Пристрій для перетворення кінетичної енергії потоку текучого середовища у корисну роботу

1. Пристрій для перетворення кінетичної енергії потоку текучого середовища у корисну роботу, що містить консольно встановлені робочі елементи, виконані з можливістю розміщення в потоці текучого середовища, який відрізняється тим, що пристрій виконаний одно- або багатомодульним, при цьому робочий елемент, що входить до складу кожного модуля, установлений на нерухомій основі, закріплений консольно і нерухомо на шатуні кривошипно-шатунного механізму, повзун якого з'єднаний з шатуном за допомогою осі і має можливість здійснювати зворотно-поступальні переміщення по напрямній, а шатун шарнірно з'єднаний із кривошипом, шарнірно зв'язаним з валом, який, у свою чергу, шарнірно зв'язаний з нерухомою основою і призначений для передачі енергії обертання кривошипа на пристрій для відбору потужності. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кожний робочий елемент установлений з можливі U 2 (19) 1 3 потужність для остаточного розподілу і використання. Недоліками існуючих вітрогенераторів і гідрогенераторів є такі: низький коефіцієнт корисної дії, пов'язаний із втратами на турбулізацію повітряного або водного потоку за робочими елементами; обмежений діапазон швидкісного напору повітряного або водного потоку; наявність перекидаючого моменту і пов'язані із цим труднощі при монтажі вітрогенераторів і гідрогенераторів; екологічні проблеми, пов'язані з будівництвом і експлуатацією вітрогенераторів (високочастотні шуми, радіоперешкоди, порушення екосистеми) або гідрогенераторів (греблі, дамби, порушення екосистеми). Відомий пристрій для перетворення кінетичної енергії потоку текучого середовища в корисну роботу (див. патент США №3995972, МПК F03D5/06, опубл. 07.12.1976), у якому одна або кілька лопаток приводяться у зворотно-поступальне переміщення з використанням пристрою зміни кута атаки лопатки наприкінці кожного ходу. Недоліком цього пристрою є низька ефективність перетворення кінетичної енергії повітряного потоку у зв'язку із втратами енергії потоку на турбулізацію потоку, подолання механічних зусиль пристроїв, що демпфірують, гальмування лопаток і на механічні зміну кута атаки лопаток наприкінці кожного ходу зворотно-поступального руху. Це пристрій не використовує гармонійних обертальних переміщень робочих елементів і має тільки один ступінь свободи. Відомі також технічні рішення (див. патент США №4184805 (Arnold), опубл. 22.01.1980), а також патент США №4347036 (МПК F03D5/06, опубл. 1982), яка представляє собою патент, виділений з тієї ж первісної заявки, і що описує пристрій такий самий, що і у патенті США 4184805, у цих патентах розкривається пристрій для перетворення кінетичної енергії потоку в корисну роботу за рахунок протифазного руху сусідніх робочих елементів при резонансних коливаннях каскаду робочих елементів, установлених з, щонайменше, двома ступенями свободи на нерухомій рамній конструкції консольно, паралельно один одному з можливістю генерувати електроенергію. Для порушення резонансних коливань каскаду робочих елементів необхідно розмістити зазначені робочі елементи в каскаді на оптимальній відстані між сусідніми робочими елементами, необхідному для створення умов виникнення резонансних коливань, досягти критичної швидкості потоку і викликати фізичне «збурювання» робочих елементів. Кут атаки робочих елементів установлюється постійним з можливістю його механічного регулювання в потоці. Недоліком описаних пристроїв є низька ефективність перетворення кінетичної енергії потоку в корисну роботу, пов'язана з малими амплітудами коливань, із втратами енергії на демпфірування зворотно-поступальних переміщень при зміні напрямку руху, на подолання механічного тертя безлічі коливних механічних деталей, зв'язків, підшипників, тяг, стрижнів і зубчастих передач, що унеможливлює комерційне застосування даних технічних рішень. 49916 4 Відомий також найбільш близький за технічною суттю до пропонованого пристрій для перетворення кінетичної енергії потоку текучого середовища в корисну роботу (див. патент РФ №2362907, (публікація РСТ: WO 2006/130719 20061207) МПК F03D 5/06, опубл. 