УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ЭНЕРГИИ ТЕКУЩЕЙ СРЕДЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК F03B9/00 F03B17/06 F03D5/02 

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к устройствам для преобразования энергии текущей среды, например рек приливно-отливных и др. течений, а также энергии перемещения воздушных масс в электрическую или механическую для обеспечения привода потребителей.

Известные способы преобразования энергии текущей среды имеют ряд недостатков. В решении, например, по SU 1810598, F 03 B 1/00 устройство располагается над поверхностью воды, занимая достаточную площадь, что мешает возможному движению судов, а кроме того, имеет сложный механизм с множеством деталей, что снижает надежность работы, а открытое движение верхних лопастей может тормозиться встречным ветром, снижая кпд.

Известно устройство для отбора энергии текущей среды, погруженное в среду с удержанием от перемещений в последней вдоль течения потока и содержащее гибкий рабочий орган в виде бесконечной цепи, охватывающей шкивы, расположенные на валу отбора мощности, и снабженной лопастями, расположенными перпендикулярно направлению потока текущей среды (RU 2037640, F 03 B 9/00).

Недостатком данного устройства является его сложность, обусловленная необходимостью постройки целого гидросооружения.

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.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по исключению механизмов для принудительного управления положением лопастей, обеспечению самопроизвольного их складывания и раскладывания в зависимости от направления падающего на них потока среды. Достигаемый при этом технический результат заключается в наиболее полном извлечении энергии среды при минимальной сложности конструкции и отсутствии управления ею, что достигается направленным потоком текущей среды и обеспечением позиционной устойчивости лопастей по отношению к потоку этой среды.

Указанный технический результат для первого варианта исполнения достигается тем, что устройство для отбора энергии текущей среды, погруженное в среду с удержанием от перемещений в последней вдоль течения потока и содержащее перемещающийся в направлении течения потока текущей среды рабочий орган, снабженный лопастями, расположенными перпендикулярно направлению потока текущей среды и представляющими собой связанные между собой с возможностью складывания две створки, установленные перпендикулярно направлению потока среды и связанные с рабочим органом, при этом указанные створки выполнены с возможностью складывания поворотом при перемещении против потока среды и раскладывания при движении вдоль течения потока, снабжено торообразным кожухом, связанным с раструбом, располагаемым входной частью против потока текущей среды, и трубообразным элементом, смонтированным в торообразном кожухе с возможностью вращения и подлежащим кинематическому соединению с потребителем энергии, ось вращения трубообразного элемента перпендикулярна оси раструба, при этом внутренняя полость торообразного кожуха сообщена с полостью раструба для направления потока текущей среды в полость указанного кожуха, раструб выполнен в нижней стенке в зоне сообщения указанных полостей с прорезью для прохода сложенной лопасти, а створки лопастей дистантно расположены на внешней поверхности трубообразного элемента и каждая из них поворотно связана с дисковым элементом, жестко закрепленным на трубообразном элементе, причем торообразный кожух в нижней части выполнен по крайней мере с одним вырезом для формирования выходного окна для истекающего потока текучей среды.

Указанный технический результат для второго варианта исполнения достигается тем, что устройство для отбора энергии текущей среды, погруженное в среду с удержанием от перемещений в последней вдоль течения потока и содержащее перемещающийся в направлении течения потока текущей среды рабочий орган, снабженный лопастями, расположенными перпендикулярно направлению потока текущей среды и представляющими собой связанные между собой с возможностью складывания две створки, установленные перпендикулярно направлению потока среды и связанные с рабочим органом, при этом указанные створки выполнены с возможностью складывания поворотом при перемещении против потока среды и раскладывания при движении вдоль течения потока, снабжено торообразным кожухом, связанным с раструбом, располагаемым входной частью против потока текущей среды, и трубообразным элементом, смонтированным в торообразном кожухе с возможностью вращения и подлежащим кинематическому соединению с потребителем энергии, ось вращения трубообразного элемента перпендикулярна оси раструба, при этом внутренняя полость торообразного кожуха сообщена с полостью раструба для направления потока текущей среды в полость указанного кожуха, раструб выполнен в нижней стенке в зоне сообщения указанных полостей с прорезями для прохода сложенных лопастей, трубообразный элемент выполнен с двумя закрепленными на нем на расстоянии друг от друга дисковыми элементами, а створки лопастей дистантно расположены на внешней поверхности трубообразного элемента и поворотно связаны с дисковыми элементами со стороны последних, обращенных навстречу друг другу, причем торообразный кожух в нижней части выполнен по крайней мере с одним вырезом для формирования выходного окна для истекающего потока текучей среды, а в боковых частях торообразного кожуха выполнены окна для создания давления в направлении раскрытия лопастей.

