ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕКУЩЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2003 года по МПК F03B9/00 F03B17/06 F03D5/02 

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.

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 1810598).

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, F 03 D 5/02, 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.

Техническим результатом заявленного устройства является то, что оно позволяет наиболее полно извлекать энергию при минимальной сложности конструкции. Данный двигатель выполнен без механизмов для принудительного управления положением лопастей, которые складываются и раскладываются произвольно, в зависимости от направления падающего на них потока.

Указанный технический результат достигается тем, что в двигателе для утилизации энергии текущей среды, погруженном в последнюю вдоль течения потока и содержащем рабочий орган в виде бесконечной цепи гибких элементов с рабочей и холостой ветвями, охватывающими головные шкивы, расположенные на валу отбора мощности и снабженные лопастями, расположенными перпендикулярно направлению потока текущей среды, лопасти, расположенные между двух бесконечных цепей, сориентированы так, что при рабочем ходе они произвольно под напором текущей среды разворачиваются на 90^o по обе стороны по типу книжки, а на холостом ходу также произвольно складываются, не оказывая сопротивления и на криволинейных участках перемещения бесконечной цепи.

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

Кроме того, в двигателе гибкий элемент бесконечной цепи может быть выполнен в виде тросов.

Настоящее изобретение иллюстрируется схемами.

На фиг.1 изображена общая схема двигателя в аксонометрии;
на фиг.2 - вид сбоку;
на фиг.3 - вид спереди.

Согласно настоящему изобретению двигатель для утилизации энергии текущей среды погружается в последнюю вдоль течения потока. Этот двигатель содержит 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. В этом двигателе 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
Ниже приводится пример конкретного исполнения изобретения.

Двигатель устанавливается вдоль течения потока и содержит каркас 1 с установленными с возможностью вращения валами 2, 3, концы которых прочно соединены со шкивами 4, в качестве гибких элементов 5 используется трос из синтетических материалов. Вместо шкивов могут использоваться звездочки. Гибкие элементы 5 охватывают шкивы 4 вала отбора мощности 2 с обеих сторон, гибкие элементы 5 закреплены между собой передней штангой 6, с которой прочно соединена посередине ось лопастей 7, образующая с ней перекрестье. В свою очередь ось взаимосвязана с лопастями 8, имеющими возможность складываться по типу книжки. Перпендикулярно центру перекрестья оси лопастей 7 передней штангой 6 прочно одним концом закреплена откосина 9, другим с возможностью свободного хода в продольном направлении соединена с задней штангой 10, которая так же, как и передняя, соединяется по обе стороны с двумя гибкими элементами.

Каждая из полулопастей 8 выполнена в виде паруса из армированной синтетической ткани на жесткой металлической раме и образует в паре единую лопасть, способную складываться при движении в обратном направлении. Общее количество лопастей, используемых в двигателе, может быть не ограничено, но не менее трех.

При такой конструкции двигателя энергия текущей среды посредством раскрытых лопастей поперек потока максимально преобразуется в электрическую при рабочем ходе гибких элементов, при этом сложенные лопасти холостого хода с минимальным сопротивлением возвращаются в исходное положение.

Двигатель работает следующим образом.

Находясь в погруженном состоянии вдоль течения потока, например, реки, на некоторой глубине, достаточной для беспрепятственного прохода судов, лопасть 8, раскрытая под напором потока среды, давит на переднюю штангу 6, передавая усилие через гибкие элементы 5 на охватываемые ими шкивы 4, которые вращают через вал отбора мощности 2 электрогенератор или другое устройство, например помпу (не показано).

При этом откосина 9, прочно соединенная с перекрестьем оси лопастей 7 и передней штанги 6 одним концом и находясь в соединении с задней штангой 10 другим концом, задает строго вертикальное положение лопасти 8 перпендикулярно потоку. По мере продвижения передней штанги 6 на криволинейном участке гибких элементов 5 раскрытая лопасть 8 на оси 7 посредством перпендикулярно стоящей откосины 9 плавно меняет угол 90^o по отношению к направлению потока на угол 0^o и становится нижним ребром к потоку, плавно складывается и, оказывая минимальное сопротивление в сложенном виде, возвращается на холостом ходу назад. По мере продвижения сложенной лопасти 8 и передней штанги 6 по кривой вокруг шкивов 4 расстояние между передней и задней штангами уменьшается, для компенсации чего откосина 9 имеет свободный ход в соединении с задней штангой 10. Далее сложенная лопасть, следуя по кругу, попадает в поток, который ее раскрывает, и она, оказывая давление на переднюю штангу 6, совершает очередной рабочий ход.

Двигатель предназначен для преобразования водяного или воздушного потока в электроэнергию. Двигатель для утилизации энергии текущей среды погружен в последнюю вдоль течения потока и содержит 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. Последние могут быть выполнены в виде тросов. Конструкция двигателя при минимальной сложности позволяет наиболее полно преобразовывать энергию потока. 3 ил.

1. 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, отличающийся тем, что 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. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что гибкие элементы выполнены в виде тросов.