27.07.2009 р.), у якому описаний пристрій, що включає консольно встановлені робочі елементи (каскад крил) у потоці текучого середовища в умовах взаємодії з потоком текучого середовища, при цьому робочі елементи встановлені із, щонайменше, двома ступенями свободи на які подають потік текучого середовища для проходження через каскад робочих елементів і збудження флаттерних коливань, удосконалення включають установку кожного робочого елементаза допомогою індивідуального підвісного стрижня навісним способом і підтримку всіх зазначених підвісних стрижнів паралельно один одному; підтримують вертикальність і паралельність згаданих робочих елементів, які досягаються за допомогою монтажних засобів забезпечення обертального і поступального руху при жорсткому утриманні робочих елементів вертикальними і паралельними за допомогою двоопорної підвіски кожного крила; робочі елементи з'єднані через зазначені підвісні стрижні з гідравлічним приводом, за допомогою якого здійснюють миттєве керування позиціонуванням зазначених крил за зсувом і кутом нахилу за допомогою зовнішнього контролера для забезпечення точно протифазного руху сусідніх крил і передачі вироблюваної енергії від коливних у флаттері крил до акумулятора; передачу руху згаданим робочим елементам здійснюють за допомогою гідравлічного приводу для передачі енергії від них до пристрою для відбору потужності (акумулятору); крім того, здійснюють гідравлічне керування передачею зазначеної енергії від зазначеного гідравлічного приводу до зазначеного акумулятора; забезпечують можливість перетворення зазначеної енергії в електричну потужність; управляють робочими елементами шляхом створення циклічних сил, що відновлюють, і інерційної маси для порушення і підтримки флаттера зазначених крил; для реалізації описаного способу використовується пристрій, що містить консольно встановлені робочі елементи, які мають можливість розміщення в потоці текучого середовища для забезпечення щонайменше двох ступенів свободи, а також засобу подачі зазначеного потоку текучого середовища для проходження через робочі елементи, безліч підвісних стрижнів, причому кожний робочий елемент установлений на індивідуальному підвісному стрижні у формі консолі паралельно один одному за допомогою засобів їхньої підтримки в такому положенні; крім того, пристрій може містити гнучкий елемент, що має можливість деформуватися під дією тиску, створюваного зазначеним потоком текучого середовища, приєднаний до робочого елемента і проходить уздовж його задньої крайки; можливий варіант пристрою, при якому кожен робочий елемент є самостійним і не пов'язаним із сусідніми для мінімізації лобового опору і вихороутворювання; при іншому варіанті виконання пристрою монтажні засоби для підтримки робочих елементів об'єднані в одне ціле з утво 5 ренням легкоз'ємних і відокремлюваних модулів, де кожний модуль є знімним і замінним без припинення роботи сусіднього крила; пристрій може включати двосторонній обертальний виконавчій механізм контролю кута нахилу, розташований усередині двостороннього лінійного виконавчого механізму і насоса таким чином, що рух одного або багатьох робочих елементів, з'єднаних із зазначеним модулем виконавчого механізму і насоса за допомогою одного зі згаданих підвісних стрижнів, забезпечує незалежні і одночасні рухи як по поперечній, так і по обертальній осях; робочі елементи можуть бути виконані із закругленими кінцевими ділянками на передньому краї для мінімізації лобового опору, закрилки, сформовані на їхніх кінцях; гнучкий відділ, що має можливість деформуватись, виконаний уздовж щонайменше задньої крайки для зміни кривизни при граничних кутах нахилу крила. Основним недоліком описаного пристрою є низька ефективність перетворення кінетичної енергії потоку в корисну роботу, пов'язана з малою величиною амплітуди коливань робочих елементів, обмеженою можливістю виникнення змушених резонансних коливань сусідніх робочих елементів, обумовлених відстанями між сусідніми робочими елементами, при оптимальній величині яких з'являється можливість виникнення умов резонансного коливання всіх робочих елементів (при наявності і інших складових, таких як щільність і критична швидкість потоку, збіг власних частот коливань робочих елементів із частотними характеристиками потоку, пружні властивості матеріалу, умови закріплення, наявність зовнішніх збурювань і т.д.). Низька ефективність перетворення обумовлена також втратами кінетичної енергії потоку текучого середовища (або втратою швидкості потоку на виході із пристрою в порівнянні зі швидкістю потоку на вході в пристрої), пов'язаними з турбулізацією потоку при його взаємодії з коливними елементами, втратами, пов'язаними із частковим використанням отриманої корисної роботи на демпфірування енергії руху поршнів кожного робочого елемента при зупинці поршнів і зміні напрямку руху, на підтримку паралельності кожного робочого елемента, на установку і підтримку протифазного руху сусідніх робочих елементів, на створення циклічних сил, що відновлюють, для порушення і підтримки резонансних коливань. Закони обертальних і зворотно-поступальних переміщень кожного робочого елемента залежать від нестаціонарних аеродинамічних / гідродинамічних сил і моментів, що виникають при взаємодії коливних робочих елементів з потоком текучого середовища, тому ці переміщення не є гармонійними, закони їх різні, немає повторюваності цих переміщень у часі, їх можна тільки контролювати, але ними практично неможливо управляти. Недоліками корисної моделі за найближчий аналогом є також нестійкість і складність контролю пропонованою коливною резонансною