УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1999 года по МПК F03D5/06 

Изобретение относится к преобразователям энергии текучей среды, преимущественно ветра в механическую энергию с рабочим органом, совершающим колебательное движение.

Из уровня техники известны ветроагрегаты, содержащие рабочий орган, совершающий колебательное движение, приводной механизм, средство возврата рабочего органа и рабочую машину (см. авт.св. 1625998, кл. F 03 D 5/06, 1991 г. , патент Швейцарии 660402, кл. F 03 D/06, 1983 г.). Основным недостатком известных устройств является сложность конструктивного выполнения средства возврата рабочего органа, ненадежность и малая эффективность его работы.

Наиболее близким к изобретению является устройство для преобразования ветра, которое основано на использовании перепада давления, обусловленного разностью скоростей потока при обтекании тела, содержащее полый рабочий орган с удобообтекаемой поверхностью, например, в виде полусферы, с отверстием в верхней части, совершающий возвратно- поступательное (касательное) движение, приводной механизм, средство для возвращения рабочего органа в исходное положение и рабочая машина - электрогенератор (см.авт.св-во 1825894, кл. F 03 D5/04, 1990 г.).

Средство для возвращения рабочего органа в исходное положение включает груз и клапан с тягами, перекрывающий отверстие в поверхности рабочего органа, что, как и в вышеупомянутых устройствах, конструктивно сложно, увеличивает габариты и не способствует повышению эффективности и надежности работы.

Изобретение направлено на упрощение конструкции и повышение эффективности устройства для преобразования энергии текучей среды.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве для преобразования текучей среды, содержащем полый рабочий орган с удобообтекаемой поверхностью, например, в виде полусферы, имеющей отверстие в верхней части, который совершает возвратно-поступательное движение, приводной механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение во вращательное, средство для возвращения рабочего органа в исходное состояние и рабочую машину, например электрогенератор, согласно изобретению, рабочий орган снабжен эластичной мембраной, к которой прикреплен шток приводного механизма, а средство для возвращения рабочего органа выполнено в виде пластинчатой перегородки, снабженной блоком фиксации, которая связана с мембраной и установлена с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно поверхности рабочего органа.

Предпочтительно, чтобы устройство содержало два симметрично расположенных рабочих органа, поверхности которых образуют канал переменного сечения.

Предложенное конструктивное выполнение средства для возвращения рабочего органа без груза (или пружины) в сочетании с наличием колеблющейся в рабочем органе мембраны, совершающей колебательное, возвратно-поступательное движение под действием разности давления, и существенно упрощает само устройство, повышает эффективность преобразования энергии текучей среды и надежность его работы.

На чертеже схематично представлен общий вид устройства.

Устройство для преобразования энергии содержит полый рабочий орган 1 с удобообтекаемой поверхностью 2 (например, в виде полусферы, полуцилиндра и т.п.), перекрытой эластичной мембраной 3, к которой прикреплен шток 4 приводного механизма 5, преобразующий возвратно-поступательное движение мембраны 3 во вращательное движение электрогенератора 6. Мембрана 3 связана посредством блока фиксации 7 с пластинчатой перегородкой 8, которая установлена в направляющих 9 с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно верхней части поверхности 2 рабочего органа 1 и фиксации в крайних положениях. В верхней части поверхности 2 перед перегородкой 8 по ходу потока текущей среды выполнено отверстие 10.

Устройство работает следующим образом.

