Преобразователь кинетической энергии потока текучей среды в полезную энергию

(11)17 06 оссийской Федерации м и товарным знакам омите о пате САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЗОИЛА ТЕНТУ И СР(76) Емельянов Василий Иванович(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КИНЕТИЧЕСКОЙЭНЕРГИИ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЬ 1 В ПОЛЕЗНУЮ ЭНЕРГИЮ(57) Сущность изобретения: на опоре подвижно установлена штанга, с которой шарнирно связано свозможностью ограниченного поворота для изменения угла атаки одно или несколько обтекаемыхтел. Средство поворота тел выполнено в виде механизма реверсивного действия, установленного с возможностью взаимодействия с штангой и каждым телом и оцбжено цепью управления с элементами включения и выключения в зависимости от положения штанги. Каждое тело выполнено в виде крыла Крылья установлены последовательно по потоку друг за другов Подвижные штанги подсоединены к общему потребителю мощности. Опора выполнена с замкнутой полостью, в которой размещен потребитель мощности. Потребитель мощности выполнен в виде линейного электрогенератора магнит и электрокатушка которого установлены на опоре и штанге с возможностью взаимодействия между собой. 3 зл,ф-лы, 2 ип.Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании бесплотинных речных или ветровых гидро- двигателей различного применения, включая приводы насосов фермерских хозяйств, мельниц, распиловочных механизмов древесины, электрогенераторов, молотов, подъемных механизмов и т.п.Известен ветродвигатель, содержащий опору с установленной на ней поворотной платформой, оснащенной каркасом с направляющими штангами, на которых установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения рама с поворотными лопастями, и средство поворота лопастей на ограниченный угол Я.Этот ветродвигатель является усовершенствованием известного преобразователя кинетической энергии потока текущей среды в полезную энергию, содержащего опору с подвижно установленной на ней по крайней мере одной штангой, с которойшарнирно связано с возможностью ограниченного поворота для изменения угла атаки одно или несколько обтекаемых тел, и средство поворота последних 2).Однако эти устройства имеют недостаточную надежность, экологичность и мощность.Цель изобретения - повышение экологичности, надежности и мощности.Согласно изобретению в преобразователе кинетической энергии потока текучей среды в полезную энергию; содержащем опору с подвижно установленной на.ней по крайней мере одной, штангой, с которой шарнирно связано с возможностью ограниченного поворота для изменения угла атаки одно или несколько обтекаемых тел, и средство поворота последних, цель достигается за счет того, что средство поворота обтекаемых тел выполнено в виде механизма реверсивного действия, установленного с воэможностью взаимодействия со штангой и каждым обтекаемым телом, и снабженной цепью управления с элементами включения и выключения в зависимости от положения штанги относительно опоры, последняя оснащена направляющей подвижной штанги, а каждое обтекаемое тело выполнено в виде крыла.Кроме того, обтекаемые тела установлены последовательно по потоку друг эа другом, а их подвижные штанги подсоединены к общему потребителю мощности. Опора выполнена с замкнутой полостью, в которой размещен потребитель мощности, Средство поворота обтекаемых тел установлено на штанге, Преобразователь оснащен линейным генератором электрической энергии, 55 Ограничителями и фиксаторами поворота обтекаемых тел 2 служат, в частности, упоры 12, 13, выполненные на штангах 4. Средство поворота обтекаемых тел 2 выполнено в виде механизма реверсивного действия, установленного с возможностью взаимодействия со штангой и каждым обтекаемым телом. В данном примере средство поворота обтекаемых тел выполнено в виде магнит и электрокатушка которого установлены на опоре и штанге с возможностьювзаимодействия между собой,На фиг. 1 и фиг. 2 показаны преобразо 5 ватель кинетической энергии, вид сбоку испереди.