системою, що постійно вимагає зовнішніх збудливих сил, для порушення і підтримки резонансних коливань, що вимагає постійного підстроювання, підналагодження і регулювання кожного параметра кожного 49916 6 коливного робочого елемента як по обертальних переміщеннях, так і по зворотно-поступальних переміщеннях. Падіння кінетичної енергії потоку за робочими елементами, обумовлене турбулізацією потоку при його взаємодії з коливними робочими елементами у випадку порушення резонансних збурювань, унеможливлює нарощування електричної потужності, що знімається, за рахунок розміщення додаткових робочих елементів або пристроїв перед розглянутими працюючими елементами або за ними. Цей пристрій не забезпечує перетворення кінетичної енергії потоку в корисну роботу за рахунок руху одного робочого елемента, не використовує гармонійних обертальних і зворотнопоступальних переміщень робочих елементів з постійною амплітудою, не використовує також переміщення сусідніх робочих елементів зі зсувом фаз, відмінним від 180 градусів, не використовує постійного збігу напрямку(ів) зворотнопоступального(их) переміщення(нь) робочого(их) елемента(ів) з напрямком вектора нормальної складової рушійної сили потоку. Технічним результатом пропонованого пристрою для перетворення кінетичної енергії потоку текучого середовища в корисну роботу є вирівнювання швидкості робочого потоку на вході і на виході із пристрою і, як наслідок, відсутність перекидаючого моменту, внаслідок чого з'являється можливість одержання електричної енергії з будьякого потоку практично без втрати кінетичної енергії самого потоку, без порушення екологічної системи в місці монтажу пристрою, без будівництва складних гідротехнічних або монтажних споруджень; можливість одержання корисної роботи за рахунок розміщення в потоці як одного, так і її збільшення за рахунок розміщення в потоці необмеженої кількості аналогічних пристроїв. Для одержання цього технічного ефекту в пристрої для перетворення кінетичної енергії потоку текучого середовища у корисну роботу що містить консольно встановлені робочі елементи, що мають можливість розміщення в потоці текучого середовища, згідно корисної моделі цей пристрій може бути виконано одно- або багатомодульним, при цьому робочий елемент, що входить до складу кожного модуля, установлений на нерухомій основі, закріплений консольно і нерухомо на шатуні кривошипно-шатунного механізму, повзун якого з'єднаний з шатуном за допомогою осі і має можливість здійснювати зворотно-поступальні переміщення по напрямній, а шатун шарнірно з'єднаний із кривошипом, шарнірно зв'язаним з валом, що у свою чергу шарнірно зв'язаний з нерухомою основою і призначений для передачі енергії обертання кривошипа на пристрій для відбору потужності; можливі варіанти виконання пристрою, коли робочий елемент установлений з можливістю фіксованого повороту і обертального переміщення відносно осі, на якій він закріплений; модулі кінематично зв'язані між собою і мають можливість роботи зі зсувом фаз; кінематичний зв'язок між модулями здійснений за допомогою передавальних механізмів, розміщених на валу з однієї або 7 протилежної сторони відносно нерухомої основи; пристрій складається з парного числа модулів, а осі закріплення робочих елементів кожної пари модулів мають можливість переміщення в одній площині; його (пристрій) оснащено підтискним соплом, призначеним для збільшення об'єму і швидкості потоку при проходженні через зазначені робочі елементи, і дифузором, призначеним для зниження тиску потоку на робочі елементи, які встановлені, відповідно, перед робочими елементами і за робочими елементами по ходу руху потоку. Внаслідок реалізації пропонованої сукупності ознак швидкість робочого потоку на виході із пристрою практично не відрізняється від швидкості робочого потоку на вході в пристрій, що вказує на практичну незмінність кінетичної енергії потоку текучого середовища при проходженні через пристрій незалежно від кількості і розташування робочих об'єктів по довжині, ширині і висоті пристрою; зі збільшенням площі або кількості робочих органів пропорційно зростає електроенергія, що знімається із пристрою, (пристрій працює в режимі генератора) або збільшується тягове зусилля пристрою (пристрій працює в режимі рушія (движителя)), з'являється можливість нескінченого нарощування потужності, що знімається будь-якого потоку текучого середовища (у тому числі річкових, морських і океанських плинів, водоспадів, припливів-відливів, і т.п), крім того відсутні скачки тиску (підвищення тиску) на вході в пристрій, що вказує на відсутність перекидаючого моменту при монтажі пристрою на дахах, щоглах, транспортних засобах, палубах судів і т.