angle “L” becomes non-zero, the working element 1 moves to position “A”, the angle “L” increases, while the vector of the normal component “Pn” of the driving force of the flow “P” coincides with the direction of movement of the working element 1, and the resulting "Pc" of the driving force of the flow "P" is directed perpendicular to the lateral surface of the working element 1. Traction force "FT" moves the vessel in a direction 14 opposite to the direction of flow 2 along the axis of the vessel. The vector of the normal component of the thrust force "Fn" is directed to the side opposite to the translational movement of the axis 6 of fixing the working element 1 (Fig. 1, 2, 5). The process is then repeated.
Угол сдвига фаз между вращательными и возвратно-поступательными перемещениями выставляется в зависимости от требуемой задачи (в вышеприведенных конкретных схемах угол сдвига фаз равен 90 градусов). Угол сдвига фаз между перемещениями соседних модулей выставляется в зависимости от требуемой задачи (в вышеприведенных конкретных схемах угол сдвига фаз равен 90 или 180 градусов). Точно также, в зависимости от поставленной задачи (устройство работает в режиме генератора или движителя), возможно регулирование смещения центра тяжести (центра кручения) рабочего элемента 1, тем самым увеличивается крутящий момент, а, следовательно, и усилие, возникающее от взаимодействия рабочего тела (потока жидкости, газа или смеси) с рабочим элементом 1 устройства и передаваемое на генератор (устройство работает в режиме генератора), или от двигателя через устройство на рабочее тело (устройство работает в режиме движителя).  The phase angle between rotational and reciprocating movements is set depending on the desired task (in the above specific schemes, the phase angle is 90 degrees). The phase angle between the movements of adjacent modules is set depending on the desired task (in the above specific schemes, the phase angle is 90 or 180 degrees). Similarly, depending on the task (the device operates in the generator or propulsion mode), it is possible to regulate the displacement of the center of gravity (torsion center) of the working element 1, thereby increasing the torque, and, consequently, the force arising from the interaction of the working fluid ( the flow of liquid, gas or mixture) with the working element 1 of the device and transmitted to the generator (the device operates in generator mode), or from the engine through the device to the working fluid (the device operates in propulsion mode).
Схема работы устройства в режиме вентилятора аналогична схеме работы устройства в режиме движителя (фиг. 9).  The scheme of operation of the device in fan mode is similar to the scheme of operation of the device in mover mode (Fig. 9).
При еще одном варианте выполнения предлагаемого устройства (фиг. 10) в качестве исполнительных механизмов для осуществления взаимосвязанных между собой гармонических вращательных и возвратно-поступательных перемещений рабочих элементов 1, а также для осуществления фиксированного поворота рабочих элементов 1 применяют кинематически не связанные между собой гидроцилиндр 15, осуществляющий возвратно-поступательные перемещения рабочих элементов 1 относительно направляющих 7, и подвижную каретку 16 с гидравлическим приводом (на фигуре не показан) поворота рабочего элемента 1, осуществляющим вращательные перемещения рабочего элемента 1 относительно оси 6 закрепления рабочего элемента 1. Управление исполнительными механизмами осуществляют при помощи обычных средств автоматизации и компьютерного программирования.  With another embodiment of the proposed device (Fig. 10) as actuators for the implementation of interconnected harmonic rotational and reciprocating movements of the working elements 1, as well as for the fixed rotation of the working elements 1, kinematically unconnected hydraulic cylinder 15 is used, performing reciprocating movements of the working elements 1 relative to the guides 7, and a movable carriage 16 with a hydraulic drive (in the figure not cauldron) turning the operating member 1 performing the rotational movement of the operating member 1 with respect to the axis of fastening 6 of the working member 1. The actuator control is carried out by conventional means of automation and computer programming.
При еще одном варианте выполнения предлагаемого устройства (фиг. 11) в качестве исполнительных механизмов для осуществления взаимосвязанных между собой гармонических вращательных и возвратно-поступательных перемещений рабочих элементов 1, а также для осуществления фиксированного поворота рабочего элемента 1 применяют кинематически не связанные между собой кривошипно-шатунный механизм для осуществления возвратно-поступательных перемещений рабочего элемента 1, и подвижную каретку 16 с механическим приводом в виде мотор-редуктора (на фигуре не показан) поворота рабочего элемента 1, установленного на оси 6 для осуществления гармонических вращательных перемещений и фиксированного поворота рабочего элемента 1. In yet another embodiment of the proposed device (Fig. 11), kinematically unrelated crank-connecting rods are used as actuators for performing interconnected harmonic rotational and reciprocal movements of the working elements 1, as well as for performing a fixed rotation of the working element 1 mechanism for performing reciprocating movements of the worker element 1, and a movable carriage 16 with a mechanical drive in the form of a gear motor (not shown in the figure) rotation of the working element 1 mounted on the axis 6 for harmonic rotational movements and a fixed rotation of the working element 1.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Способ преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу, включающий консольное размещение рабочих элементов в потоке текучей среды в условиях взаимодействия с потоком текучей среды, отличающийся тем, что рабочим элементам, размещенным в потоке текучей среды, сообщают одновременно гармонические вращательные и возвратно-поступательные перемещения. 1. A method of converting the kinetic energy of a fluid stream into useful work, including cantilever placement of the working elements in the fluid stream under conditions of interaction with the fluid stream, characterized in that harmonic rotational and reciprocal are simultaneously transmitted to the working elements placed in the fluid stream translational movements.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на неподвижном основании устанавливают один рабочий элемент. 2. The method according to claim 1, characterized in that one fixed element is installed on a fixed base.
