WO2012060728A1 - Установка для отбора энергии текучей среды - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено для преобразования энергии текущей среды. Установка для отбора энергии текучей среды съемно монтируется на плавсредстве и погружается в среду вдоль течения потока. Установка содержит бесконечную гибкую цепь, охватывающую колесо, выполненное с ручьем укладки цепи и зацепления с ней, парашюты, связанные с цепью. Цепь выполнена из шарнирно соединенных между собой элементов, часть их которых связана с парашютами или выполнена в виде парашютов. Колесо представляет вал отбора мощности или встроенную в этот вал электро- или гидромашину, два обруча разнесены на расстоянии друг от друга по оси вала отбора мощности, от которого радиально отходят направляющие дуги, охваченные обручем для образования между обручами ручья треугольного профиля для перемещения цепи по ручью. Установка снабжена рамой, выполненной со средствами съемного прикрепления к плавсредству и несущей стойки для крепления вращающегося колеса ниже днища этого плавсредства. Шарнирное соединение звеньев бесконечной цепи между собой выполнено в виде отрезка эластичного троса.

Description

Установка для отбора энергии текучей среды Область техники

Изобретение предназначено для преобразования энергии текущей среды в электрическую и относится к гидроэнергетике, например, рек, приливно-отливных и др. течений, а также энергии перемещения воздушных масс в электрическую или механическую для вращения различных устройств.

Предшествующий уровень техники

Известно устройство для преобразования энергии текущей среды, выполненное в виде двигателя для утилизации энергии текущей среды, погруженного в последнюю поперек сечения потока и имеющего рабочий орган в виде бесконечной цепи гибких элементов с рабочими ветвями, охватывающими шкивы и снабженные лопастями, расположенными под углом по направлению потока текущей среды (SU 810598).

Недостатками известного устройства является то, что занимаемое достаточную площадь устройство мешает возможному движению судов, имеет сложный механизм с множеством деталей, что снижает надежность работы, открытое движение верхних лопастей может тормозиться встречным ветром, снижая КПД, а также проблематичность эксплуатации в зимнее время.

Известен двигатель для утилизации энергии текущей среды, погруженный в последнюю вдоль течения потока и содержащий рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей шкивы, жестко связанные с валами, один из которых является валом отбора мощности, а также лопасти, расположенные перпендикулярно направлению потока и выполненные с возможностью складывания по типу книжки относительно оси, связанной с бесконечной гибкой цепью, и раскрытия под напором потока среды (US 5134305, F03D5/02, опубл. 28.07.1992).

Недостатком данного решения является недостаточная позиционная устойчивость лопасти относительно цепи, охватывающей шкивы. При движении лопасти в пространстве между шкивами цепь изгибается и скручивается, в результате чего лопасть наклоняется и теряет свое положение относительно направления текущей среды.

Известно устройство для утилизации энергии текущей среды, погруженное в последнюю вдоль течения потока и содержащий рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей шкивы, жестко связанные с валами, один из которых является валом отбора мощности, а также лопасти, расположенные перпендикулярно направлению потока и выполненные с возможностью складывания по типу книжки относительно оси, связанной с бесконечной гибкой цепью, и раскрытия под напором потока среды, бесконечная гибкая цепь выполнена в виде гибких элементов, охватывающих шкивы на концах валов и скрепленных между собой передней штангой, с которой соединена ось лопастей и откосина, одним концом закрепленная перпендикулярно центру перекрестья оси лопастей, а другим, с возможностью свободного хода в продольном направлении, - с задней штангой, соединяющей гибкие элементы (RU N° 2206786, F03B9/00, F03B17/06, F03D5/02. опубл. 2003.06.20).

Недостаток данной конструкции является ее громоздкость, обусловленная тем, что используются парные передний и задние шкивы и две бесконечных цепи, что приводит к необходимости решения сложной задачи позиционирования развитой пространственной конструкции устройства в турбулентном потоке текучей среды.

Известно устройство для преобразования энергии текущей среды в электрическую, содержащее опору, на которой установлен электрогенератор, на валу которого закреплен шкив с пазом и размещенный в. последнем бес- конечный трос с закрепленными на нем плавучими элементами, выполненными в виде парашютов с эластичными куполами и стропами, при этом с целью повышения надежности работы путем исключения вза- имодействия куполов со шкивом, каждый парашют снабжен гибкой связью, соединяющей вершину купола с тросом, а шкив установлен горизонтально (SU N2 1295024, F03B13/12, опубл. 1987.03.07).