п. Тобто можлива дуже проста установка і експлуатація цих пристроїв. Збереження кінетичної енергії потоку незмінною на вході в пристрій і на виході з нього дозволяє робити монтаж і експлуатацію будь-якої кількості і будь-якої потужності пристроїв без порушення екологічної системи в даному регіоні, без будівництва складних і дорогих гідроспоруджень. Відсутність турбулентності потоку і ламінарного плину на виході із пристрою вказує на відсутність критичних і надкритичних швидкостей на робочих елементах, що уможливлює експлуатацію даних пристроїв без створення високочастотних шумів або радіоперешкод, без шкоди для здоров'я людини, тварин і рослин. Отже, з'являється можливість монтажу пристроїв у безпосередній близькості від споживання електроенергії, що веде до істотного скорочення основних (лінії електропередач, трансформатори і підстанції) і експлуатаційних (втрати на передачу електроенергії, обслуговування ліній електропередач і підстанцій) витрат. Виготовлення пристроїв і запасних частин до них не вимагає застосування складних і дорогих матеріалів, надійність і працездатність основних виконавчих механізмів підтверджена двовіковою практикою людства, самі пристрої прості і надійні в експлуатації, сумісні із простими і надійними програмами керування, діагностування і автоматизації. Застосування пристроїв як движителів на транспортних засобах приводить до істотного скорочення палива на морських і річкових судах або до збільшення швидкості морських і річкових судів при абсолютній екологічній безпеці 49916 8 водного середовища. Застосування пристроїв як генераторів електроенергії на автомобілях, автобусах, трамваях, поїздах, морських і річкових судах також приводить до істотного скорочення витрати палива і електроенергії. Експлуатація пристроїв виключає явища парникових ефектів і шкідливих викидів, виключає підвищення температури всієї планети і пов'язаних з ним екологічних катастроф. Загальний термін «робочий елемент» включає широкі поняття: "крило" у використовуваному тут значенні це "гідрокрило", використовуване в поточній воді, і "аерокрило", використовуване для перетворення енергії вітру, або "лопать", використовувана для створення тягового зусилля. Термін "крило", що припускає нерухливі або обертові робочі елементи, використовувані для створення піднімальної сили для літальних апаратів, не застосовуємо в контексті даної корисної моделі. Термін «нерухлива основа» припускає твердий каркас, на якому розміщені виконавчі механізми для здійснення гармонійних обертальних і зворотно-поступальних переміщень і який може бути нерухомо закріплений відносно поверхні землі, або може бути закріплений на транспортному засобі, або виступати в ролі плавучої платформи на воді. Перелік фігур графічного зображення, що ілюструють пропоновану корисну модель: на Фіг.1 представлено одномодульний пристрій, вид збоку; на Фіг.2 те ж саме, вид з боку розташування робочого елемента; на Фіг.3 представлене чотирьохмодульний пристрій із чотирма робочими елементами, вид з боку розташування робочих елементів; на Фіг.4 представлено чотирьохмодульний пристрій, вид з боку передавальних механізмів; на Фіг.5 представлена схема роботи пристрою в режимі рушія (движителя) судна (у розрізі); на Фіг.6 представлена схема взаємодії одномодульного пристрою з потоком текучого середовища; на Фіг.7 представлена схема взаємодії чотирьохмодульного пристрою з потоком текучого середовища; на Фіг.8 представлена схема взаємодії восьмимодульного пристрою з потоком текучого середовища; на Фіг.9 представлена схема взаємодії одномодульного пристрою з потоком робочого середовища в режимі рушія судна; на Фіг.10 представлений пристрій, у якому як виконавчі механізми для здійснення взаємозалежних між собою гармонійних обертальних і зворотно-поступальних переміщень робочого елемента, а також для здійснення фіксованого повороту робочого елемента використані кінематично не зв'язані між собою гідроциліндри, керування якими здійснено за допомогою звичайних засобів автоматизації і комп'ютерного програмування; на Фіг.11 представлений варіант пристрою, у якому як виконавчі механізми для здійснення взаємозалежних між собою гармонійних обертальних і зворотно-поступальних переміщень робочих елементів використані кінематично не зв'язані між собою виконавчі механізми, виконані у вигляді кривошипно-шатунного механізму для здійснення зворотно-поступальних переміщень робочого елемента і у вигляді моторредуктора, установленого на валу для здійснення 9 гармонійних обертальних переміщень і фіксованого повороту робочого елемента. Пристрій для перетворення кінетичної енергії потоку текучого середовища в корисну роботу (Фіг.1, 2) містить консольно встановлені робочі елементи 1, що мають можливість розміщення в потоці текучого середовища 2, згідно корисної моделі пристрій виконано в цьому варіанті одномодульним, робочий елемент 1 закріплено консольно і нерухомо на шатуні 3, установленого на нерухомій основі 4 кривошипно-шатунного механізму, повзун 5 якого з'єднаний із шатуном 3 за допомогою осі 6 і має можливість зворотно-поступального переміщення по напрямній 7, а шатун 3 протилежним кінцем шарнірно з'єднаний із кривошипом 8, кінематично зв'язаним із установленим на цій же нерухомій основі 4 одним кінцем вала 9, інший кінець якого призначений для передачі енергії обертання кривошипа 8 на пристрій для відбору потужності (на Фіг.