В первоначальном положении мембрана 3 находится в горизонтальном недеформированном состоянии, а пластинчатая перегородка 8 не выступает за пределы поверхности 2 рабочего органа 1. При набегании на рабочий орган 1 потока текучей среды, например воздуха, на удобообтекаемой поверхности 2 происходит увеличение скорости потока и соответственно падение давления в верхней ее части. Под действием перепада давления между давлением в верхней части поверхности 2 и давлением окружающей среды, действующей на мембрану 3 с внешней стороны, воздух будет выходить из внутренней полости рабочего органа 1 через отверстие 10, мембрана 3 начнет прогибаться внутрь, передавая через шток 4 движение приводному механизму 5, который начнет вращать электрогенератор 6. При достижении верхней мертвой точки мембрана 3 воздействует на толкатель 14 блока фиксации, выдвинет вверх пластинчатую перегородку 8, которая перекроет поток текучей среды, а подпружиненные стопоры 15 зафиксируют ее в верхнем положении, в результате произойдет торможение потока. На поверхности 2 возрастет давление и воздух через отверстие 10 начнет поступать во внутреннюю полость рабочего органа 1, а мембрана 3 будет перемещаться в исходное (горизонтальное) недеформированное состояние и по достижении нижнего положения, воздействуя на толкатель 14 блока фиксации 7, уберет пластинчатую перегородку 8 с поверхности 2. При этом возобновится течение потока по поверхности 2 и цикл преобразования энергии текучей среды в механическую энергию повторится.

Если устройство содержит два симметрично расположенных рабочих органа 1, между удобообтекаемыми поверхностями 2 образуется канал 11 переменного сечения.

В первоначальном положении мембрана 3 находится в горизонтальном недеформированном состоянии, а пластинчатая перегородка 8 не выступает за пределы поверхности 2 рабочего органа 1 и не перекрывает канал 11. При набегании на рабочие органы 1 потока текучей среды, например воздуха, происходит увеличение скорости и соответственно падение давления в суживающейся части канала 11. Под действием перепада давления между давлением в зоне наименьшего сечения суживающейся части канала 11 и давлением окружающей среды, действующей на мембрану 3 с внешней стороны, воздух будет выходить из внутренней полости рабочего органа 1 через отверстие 10, мембрана 3 начнет прогибаться внутрь, передавая через шток 4 движение приводному механизму 5, который начнет вращать электрогенератор 6. При достижении верхней мертвой точки мембрана, позиция 3¹, изображенная на чертеже штриховой линией, воздействует на толкатель 14 блока фиксации 7, выдвинет вверх пластинчатую перегородку 8, которая перекроет сечение канала 11, а подпружиненные стопоры 15 зафиксируют ее в верхнем положении, в результате произойдет торможение потока. В канале 11 возрастет давление и воздух через отверстие 10 начнет поступать во внутреннюю полость рабочего органа 1, а мембрана 3 будет перемещаться в исходное (горизонтальное) недеформированное состояние и по достижении нижнего положения, воздействуя на толкатель 14 блока фиксации 7, уберет пластинчатую перегородку 8 из канала 11. При этом возобновится течение потока по каналу 1 1 и цикл преобразования энергии текучей среды в механическую энергию повторится.

Изобретение относится к преобразователям энергии текучей среды, преимущественно ветра, с рабочими органами, движущимися возвратно-поступательно, и может быть использовано в ветроэнергетике. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении эффективности устройства и достигается тем, что устройство содержит полый рабочий орган с удобообтекаемой поверхностью (например, сферической или цилиндрической), снабженной мембраной, к которой прикреплен шток приводного механизма и средство для возвращения мембраны рабочего органа в исходное состояние. При этом средство для возвращения выполнено в виде пластинчатой перегородки, снабженной блоком фиксации, которая связана с мембраной и установлена с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно верхней части поверхности рабочего органа, а в указанной поверхности рабочего органа перед перегородкой по ходу движения потока выполнено отверстие. Устройство может содержать два симметрично расположенных рабочих органа, поверхности которых образуют канал переменного сечения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для преобразования энергии текучей среды, содержащее полый рабочий орган с удобообтекаемой поверхностью, который совершает возвратно-поступательное движение, приводной механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение во вращательное, средство для возвращения рабочего органа в исходное состояние и электродвигатель, отличающееся тем, что рабочий орган снабжен эластичной мембраной, к которой прикреплен шток приводного механизма, а средство для возвращения рабочего органа выполнено в виде пластинчатой перегородки, снабженной блоком фиксации, которая связана с указанной мембраной и установлена с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно рабочего органа, при этом в верхней части удобообтекаемой поверхности выполнено отверстие. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит симметрично расположенный второй рабочий орган, поверхности указанных органов образуют между собой канал переменного сечения для прохода текучей среды.