Указанный технический результат для третьего варианта исполнения достигается тем, что устройство для отбора энергии текущей среды, погруженное в среду с удержанием от перемещений в последней вдоль течения потока и содержащее перемещающийся в направлении течения потока текущей среды рабочий орган, снабженный лопастями, расположенными перпендикулярно направлению потока текущей среды и представляющими собой связанные между собой с возможностью складывания две створки, установленные перпендикулярно направлению потока среды и связанные с рабочим органом, при этом указанные створки выполнены с возможностью складывания поворотом при перемещении против потока среды и раскладывания при движении вдоль течения потока, снабжено торообразным кожухом, связанным с раструбом, располагаемым входной частью против потока текущей среды, и трубообразным элементом, смонтированным в торообразном кожухе с возможностью вращения и подлежащим кинематическому соединению с потребителем энергии, ось вращения трубообразного элемента перпендикулярна оси раструба, при этом внутренняя полость торообразного кожуха сообщена с полостью раструба для направления потока текущей среды в полость указанного кожуха, раструб выполнен в нижней стенке в зоне сообщения указанных полостей с прорезями для прохода сложенных лопастей, трубообразный элемент выполнен с тремя закрепленными на нем на расстоянии друг от друга дисковыми элементами, а створки лопастей дистантно расположены на внешней поверхности трубообразного элемента и поворотно связаны с дисковыми элементами, причем створки поворотно закреплены на сторонах дискообразных элементов, обращенных навстречу друг другу, торообразный кожух в нижней части выполнен по крайней мере с одним вырезом для формирования выходного окна для истекающего потока текучей среды, а в боковых частях торообразного кожуха выполнены окна для создания давления в направлении раскрытия лопастей, связанных с крайними дискообразными элементами.

Указанные признаки для каждого варианта исполнения являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенной совокупностью существенных признаков требуемого технического результата.

На фиг.1 изображена общая схема устройства по первому варианту;
фиг.2 - общая схема устройства по второму варианту;
фиг.3 изображена общая схема устройства по третьему варианту.

Согласно настоящему изобретению погруженное в среду с удержанием от перемещений в последней вдоль течения потока устройство для отбора энергии текущей среды по первому варианту исполнения (фиг.1) содержит рабочий орган, снабженный лопастями 1, расположенными перпендикулярно направлению потока текущей среды и представляющими собой связанные между собой с возможностью складывания две створки, установленные перпендикулярно направлению потока среды и связанные с рабочим органом, при этом указанные створки выполнены с возможностью складывания поворотом при перемещении против потока среды и раскладывания при движении вдоль течения потока.

Устройство снабжено торообразным кожухом 2, связанным с раструбом 3, располагаемым входной частью против потока текущей среды.

Рабочий орган включает в себя трубообразный элемент 4 с дисковым элементом 5, жестко закрепленным на его внешней поверхности. Трубообразный элемент смонтирован в торообразном кожухе с возможностью вращения и подлежит кинематическому соединению с потребителем энергии. Ось вращения трубообразного элемента перпендикулярна оси раструба, при этом внутренняя полость торообразного кожуха сообщена с полостью раструба для направления потока текущей среды в полость указанного кожуха. Раструб выполнен в нижней стенке в зоне сообщения указанных полостей с прорезью 6 для прохода сложенной лопасти 1, а створки лопастей дистантно расположены на внешней поверхности трубообразного элемента и каждая из них поворотно связана с дисковым элементом так, что створки располагаются с двух строи этого элемента.

Причем торообразный кожух в нижней части выполнен по крайней мере с одним вырезом для формирования выходного окна для истекающего потока текучей среды.

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

Так как данное устройство смонтировано в кожухе, фиксирующем пространственное взаимное положение элементов, то на лопасти действует направленный поток текущей среды и исключено воздействие боковых течений.

Устройство работает следующим образом.