не показано). Амплітуда зворотно-поступальних переміщень робочих елементів 1 залежить від геометричних параметрів кривошипа 8. Робочий елемент 1 установлений під кутом 90 градусів до шатуна 3 з кутом атаки L відносно потоку 2; на Фіг.3 представлено чотирьохмодульний пристрій із чотирма робочими елементами 1, установленими під кутом 90 градусів відносно шатунів 3 з кутом атаки L відносно потоку 2; на Фіг.4 представлено чотирьохмодульний пристрій, вид з боку передавальних механізмів, виконаних у вигляді шестірень 10, установлених на валах 9. На Фіг.5 представлена схема роботи пристрою в режимі рушія судна (у розрізі), у якому нерухлива основа 4 являє собою корпус судна, на якому розміщені сім модулів, що складаються з робочих елементів 1, шатунів 3, кривошипів 8, передатних шестірень 10, валів 9, повзунів 5, осей 6 і напрямних (на фігурі не показані). Пристрій постачений підтискним соплом 11 і дифузором 12. Крім того, робочий елемент 1 установлений з можливістю фіксованого повороту і обертального переміщення навколо осі 6, відносно якої він закріплений на шатуні 3, а геометрична вісь осі 6 розташована в площині робочого елемента 1. Це дає можливість установлювати фіксований кут зсуву фаз між обертальними і зворотно-поступальними переміщеннями робочих елементів 1, необхідних для запуску пристрою і його ефективної роботи, а також для зупинки пристрою при проведенні профілактичних робіт шляхом установки нульового кута атаки всіх робочих елементів 1 відносно потоку 2 (механізм фіксованого повороту на фігурах не показаний). Кращим варіантом пропонованого пристрою є варіант, коли він складається з декількох згаданих модулів (Фіг.3, 4), кінематично зв'язаних між собою і що мають можливість роботи зі зсувом фаз. Кінематичний зв'язок між модулями може бути здійснений за допомогою передатних шестірень 10, розміщених на валу 9 з однієї або протилежної сторони відносно нерухливої основи 4. Зсув фаз між модулями встановлюється за допомогою передатних шестірень 10. При ще одному варіанті виконання пропонованого пристрою (Фіг.8) він складається з парного 49916 10 числа модулів, а осі 6 закріплення робочих елементів 1 кожної пари модулів мають можливість зворотно-поступального переміщення в одній площині зі зсувом фаз 180 градусів. На Фіг.5 зображений пристрій для роботи в режимі рушія судна. Нерухомою основою 4 служить корпус судна. Пристрій може бути постачено підтискним соплом 11, призначеним для збільшення обсягу і швидкості потоку 2, і дифузором 12, призначеним для зниження тиску потоку 2 на робочі елементи 1, які встановлені, відповідно, перед робочими елементами 1 і за робочими елементами 1 по ходу руху потоку (по ходу руху судна). Судновий двигун 13 є генератором механічної енергії, що робочими елементами 1 перетворюється в зусилля тяги 14. При ще одному варіанті виконання пропонованого пристрою (Фіг.10) як виконавчі механізми для здійснення взаємозалежних між собою гармонійних обертальних і зворотнопоступальних переміщень робочих елементів 1, а також для здійснення фіксованого повороту робочих елементів 1 застосовують кінематично не зв'язані між собою гідроциліндр 15, що здійснює зворотно-поступальні переміщення відносно напрямних 7 і рухливу каретку 16 з гідравлічним приводом (на фігурі не показаний) повороту робочого елемента 1, що здійснює обертальні переміщення відносно осі 6 закріплення робочого елемента 1. Керування виконавчими механізмами здійснюють за допомогою звичайних засобів автоматизації і комп'ютерного програмування. При ще одному варіанті виконання пропонованого пристрою (Фіг.11) як виконавчі механізми для здійснення взаємозалежних між собою гармонійних обертальних і зворотно-поступальних переміщень робочих елементів 1, а також для здійснення фіксованого повороту робочого елемента 1 застосовують кінематично не зв'язані між собою кривошипно-шатунний механізм для здійснення зворотнопоступальних переміщень робочого елемента 1, і рухливу каретку 16 з механічним приводом у вигляді мотор-редуктора (на фігурі не показаний) повороту робочого елемента 1, установленого на осі 6 для здійснення гармонійних обертальних переміщень і фіксованого повороту робочого елемента 1. Пристрій для перетворення кінетичної енергії потоку текучого середовища в корисну роботу працює так. Робочий елемент 1 розміщують у потоці текучого середовища 2 під кутом L відносно руху потоку 2 з можливістю здійснювати зворотнопоступальні переміщення в напрямку, перпендикулярному напрямку руху потоку 2, і обертального переміщення навколо осі 6, відносно якої робочий елемент 1 закріплений на шатуні 3, а геометрична вісь осі 6 перебуває