Преобразователь кинетической энергиипотока 1 текучей среды, в частности потокаречной воды, в полезную энергию содержит10 одно или несколько обтекаемых тел 2, каждое из которых выполнено в виде крыла,способного при взаимодействии с потокомтекучей среды создавать аэро- или гидродинамическую подъемную силу. Если крыльев15 несколько, они обраЗуют решетку и могутбыть параллельны и иметь одинаковые углыатак й или Р по отношению к вектору скорости набегающего потока 1 или под разными углами атаки. При этом каждое крыло20 установлено под заданным углом атаки, Посредством оси вращения 3 каждое крылошарнирно связано с воэможностью ограниченного поворота для изменения угла атакис одной или двумя подвижными штангами 4,25 каждая из которых посредством направляющей в виде подшипника качения или скольжения 5 установлена на опоре 6,выполненной с замкнутой полостью. Еслиподвижная штанга одна, то она связана с30 крылом в середине его продольной оси вращения 3. Если штанг 4 несколько, то онивзаимно параллельны и размещены околоконцов крыльев. При этом обтекаемые телав виде крыльев для увеличения мощности35 установлены последовательно по потоку текучей среды друг за другом, а их подвижныештанги подсоединены (см. чертеж) черезшатуны 7, кривошины 8, вал 9 и ходоувеличительный редуктор 10 к потребителю мощ 40 ности, например к электрогенератору 11,размещенному в замкнутой полости опорыб. В случае использования на реке каждоекрыло, по размаху может простираться отодного берега русла реки до другого ее бе 45 рега, а его продольная ось ориентированапоперек потока реки, при этом практическивесь поток речной воды проходит через решетку крыльев преобразователя и его мощность максимально полно преобразуется в50 полезную энергию.510 20 25 30 35 40 50 электродвигателя 14, установленного на штанге 4, на валу которого укреплена зубцатая звездочка 15, связанная посредством замкнутой цепи 16 с аналогичными зубчатыми звездочками 17 и 18, укрепленными нэ соответствующих осях вращения 3 обтекаемых тел. Каждое обтекаемое тело может иметь свой индивидуальный механизм изменения угла атаки. Электродвигатель 14, как силовой механизм реверсивного действия. при своей работе через свой коопус имеет силовое взаимодействие со штангой 4, а через звездочку 15, цепь 16 и звездочки 17 и 18 имеет силовое взаимодействие с каждым обтекаемым телом 2, Силовой механизм реверсивного действия снабжен цепью управления с элементами включения и выключения в зависимости от положения штанги 4 относительно опоры 6. В рассматриваемом примере цепь управления выполнена в виде. упора 19 на штанге 4, взаимодействующего попеременно в зависимости от направления движения и положения штанги относительно опоры б до с концевым включателем 20, то с концевым включателем 21, установленными на опоре и подключающими электродвигатель 14 к электрогенератору 11. Аналогичные элементы выключения электродвигателя, отключающие цепь питания его от выхода электрогенератора, в виде концевых выключателей установлены на штанге в упорах 12 и 13 (на чертеже условно не показаны). В эти концевые выключатели упираются обтекаемые тела при их повороте на тот или иной угол атаки и отключают цепь питания электродвигателя 14 от электрогенератора. При необходимости преобразователь кинетической энергии может быть оснащен линейным генератором электрической энергии,магнит и электрокатушка которого соответствующим образом установлены на опоре и штанге с возможностью взаимодействия между собой при их относительном перемещении (на чертеже условно не показано). Если в качестве потребителя мощности вместо электрогенератора использован иной потребитель, например гидронасос, то вме- сто электродвигателя 14 используют иной механизм реверсивного действия, например силовой гидромеханизм известного в промышленности типа, сущность изобретения при этом не изменится, При этом и элементы включения и выключения цепиуправления механизма реверсивного действия средства поворота обтекаемых тел должны иметь аналогичный вид и природу, отвечающую замыслу изобретения, В преобразователе может использоваться любой иной механизм, обеспечивающий преобрэзование возвратно-поступательного движения штанги во вращательчое движение.В процессе работы преобразователя кинетической энергии поток текучей среды 1, в частности речной поток воды, омывает профилированные крылья обтекаемых тел 2 со скоростью Ч под заданным углом атаки а, создавая на крыльях подъемную силу У, величина которой пропорциональна квадрату скорости движения речной воды, площади 3 крыла и коэффициенту Оу подъемной силы, а также плотностир воды. Если число крыльев в решетке и, то их подъемные силы суммиру 1 отся и перемещают штангу 4 суммарной силой, равнойУ=Су- . Я и2Это силовое вертикальное движение штанг 4 со скоростью, примерно равной скорости потока реки передается через кривошипношатунный механизм 7 и 8, вал 9 и редуктор 10 на ротор электрогенератора 11, передавая ему