Находясь в разложенном состоянии вдоль течения потока, например реки, на некоторой глубине, достаточной для беспрепятственного прохода судов, лопасть 1, раскрытая под напором потока среды, давит на дисковый элемент 5, передавая усилие на трубообразный элемент, связанный, например, с электрогенератором или другим устройством, например помпой (не показано).

По мере продвижения (вращения) дискового элемента 5 раскрытая лопасть 1 плавно меняет угол с 90^o по отношению к направлению потока на 0^o, выходит из кожуха через нижнее окно и становится нижним ребром к потоку, плавно складывается и, оказывая минимальное сопротивление в сложенном виде, возвращается на холостом ходу назад. Далее сложенная лопасть, следуя по кругу, попадает в поток среды, поступающий через раструб, который ее раскрывает, и она, оказывая давление на дисковый элемент 5, совершает очередной рабочий ход.

Согласно изобретению погруженное в среду с удержанием от перемещений в последней вдоль течения потока устройство для отбора энергии текущей среды по второму варианту исполнения (фиг.2) отличается от первого тем, что трубообразный элемент 4 выполнен с двумя закрепленными на нем на расстоянии друг от друга дисковыми элементами 5, а створки лопастей дистантно расположены на внешней поверхности трубообразного элемента и поворотно связаны с дисковыми элементами со стороны последних, обращенных навстречу друг другу. Причем торообразный кожух в нижней части выполнен по крайней мере с одним вырезом для формирования выходного окна для истекающего потока текучей среды, а в боковых частях торообразного кожуха выполнены окна 7 для создания давления в направлении раскрытия лопастей.

Данное устройство работает по тому же принципу, что и устройство по первому варианту исполнения. После прохождения пути в сложенном состоянии створки попадают на участок кожуха, в стенках которого выполнены окна 7, через которые поступает под напором вода, оказывающая давление на створки и облегчающая раскрытие створок с образованием лопастей.

Согласно изобретению погруженное в среду с удержанием от перемещений в последней вдоль течения потока устройство для отбора энергии текущей среды по третьему (фиг.3) варианту исполнения отличается от второго тем, что трубообразный элемент выполнен с тремя закрепленными на нем на расстоянии друг от друга дисковыми элементами 5, а створки лопастей дистантно расположены на внешней поверхности трубообразного элемента и поворотно связаны с дисковыми элементами, причем створки поворотно закреплены на сторонах дискообразных элементов, обращенных навстречу друг другу. А в боковых частях торообразного кожуха выполнены окна для создания давления в направлении раскрытия лопастей, связанных с крайними дискообразными элементами.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его изготовления не требуется использования специальных технологий, кроме тех, которые применяются в машиностроении при изготовлении передач с гибкими элементами, и кораблестроения в части изготовления парусной оснастки.