3. Способ по п. 1 или по п.2, отличающийся тем, что возвратно-поступательные перемещения рабочего (их) элемента (ов) осуществляют в направлении, перпендикулярном направлению перемещения потока. 3. The method according to p. 1 or p. 2, characterized in that the reciprocating movement of the working (their) element (s) is carried out in a direction perpendicular to the direction of flow.
4. Способ по п. 1 или по п.2, отличающийся тем, что возвратно-поступательные перемещения рабочего (их) элемента (о в) осуществляют в направлении, совпадающем с вектором нормальной составляющей движущей силы потока, результирующая составляющая которой направлена перпендикулярно боковой поверхности рабочего (их) элемента (ов). 4. The method according to p. 1 or p. 2, characterized in that the reciprocating movement of the working (their) element (about in) is carried out in the direction coinciding with the vector of the normal component of the driving force of the flow, the resulting component of which is directed perpendicular to the side surface work item (s).
5. Способ по п. 1 или по п.2, отличающийся тем, что вращательные перемещения рабочего (их) элемента (ов ) осуществляют относительно оси их консольного закрепления. 5. The method according to p. 1 or p. 2, characterized in that the rotational movement of the working (their) element (s) is carried out relative to the axis of their cantilever fastening.
6. Способ по п. 1 или по п.2, отличающийся тем, что вращательные и возвратно- поступательные перемещения рабочего (их) элемента (ов) осуществляют со сдвигом по фазе. 6. The method according to p. 1 or p. 2, characterized in that the rotational and reciprocating movements of the working (their) element (s) is carried out with a phase shift.
7. Способ по п. 1 или по п.2, отличающийся тем, что вращательные и возвратно- поступательные перемещения рабочего (их) элемента (ов) осуществляют с постоянными амплитудами. 7. The method according to p. 1 or p. 2, characterized in that the rotational and reciprocating movements of the working (their) element (s) are carried out with constant amplitudes.
8. Устройство для преобразования кинетической энергии потока текучей среды в полезную работу, содержащее консольно установленные рабочие элементы, имеющие возможность размещения в потоке текучей среды, отличающееся тем, что оно выполнено одно- или многомодульным, при этом рабочий элемент, входящий в состав каждого модуля, установлен на неподвижном основании и закреплен консольно и неподвижно на шатуне кривошипно-шатунного механизма, ползун которого соединен с шатуном при помощи оси и имеет возможность совершать возвратно-поступательного перемещения по направляющей, а шатун шарнирно соединен с кривошипом, шарнирно связанным с валом, который, в свою очередь, шарнирно связан с неподвижным основанием и предназначен для передачи энергии вращения кривошипа на устройство для отбора мощности. 8. A device for converting the kinetic energy of a fluid stream into useful work, comprising cantilever-mounted working elements having the possibility of placing a fluid in the flow, characterized in that it is made single- or multi-module, while the working element that is part of each module is mounted on a fixed base and mounted console and motionless on the connecting rod of the crank mechanism, the slider of which is connected to the connecting rod with the help of the axis and has the ability to make reciprocating movements along the guide, and the connecting rod is pivotally connected to a crank pivotally connected to a shaft, which, in turn, is pivotally connected to a fixed axis new and designed to transfer the energy of rotation of the crank to the device for power take-off.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что рабочий элемент установлен с возможностью фиксированного поворота и вращательного перемещения относительно оси, на которой он закреплен. 9. The device according to p. 8, characterized in that the working element is mounted with the possibility of a fixed rotation and rotational movement relative to the axis on which it is fixed.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что оно состоит из парного числа модулей, а оси закрепления рабочих элементов каждой пары модулей имеют возможность перемещения в одной плоскости.  10. The device according to p. 9, characterized in that it consists of a pair of modules, and the axis of fastening of the working elements of each pair of modules can move in the same plane.
11. Устройство по 8, отличающееся тем, что модули кинематически связаны между собой и имеют возможность работы со сдвигом фаз.  11. The device according to 8, characterized in that the modules are kinematically connected with each other and have the ability to work with phase shift.
12. Устройство по 11, отличающееся тем, что кинематическая связь между модулями осуществлена при помощи передаточных механизмов, размещенных на валу с одной или противоположной стороны относительно неподвижного основания.  12. The device according to 11, characterized in that the kinematic connection between the modules is carried out using gears located on the shaft from one or the opposite side relative to the fixed base.
13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно снабжено поджимным соплом, предназначенным для увеличения объема и скорости потока при прохождении через указанные рабочие элементы, и диффузором, предназначенным для снижения давления потока на рабочие элементы, которые установлены, соответственно, перед рабочими элементами и за рабочими элементами по ходу движения потока.  13. The device according to claim 10, characterized in that it is equipped with a squeezing nozzle designed to increase the volume and flow rate when passing through these working elements, and a diffuser designed to reduce the flow pressure on the working elements, which are installed, respectively, in front of the workers elements and behind the working elements in the direction of flow.
PCT/UA2011/000001 2010-01-19 2011-01-14 Method and apparatus for converting the kinetic energy from a stream of fluid medium WO2011090453A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201000505U UA49916U (en) 2010-01-19 2010-01-19 Device for transformation of kinetic energy of fluid medium flow to useful work
UAU201000505 2010-01-19
UAA201000506 2010-01-19
UAA201000506A UA98335C2 (en) 2010-01-19 2010-01-19 Method and device for conversion of kinetic energy of fluid medium flow to useful energy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011090453A1 true WO2011090453A1 (en) 2011-07-28