выработанную мощность й, равную й= У Ч=-Сур Ч 5 и, В крайнем12верхнем положении штанги относительно опоры 6 упор 19 взаимодействует с включателем 21, а последний подключит цепь питания электродвигателя 14 с выходом электрогенератора 11. Электродвигатель 14 сработает, повернув через звездочку 15, цепь 16 и звездочки 17 и 18 крылья 2 на их осях 3 с изменением их углов атаки с угла а на угол /3 до упора в концевой выключатель 12, который отключит электропитание двигателя от электрогенератора. Подъемная сила крыльев той же величины, но противополокного первоначальному направле. ния будет перемещать штангу 4 вниз с передачей мощности с нее нэ электрогенератор 11, вырабатывающий соответствующую электроэнергию, В крайнем нижнем положении штанги относительноопоры б упор 19 вступит во взаимодействие с концевым включателем 20, который подключит цепь электропитания электродвигателя 14 к электрогенератору 11, Электродвигатель 14 тем же путем повернет крылья 2, изменив их углы атаки с,д на а до упора крыльев в концевые выключатели упора 13, которые откл ючат цепь питания электродвигателя от электрогенератора, Далее циклы повторятся в непрерывном режиме.Взаимодействие механизма реверсивного действия со штангой и обтекаемыми телами позволяет снизить до минимума время перекладки с одного угла атаки на другой с минимальными динамическими нагрузками, что повышает надежность и бесшум2005204 ность работы, а также увеличивает время работы преобразователя под оптимальными углами атаки, обеспечивающими получение максимального значения подъемной силы, а следовательно, и мощно,.ти преобразователя. Кинетическая энергия (или мощность) потока речной воды, ежесекундно проходящего через площадь поперечного сечения Р русла реки, равна половине произведения секундного массового расхода т воды на квадрат скорости потока илийр - гпЧ = - рЧ Р,1 2 1, 3,2 2Сравнивая это значение мощности потока реки в данном ее сечении с той мощностью М, которая передается от подвижных штанг потребителю мощности 11, видим, что при размахе крыла, примерно равном ширине реки, решетчатое крыло обеспечивает наиболее полное преобразование кинетической энергии потока текучей среды в полезную энергию. Последовательная установка обтекаемых тел друг за другом вдоль потока русла реки позволяет снимать в каждом ее поперечном сечении дополнительно Формула изобретения 1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ 8 ПОЛЕЗНУЮ ЭНЕРГИЮ, содержащий опору с подвижно установленной на ней по крайней мере одной штангой, с которой шарнирно связано с возможностью ограниченного поворота для изменения угла атаки одно или несколько обтекаемых тел, средство поворота последних и потребитель мощности, отличающийся тем, что средство поворота обтекаемых тел выполнено в виде механизма реверсивного действия, установленного с возможностью взаимодействия со штангой и каждым обтекаемым телом и снабжено цепью управления.с элементами включения и выключения в зависимости от такую же мощность, что обеспечивает полезное использование энергии потока рекипо всей ее длине без строительства плотин.Небольшая строительная высота и значи 5 тельное расстояние между смежнымикрыльями решетки не препятствует судоходству и миграции рыб, а также обеспечивает работу преобразователя намелководных реках и подо льдом в зимнее10 время, Установка потребителя мощности взамкнутой полости опоры повышает экологичность и надежность работы. Использование линейного электрогенераторагармонично сочетается с характером воз 15 вратно-поступательного движения штанготносительно опоры, что позволяет избавиться от промежуточных конструктивныхузлов и повысить надежность и мощность засчет снижения потерь,20(56) Авторское свидетельство СССРВ 1044813, кл, Р 03 О 5/00, 1983.Патент СССР М 18329, кл. Р 03 В 17/06,1930,25 положения штанги, а каждое обтекаемое тело выполнено в виде крыла,2, Преобразователь по п,1, отличающийся тем, что крылья установлены последовательно по потоку друг за другом, а их подвижные штанги подсоединены к общему потребителю мощности,3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что опора выполнена с замкнутой полостью, в которой размещен потребитель мощности.4. Преобразователь по п.1, отличающийся тем,.что потребитель мощности выполнен в виде линейного электрогенератора, магнит и электрокатушка которого установлены. на опоре и штанге с возможностью взаимодействия между собой,. М.Кул гарина, 101 льский ком из изаодст Редактор А,БерЗакаэ 3427 Тираж Н 13035, Мо