Недостаток известного устройства заключается в том, что часть устройства располагается над поверхностью воды, а парашюты - в воде, что снижает эффективность работы устройства из-за сопротивления перехода из одной среды в другую.

Известно устройство для преобразования энергии текущей среды, погруженное в последнюю вдоль течения потока и содержащее рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей шкив, жестко связанный с валом отбора мощности, а также лопасти, представляющие собой парашюты, связанные с бесконечной гибкой цепью, и выполненные с возможностью раскрытия под напором потока среды и складывания при обратном ходе (US N° 3887817, F03B13/10, опубл. 1975-06-03).

Недостатком данного устройства является непроработанность конструкции в части обеспечения зацепления цепи с колесом. В известном решении цепь выполняется с зацепами, которые должны попадать в углубления на центральной части колеса. Так как устройство работает в воде, то цепь и колесо становятся скользкими и зацепление цепи с колесом нарушается, что снижает эффективность из-за невозможности обеспечения постоянства вращения колеса и связанного с ним вала отбора мощности.

Известно устройство отбора энергии текучей среды, погруженное в последнюю вдоль течения потока и содержащее рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей колесо, выполненное с ручьем укладки указанной цепи и зацепления с ней и жестко связанный с валом отбора мощности, а также лопасти, представляющие собой парашюты, связанные с бесконечной гибкой цепью и выполненные с возможностью раскрытия под напором потока среды и складывания при обратном ходе, бесконечная гибкая цепь выполнена из шарнирно соединенных между собой элементов, часть из которых связана с парашютами или выполнена в виде парашютов, а колесо представляет вал отбора мощности или встроенную в этот вал электро или гидромашину, два обруча разнесенные на расстоянии друг от друга по оси вала отбора мощности, от которого радиально отходят спицы в плоскости вращения колеса, с каждой из которых под заданным углом связаны направляющие дуги, охваченные обручем для образования между обручами ручья треугольного профиля и запирания шарниров звеньев цепи при перемещении цепи по траектории ручья (RU Ns 2388931 , F03B9/00, опубл. 10.05.2010).

Данное решение принято в качестве прототипа.

Недостаток данного решения заключается в ограниченности применения: оно может использоваться только в стационарном режиме крепления. Раскрытие изобретения

Достигаемый технический результат заключается в повышении эксплуатационных характеристик путем обеспечения возможности применения установки для плавсредств малого тоннажа типа лодок и обеспечении отбора мощности непосредственно в процессе перемещения плавсредства..

Указанный технический результат достигается тем, что установка для отбора энергии текучей среды, съемно монтируемая на плавсредстве и погружаемая в эту среду вдоль течения потока, содержащая рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей колесо, выполненное с ручьем укладки указанной цепи и зацепления с ней и жестко связанный с валом отбора мощности, а также парашюты, связанные с бесконечной гибкой цепью и выполненные с возможностью раскрытия под напором потока среды и складывания при обратном ходе, при этом бесконечная гибкая цепь выполнена из шарнирно соединенных между собой элементов, часть из которых связана с парашютами или выполнена в виде парашютов, колесо представляет вал отбора мощности или встроенную в этот вал электро- или гидромашину, два обруча разнесены на расстоянии друг от друга по оси вала отбора мощности, от которого радиально отходят направляющие дуги, охваченные обручем для образования между обручами ручья треугольнообразного профиля для перемещении цепи по ручью, снабжена рамой, выполненной со средствами съемного прикрепления к плавсредству и несущей стойки для крепления вращающегося колеса ниже днища этого плавсредства, а шарнирное соединение звеньев бесконечной гибкой цепи между собой выполнено в виде отрезка эластичного троса.

Указанные признаки существенны и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, для получения требуемого технического результата.

Описание фигур чертежей

Настоящее изобретение иллюстрируется схемами.

На фиг.1 изображена общая схема устройства, вид в аксонометрии;

фиг.2 - то же, что на фиг. 1 , вид со стороны кормы плавсредства;

фиг.З - фрагмент соединения звеньев между собой; Лучшие варианты осуществления изобретения