Family

ID=44307079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2011/000001 WO2011090453A1 (en) 2010-01-19 2011-01-14 Method and apparatus for converting the kinetic energy from a stream of fluid medium

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2011090453A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015176057A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Renerge, Inc. Fluid flow induced oscillating energy harvester with variable damping based upon oscillation amplitude
WO2015176059A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Renerge, Inc. Fluid flow induced oscillating energy harvester maximizing power output through off-center mounted toggling bluff body and/or suspension stiffening mechanism

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3616350A1 (en) * 1986-05-15 1987-11-19 Edward Vogel Device for converting wind power
DE19937965A1 (en) * 1998-08-25 2000-03-23 Guenter Freudenau Windmill with turning flaps which with changeover of inclination angle by wind are moved up-and-down in straight line and are mounted in carrying frames
RU2247859C1 (en) * 2003-09-15 2005-03-10 Красноярский государственный технический университет (КГТУ) Submersible free-flow microhydroelectric station
RU2341679C2 (en) * 2006-11-07 2008-12-20 Алексей Григорьевич Терентьев Motor used for utilising fluid medium energy

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3616350A1 (en) * 1986-05-15 1987-11-19 Edward Vogel Device for converting wind power
DE19937965A1 (en) * 1998-08-25 2000-03-23 Guenter Freudenau Windmill with turning flaps which with changeover of inclination angle by wind are moved up-and-down in straight line and are mounted in carrying frames
RU2247859C1 (en) * 2003-09-15 2005-03-10 Красноярский государственный технический университет (КГТУ) Submersible free-flow microhydroelectric station
RU2341679C2 (en) * 2006-11-07 2008-12-20 Алексей Григорьевич Терентьев Motor used for utilising fluid medium energy

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015176057A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Renerge, Inc. Fluid flow induced oscillating energy harvester with variable damping based upon oscillation amplitude
WO2015176059A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Renerge, Inc. Fluid flow induced oscillating energy harvester maximizing power output through off-center mounted toggling bluff body and/or suspension stiffening mechanism
US10294916B2 (en) 2014-05-16 2019-05-21 Renerge, Inc. Fluid flow induced oscillating energy harvester maximizing power output through off-center mounted toggling bluff body and/or suspension stiffening mechanism
US10378507B2 (en) 2014-05-16 2019-08-13 Renerge, Inc. Fluid flow induced oscillating energy harvester with variable damping based upon oscillation amplitude

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4990889B2 (en) Transfer of kinetic energy to and from fluids
KR100583934B1 (en) Method and apparatus for converting kinetic energy of a fluid stream into useful work
Young et al. A review of progress and challenges in flapping foil power generation
Salter et al. Power conversion mechanisms for wave energy
US4221538A (en) Rotary transducers
CA2322882C (en) Extracting power from moving water
JP5727992B2 (en) Cyclic wave energy conversion system
EP3374628B1 (en) Method for efficiently obtaining mechanical work and/or generating power from fluid flows and apparatus thereof
US8358026B2 (en) Wave energy turbine for oscillating water column systems
WO2019231699A1 (en) Wave energy converting systems using internal inertias and optimized floating bodies having a water head that drives a water turbine at stable speed
WO2011090453A1 (en) Method and apparatus for converting the kinetic energy from a stream of fluid medium
RU2478830C2 (en) Method to convert kinetic energy of fluid medium flow into useful work and device for conversion of kinetic energy of fluid medium flow into useful work
EP2716905A1 (en) Rotating blade bodies for turbines using the Magnus effect with rotation axis of the turbine at right angle to the direction of the fluid
CN105888961B (en) A kind of wave device and fluctuation TRT
WO2000042326A1 (en) Motion converting device
Kirke Improving the cost-effectiveness of Darrieus hydrokinetic turbines
RU2478829C2 (en) Driving mechanism
Muscat An Overview of Progress in Flapping Wing Power Generation
MX2007015137A (en) Transfer of kinetic energy to and from fluids
MXPA99002649A (en) Extraction of energy from flowing fluids

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11734948

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11734948

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1