в площині робочого елемента 1 (Фіг.1, 2). Потік текучого середовища 2 (Фіг.6) впливає на робочий елемент 1 у положенні «А» і створює зусилля, що переміщує робочий елемент 1 у напрямку, перпендикулярному напрямку руху потоку 2 (напрямок переміщення зазначений стрілкою), і обертає робочий елемент 1 навколо осі 6 (Фіг.1, 2), при цьому вектор нормальної складової «Рn» рушійної сили потоку «Р» (Фіг.6) співпадає з напрямком переміщення робочого елемента 1, а 11 результуюча «Рс» рушійної сили потоку «Р» спрямована перпендикулярно бічній поверхні робочого елемента 1. Кут «L» між робочим елементом 1 і напрямком руху потоку зменшується, при цьому зменшується і величина впливу потоку 2 на робочий елемент 1. У положенні «В» робочий елемент 1 міняє напрямок переміщення на протилежний, при цьому кут «L»=0, вплив потоку 2 на робочий елемент 1 відсутній, а положення «В» робочий елемент проходить по інерції за рахунок енергії обертання кривошипа 8 (Фіг.1, 2). Після проходження положення «В» (Фіг.6) кут «L» стає відмінним від нуля, відповідно, виникає зусилля, що співпадає з інерційним зусиллям впливу кривошипа 8 (Фіг.1, 2) і що переміщує робочий елемент 1 у положення «С» (Фіг.6), кут «L» зростає, при цьому вектор нормальної складової «Рn» рушійної сили потоку «Р» співпадає з напрямком переміщення робочого елемента 1, а результуюча «Рс» рушійної сили потоку «Р» спрямована перпендикулярно бічній поверхні робочого елемента 1. Максимальний вплив потоку 2 на робочий елемент 1 у положенні «А» і «С», при цьому кут «L» досягає максимуму і стає рівним 45 градусам (у цьому випадку). Після проходження положення «С» кут «L» зменшується, відповідно, зменшується величина впливу потоку 2 на робочий елемент 1. У положенні «D» робочий елемент 1 міняє напрямок переміщення на протилежний, при цьому кут «L»=0, вплив потоку 2 на робочий елемент 1 відсутній, а положення «D» робочий елемент 1 проходить по інерції за рахунок енергії обертання кривошипа 8 (Фіг.1, 2). Після проходження положення «D» (Фіг.6) кут «L» стає відмінним від нуля, відповідно, виникає зусилля, що співпадає з інерційним зусиллям впливу кривошипа 8 (Фіг.1, 2) і що переміщує робочий елемент 1 у положення «А» (Фіг.6), кут «L» зростає, при цьому вектор нормальної складової «Рn» рушійної сили потоку «Р» співпадає з напрямком переміщення робочого елемента 1, а результуюча «Рс» рушійної сили потоку «Р» спрямована перпендикулярно бічній поверхні робочого елемента 1. Далі процес повторюється. Для зменшення нерівномірності руху робочого елемента 1 (Фіг.1, 2), пов'язаного зі зміною руху повзуна 5 при проходженні «мертвих» точок (положення «В» і «Д» Фіг.6), а також для підвищення надійності і ефективності роботи пристрою при взаємодії з потоком 2 на нерухомій основі 4 (Фіг.3, 4) може бути розміщене декілька (наприклад, чотири) модулі. Схема рівномірного коливального переміщення робочих елементів 1 пристрою, що забезпечує гарантований режим самозбудних коливань типу «флаттер» при взаємодії з потоком 2, представлена на Фіг.7. Стрілками показані напрямки зворотно-поступальних переміщень робочих елементів 1, що відбуваються за рахунок впливу потоку 2 на робочі елементи 1. Кут зсуву фаз між переміщеннями сусідніх робочих елементів 1 установлюють механічно шляхом відповідного розташування передатних шестірень 10 (Фіг.4) залежно від поставленого завдання. У даному прикладі (Фіг.7) кут зсуву фаз між переміщеннями сусідніх робочих елементів 1 дорівнює 90 градусів. Робочий потік 2 (Фіг.7) взаємодіє з робочими еле 49916 12 ментами 1/1, 1/2, 1/3 і 1/4 чотирьохмодульного пристрою, при цьому (позиція А-початковий момент часу) вплив на робочий елемент 1/1 максимальний (положення 1/1(1), кут L=mах), впливу на робочий елемент 1/2 потік 2 не здійснює (положення 1/2(1), кут L=0), вплив потоку на робочий елемент 1/3 максимальний (положення 1/3(1), кут L=max, напрямок переміщення прямо протилежний напрямку переміщення робочого елементу 1/1), впливу на робочий елемент 1/4 потік 2 не здійснює (положення 1/4(1), кут L=0). При повороті кривошипа 8 на 90 градусів (Фіг.3) робочі елементи 1/1 і 1/3 (Фіг.7, позиція В -поворот кривошипа 8 на 90 градусов відносно начального моменту часу) займуть положення 1/1(2) і 1/3(2) відповідно, при яких відсутня їх взаємодія з потоком 2, тому що кути L=0, у той час як робочі елементи 1/2 і 1/4 займуть положення 1/2(2) і 1/4(2) відповідно, при яких вплив потоку 2 на ці робочі елементи буде максимальним за рахунок максимального кута атаки L. Далі процес руху повторюється (Фіг.7, позиція С - поворот кривошипа 8 на 180 градусів відносно начального моменту часу і D - поворот кривошипа 8 на 270 градусов відносно начального моменту часу) через кожні 90 градусів обертання кривошипа 8 (Фіг.3) за вищенаведеною схемою. При цьому сумарне зусилля, що передається на передатну шестірню 10 (Фіг.4), буде рівним сумарному зусиллю впливу потоку 2 на всі