Согласно настоящего изобретения рассматривается установка для отбора энергии текучей среды, которая прикрепляется, например, к корме плавсредства и погружается в среду вдоль течения потока. Эта установка содержит рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей колесо, выполненное с ручьем укладки указанной цепи и зацепления с ней и жестко связанное с валом отбора мощности, а также лопасти, представляющие собой парашюты, связанные с бесконечной гибкой цепью и выполненные с возможностью раскрытия под напором потока среды и складывания при обратном ходе. В этой установке бесконечная гибкая цепь выполнена из шарнирно соединенных между собой отрезками эластичного троса элементов, часть из которых связана с парашютами или выполнена в виде парашютов, а колесо представляет вал отбора мощности или встроенную в этот вал электро или гидромашину, два обруча разнесенные на расстоянии друг от друга по оси вала отбора мощности, от которого радиально отходят направляющие дуги, охваченные обручем для образования между обручами ручья треугольнообразного профиля и запирания шарниров звеньев цепи при перемещении цепи по траектории ручья. При этом установка снабжена рамой, выполненной со средствами съемного прикрепления к плавсредству и несущей стойки для крепления вращающегося колеса ниже днища этого плавсредства,

Ниже рассматривается пример конкретного исполнения установки.

Установка для отбора мощности от текущей среды погружается в последнюю вдоль течения потока (фиг. 1 , 2). Установка состоит из рабочего органа в виде бесконечной цепи 1 шарнирно соединенных элементов 2 с рабочей и холостой ветвями, охватывающей колесо 3, приводящее во вращение, например, генератор 4 или помпу и т.д. Шарнирно соединенные элементы связаны с лопастями (парусами) в виде зонтов или парашютов 5. Бесконечная цепь состоит из звеньев (элементов 2), соединенных друг с другом шарнирными сочленениями 6, которые выполнены в виде отрезков эластичного троса и позволяющими свободно вращаться и изгибаться относительно друг друга. Цепь может быть выполнена из звеньев, являющихся парашютами, которые связаны между собой шарнирно через стержневые звенья. По сути колесо представляет собой два обруча, которые через направляющие стержневые элементы связаны с радиальными элементами, прикрепляемыми к генератору или помпе с образованием сферических поверхностей обращенных навстречу друг другу и между которыми, проходит парашют. Сила потока, давящая на раскрытый парашют, передается в зону контакта, представляющего собой ложе в вершине треугольника, образованного направляющими дугами 7, по которым упругие элементы в виде, например, углепластиковых трубок, из звеньев которых составлена бесконечная цепь, соскальзывают и укладываются в прорезь ложи зоны контакта, в которую затем упирается узел сочленения 6, исключая сваливание бесконечной цепи с колеса при турбулентном характере потока. В результате такого взаимодействия приводится во вращение через колесо вал отбора мощности или генератор 4. Если генератор 4 встраивается в колесо, то он оформляется в виде герметичной капсулой 8 (корпуса), от которого лучами расходятся радиально или со смещением от центра спицы в плоскости вращения колеса, от каждой из которых расходятся под определенным углом направляющие дуги 7, смыкающиеся с кольцом обручем 9, обеспечивающим прочность и являющимся защитным элементом.

Установка снабжена рамой 10, выполненной со средствами 1 1 съемного прикрепления к плавсредству 12 типа лодки и несущей стойки 13 для крепления вращающегося колеса ниже днища этого плавсредства.

Устройство работает следующим образом.

По действием потока воды эластичные купола парашютов на рабочей ветви бесконечной цепи принимают форму куполов парашюта, а на другой ветви цепи - складываются, в результате возникает сила, приводящая в движение цепь, которая вращает колесо, и закрепленный на нем электрогенератор.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение промышленно применимо, может быть реализовано с применением известных технологий машиностроения.

Claims

Формула изобретения

Установка для отбора энергии текучей среды, съемно монтируемая на плавсредстве и погружаемая в эту среду вдоль течения потока, содержащая рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей колесо, выполненное с ручьем укладки указанной цепи и зацепления с ней и жестко связанный с валом отбора мощности, а также парашюты, связанные с бесконечной гибкой цепью и выполненные с возможностью раскрытия под напором потока среды и складывания при обратном ходе, при этом бесконечная гибкая цепь выполнена из шарнирно соединенных между собой элементов, часть из которых связана с парашютами или выполнена в виде парашютов, колесо представляет вал отбора мощности или встроенную в этот вал электро- или гидромашину, два обруча разнесены на расстоянии друг от друга по оси вала отбора мощности, от которого радиально отходят направляющие дуги, охваченные обручем для образования между обручами ручья треугольнообразного профиля для перемещении цепи по ручью, отличающееся тем, что она снабжена рамой, выполненной со средствами съемного прикрепления к плавсредству и несущей стойки для крепления вращающегося колеса ниже днища этого плавсредства, а шарнирное соединение звеньев бесконечной гибкой цепи между собой выполнено в виде отрезка эластичного троса.