Изобретение предназначено для отбора энергии текущей среды. Устройство содержит перемещающийся в направлении течения потока текущей среды рабочий орган, снабженный лопастями в виде поворотно связанных между собой створок, расположенных перпендикулярно направлению потока текущей среды. Устройство снабжено торообразным кожухом, связанным с раструбом, располагаемым входной частью против потока текущей среды, и трубообразным элементом, смонтированным в торообразном кожухе с возможностью вращения и подлежащим кинематическому соединению с потребителем энергии, ось вращения трубообразного элемента перпендикулярна оси раструба, при этом внутренняя полость торообразного кожуха сообщена с полостью раструба для направления потока текущей среды в полость указанного кожуха, раструб выполнен в нижней стенке в зоне сообщения указанных полостей с прорезью для прохода сложенной лопасти, а створки лопастей дистантно расположены на внешней поверхности трубообразного элемента и каждая из них поворотно связана с дисковым элементом, жестко закрепленным на трубообразном элементе, причем торообразный кожух в нижней части выполнен по крайней мере с одним вырезом для формирования выходного окна для истекающего потока текучей среды. 3 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для отбора энергии текущей среды, погруженное в среду с удержанием от перемещений в последней вдоль течения потока и содержащее перемещающийся в направлении течения потока текущей среды рабочий орган, снабженный лопастями, расположенными перпендикулярно направлению потока текущей среды и представляющими собой связанные между собой с возможностью складывания две створки, установленные перпендикулярно направлению потока среды и связанные с рабочим органом, при этом указанные створки выполнены с возможностью складывания поворотом при перемещении против потока среды и раскладывания при движении вдоль течения потока, отличающееся тем, что оно снабжено горообразным кожухом, связанным с раструбом, располагаемым входной частью против потока текущей среды, и трубообразным элементом, смонтированным в торообразном кожухе с возможностью вращения и подлежащим кинематическому соединению с потребителем энергии, ось вращения трубообразного элемента перпендикулярна оси раструба, при этом внутренняя полость торообразного кожуха сообщена с полостью раструба для направления потока текущей среды в полость указанного кожуха, раструб выполнен в нижней стенке в зоне сообщения указанных полостей с прорезью для прохода сложенной лопасти, а створки лопастей дистантно расположены на внешней поверхности трубообразного элемента и каждая из них поворотно связана с дисковым элементом, жестко закрепленным на трубообразном элементе, причем горообразный кожух в нижней части выполнен по крайней мере с одним вырезом для формирования выходного окна для истекающего потока текучей среды. 2. Устройство для отбора энергии текущей среды, погруженное в среду с удержанием от перемещений в последней вдоль течения потока и содержащее перемещающийся в направлении течения потока текущей среды рабочий орган, снабженный лопастями, расположенными перпендикулярно направлению потока текущей среды и представляющими собой связанные между собой с возможностью складывания две створки, установленные перпендикулярно направлению потока среды и связанные с рабочим органом, при этом указанные створки выполнены с возможностью складывания поворотом при перемещении против потока среды и раскладывания при движении вдоль течения потока, отличающееся тем, что оно снабжено горообразным кожухом, связанным с раструбом, располагаемым входной частью против потока текущей среды, и трубообразным элементом, смонтированным в торообразном кожухе с возможностью вращения и подлежащим кинематическому соединению с потребителем энергии, ось вращения трубообразного элемента перпендикулярна оси раструба, при этом внутренняя полость торообразного кожуха сообщена с полостью раструба для направления потока текущей среды в полость указанного кожуха, раструб выполнен в нижней стенке в зоне сообщения указанных полостей с прорезями для прохода сложенных лопастей, трубообразный элемент выполнен с двумя закрепленными на нем на расстоянии друг от друга дисковыми элементами, а створки лопастей дистантно расположены на внешней поверхности трубообразного элемента и поворотно связаны с дисковыми элементами со стороны последних, обращенных навстречу друг другу, причем горообразный кожух в нижней части выполнен по крайней мере с одним вырезом для формирования выходного окна для истекающего потока текучей среды, а в боковых частях торообразного кожуха выполнены окна для создания давления в направлении раскрытия лопастей. 3. Устройство для отбора энергии текущей среды, погруженное в среду с удержанием от перемещений в последней вдоль течения потока и содержащее перемещающийся в направлении течения потока текущей среды рабочий орган, снабженный лопастями, расположенными перпендикулярно направлению потока текущей среды и представляющими собой связанные между собой с возможностью складывания две створки, установленные перпендикулярно направлению потока среды и связанные с рабочим органом, при этом указанные створки выполнены с возможностью складывания поворотом при перемещении против потока среды и раскладывания при движении вдоль течения потока, отличающееся тем, что оно снабжено горообразным кожухом, связанным с раструбом, располагаемым входной частью против потока текущей среды, и трубообразным элементом, смонтированным в торообразном кожухе с возможностью вращения и подлежащим кинематическому соединению с потребителем энергии, ось вращения трубообразного элемента перпендикулярна оси раструба, при этом внутренняя полость торообразного кожуха сообщена с полостью раструба для направления потока текущей среды в полость указанного кожуха, раструб выполнен в нижней стенке в зоне сообщения указанных полостей с прорезями для прохода сложенных лопастей, трубообразный элемент выполнен с тремя закрепленными на нем на расстоянии друг от друга дисковыми элементами, а створки лопастей дистантно расположены на внешней поверхности трубообразного элемента и поворотно связаны с дисковыми элементами, причем створки поворотно закреплены на сторонах дискообразных элементов, обращенных навстречу друг другу, горообразный кожух в нижней части выполнен по крайней мере с одним вырезом для формирования выходного окна для истекающего потока текущей среды, а в боковых частях горообразного кожуха выполнены окна для создания давления в направлении раскрытия лопастей, связанных с крайними дискообразными элементами.