робочі елементи 1 пристрою одночасно. З метою збільшення ефективності перетворення енергії потоку 2 робочі елементи 1 можуть розташовуватися не тільки уздовж по потоці (Фіг.3), але і за іншою схемою. Схема взаємодії восьмимодульного пристрою, у якій осі 6 закріплення робочих елементів 1 кожної пари модулів роблять зворотно-поступальні переміщення в одній площині зі зсувом фаз 180 градусів, представлена на Фіг.8. Робочий потік 2, впливаючи на робочі елементи 1\1 і 1/2 (поз. А), переміщає їх назустріч один одному, підтискаючи обсяг потоку 2, розташованого в уявлюваній камері 1/1-1/1-1/2-1/2. У цей час робочі елементи 1/3 і 1/4 (поз. В) перебувають у нейтральному положенні (кут L=0), готові почати рух (стискання потоку 2, розташованого в уявлюваній камері 1/3-1/31/4-1/4); робочі елементи 1/5 і 1/6 рухаються в протилежні сторони, створюючи розрядження в уявлюваній камері 1/5-1/5-1/6-1/6 і сприяючи збільшенню енергії руху потоку 2, а робочі елементи 1/7 і 1/8 перебувають у нейтральному положенні, готові почати рух у протилежні сторони, тим самим створюючи сприятливі умови для подальшого руху потоку 2. У такий спосіб відбувається збільшення кінетичної енергії руху потоку 2 за робочими елементами 1, отже, збільшується і корисна робота пристрою. Для використання пристрою в режимі рушія (Фіг.5) необхідно підвести механічну (електричну) енергію від двигуна (електродвигуна) на вал 9, передатні шестірні 10 і кривошип 8. Обертовий рух кривошипа 8 через шатун 3 перетвориться в гармонійні обертальні і зворотно-поступальні переміщення робочих елементів 1, які, взаємодіючи з робочим тілом (рідиною або газом), створюють тягове (осьове) зусилля, що пересуває транспортний засіб (водний, наземний або повітряний) у 13 напрямку, перпендикулярному напрямку зворотнопоступальних переміщень робочих елементів 1. При цьому вектор нормальної складової ««Fn» тягового (осьового) зусилля ««Fт» протилежний напрямку переміщення робочого елемента 1, а результуюча «Fc» тягового (осьового) зусилля «Fт» спрямована перпендикулярно бічній поверхні робочого елемента 1. Напрямок руху потоку 2, що виникає внаслідок впливу робочих елементів 1 на робоче тіло (рідина або газ), протилежне напрямку тягового зусилля судна, а вектор нормальної складової «Рn» рушійної сили потоку «Р» співпадає з напрямком переміщення робочого елемента 1. Для збільшення ефективності перетворення механічної енергії суднового двигуна в осьове (тягове) зусилля «Fт» руху судна на вході в пристрій перед робочими елементами 1 можлива установка підтискного сопла 11, призначеного для збільшення об'єму і швидкості потоку 2, а на виході із пристрою за робочими елементами 1 можлива установка дифузора 12, призначеного для зниження тиску потоку 2 на робочі елементи 1 (Фіг.5). Схема перетворення механічної енергії судна в тягове зусилля (корисну роботу) руху судна (транспортного засобу) на прикладі взаємодії одномодульного пристрою в режимі рушія судна з робочим середовищем (рідиною або газом) представлена на Фіг.9, при цьому напрямок руху потоку протилежний напрямку тягового зусилля руху судна «Т». У цьому випадку пристрій працює в такий спосіб (Фіг.9). Робочий елемент 1 розміщають у робочому текучому середовищі (рідина або газ) під кутом L відносно осі судна з можливістю здійснювати зворотно-поступальні переміщення в напрямку, перпендикулярному осі судна, і обертального переміщення навколо осі 6, відносно якої робочий елемент 1 закріплений на шатуні 3, а геометрична вісь осі 6 перебуває в площині робочого елемента 1 (Фіг.5). Механічна енергія суднового двигуна через передавальні механізми 9, 10, 8 і 3 перетвориться в гармонійні обертальні і зворотнопоступальні переміщення робочих елементів 1, які, взаємодіючи з робочим тілом (рідиною або газом), створюють тягове (осьове) зусилля, що пересуває транспортний засіб (водний, наземний або повітряний) у напрямку, перпендикулярному напрямку зворотно-поступальних переміщень робочих елементів 1. Робочий елемент 1 (Фіг.9) впливає на робоче середовище (рідину) у положенні «А» і створює зусилля, що переміщає робоче середовище в напрямку, перпендикулярному напрямку поступального переміщення осі 6 закріплення робочого елемента 1, навколо якої робочий елемент 1 здійснює і обертальне переміщення (Фіг.1, 2, 5), при цьому вектор нормальної складової «Рn» рушійної сили «Р» потоку текучого середовища 2 (Фіг.9), що виникає внаслідок впливу робочого елемента 1 на робоче середовище (рідина), співпадає з напрямком переміщення робочого елемента 1, а результуюча «Рс» рушійної сили потоку «Р» спрямована перпендикулярно бічної поверхні робочого елемента 1. Одночасно виникає тягове (осьове) зусилля «Т», спрямоване протилежно напрямку руху потоку «Р» і судно, що переміщає, уздовж його осі. Вектор нормальної складової тя 49916 14 гового (осьового) зусилля «Тn» спрямованні убік, протилежну поступальному переміщенню осі 6 закріплення робочого елемента 1. Кут «L» між робочим елементом 1 і напрямком руху потоку зменшується, при цьому зменшується і величина впливу робочого елемента 1 на робоче середовище. У положенні «В» робочий елемент 1 міняє напрямок переміщення на протилежне, при цьому кут «L»=0, вплив робочого елемента 1 на робоче середовище відсутній, а положення «В» робочий елемент проходить по інерції за рахунок енергії обертання кривошипа 8 (Фіг.1, 2, 5). Після проходження положення «В» (Фіг.9) кут «L» стає відмінним від нуля, робочий елемент 1 переміщається в положення «З» (Фіг.9), кут «L» зростає, при цьому зростає вплив робочого елемента 1 на робоче середовище, переміщаючи її в напрямку, перпендикулярному напрямку поступального переміщення осі 6 закріплення робочого елемента 1, навколо якої робочий елемент 1 здійснює і обертальне переміщення (Фіг.1, 2, 5), вектор нормальної складової «Рn» рушійної сили потоку «Р» співпадає з напрямком переміщення робочого елемента 1, а результуюча «Рс» рушійної сили потоку «Р» спрямована перпендикулярно бічній поверхні робочого елемента 1. Тягове зусилля руху судна «Fт» спрямовано протилежно напрямку руху потоку «Р» і переміщає судно уздовж його осі. Максимальний вплив робочого елемента 1 на робоче середовище в положенні «А» і «С», при цьому кут «L» досягає максимуму і стає рівним 45 градусам (у цьому випадку). Після проходження положення «С» кут «L» зменшується, відповідно, зменшується величина впливу робочого елемента 1 на робоче середовище. У положенні «Д» робочий елемент 1 міняє напрямок переміщення на протилежний, при цьому кут «L»=0, вплив робочого елемента 1 на робоче середовище відсутній, а положення «Д» робочий елемент 1 проходить по інерції за рахунок енергії обертання кривошипа 8 (Фіг.1, 2, 5). Після проходження положення «Д» (Фіг.9) кут «L» стає відмінним від нуля, робочий елемент 1 переміщається в положення «А», кут «L» зростає, при цьому вектор нормальної складової «Рn» рушійної сили потоку «Р» співпадає з напрямком переміщення робочого елемента 1, а результуюча «Рс» рушійної сили потоку «Р» спрямована перпендикулярно бічній поверхні робочого елемента 1. Тягове (осьове) зусилля «Fт» переміщає судно в напрямку, протилежному напрямку руху потоку «Р» уздовж осі судна. Вектор нормальної складової тягового (осьового) зусилля «Fn» спрямований убік, протилежний поступальному переміщенню осі 6 закріплення робочого елемента 1. Далі процес повторюється. Кут зсуву фаз між обертальними і зворотно-поступальними переміщеннями виставляється залежно від необхідного завдання (у вищенаведених конкретних схемах кут зсуву фаз дорівнює 90 градусів). Кут зсуву фаз між переміщеннями сусідніх модулів виставляється залежно від необхідного завдання (у вищенаведених конкретних схемах кут зсуву фаз дорівнює 90 або 180 градусів). Точно також, залежно від поставленого завдання (пристрій працює в режимі генератора або рушія), можливе регулювання зсуву центра 15 ваги (центра крутіння) робочого елемента 1, тим самим збільшується крутний момент, а, отже, і зусилля, що виникає від взаємодії робочого тіла (потоку рідини, газу або суміші) з робочим елементом 1 пристрою і що передається на генератор (пристрій працює в режимі генератора), або від двигуна через пристрій на робоче тіло (пристрій працює в режимі рушія). Схема роботи пристрою в режимі вентилятора аналогічна схемі роботи пристрою в режимі рушія (Фіг.9). При ще одному варіанті виконання пропонованого пристрою (Фіг.10) як виконавчі механізми для здійснення взаємозалежних між собою гармонійних обертальних і зворотно-поступальних переміщень робочих елементів 1, а також для здійснення фіксованого повороту робочого елемента 1 застосовують кінематично не зв'язані між собою гідроциліндр 15, що здійснює зворотно-поступальні переміщення робочих елементів 1 відносно напрямних 7, і рухливу каретку 16 з гідравлічним приводом (на фігурі не показа 49916 16 ний) повороту робочого елемента 1, що здійснює обертальні переміщення робочого елемента 1 відносно осі 6 закріплення робочого елемента 1. Керування виконавчими механізмами здійснюють за допомогою звичайних засобів автоматизації і комп'ютерного програмування. При ще одному варіанті виконання пропонованого пристрою (Фіг.11) як виконавчі механізми для здійснення взаємозалежних між собою гармонійних обертальних і зворотно-поступальних переміщень робочих елементів 1 застосовують кінематично не зв'язані між собою кривошипно-шатунний механізм для здійснення зворотно-поступальних переміщень робочого елемента 1 і рухливу каретку 16 з механічним приводом у вигляді мотор-редуктора (на фігурі не показаний) повороту робочого елемента 1, установленого на осі 6 для здійснення гармонійних обертальних переміщень і фіксованого повороту робочого елемента 1. 17 49916 18 19 49916 20 21 Комп’ютерна верстка О. Рябко 49916 Підписне 22 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601