Перетворювач кінетичної енергії потоку в електричну

Передбачуваний винахід відноситься до вітроенергетики, можливий в використанні для одержання електроенергії в місцевостях з широким діапазоном параметрів повітряних потоків. Зростаюча потреба в енергії обумовлює необхідність віднайдення нових екологічно чистих її джерел. Енергія вітру є однією з таких; вона є скрізь, але параметри вітру не постійні і мають дуже широкий діапазон змін, що утр уднює її масове використання [Л1]. Тому особливий інтерес представляють перетворювачі енергії низькошвидкісних, більш ймовірних потоків, що потенційно мають ширшу сферу застосування. Але для одержання достатньої кількості енергії, у даному випадку, необхідне застосування великої кількості одночасно працюючих перетворювачів, оскільки енергія потоку пропорційна кубу його швидкості. Це, у свою чергу, вимагає простоти перетворювачів, їхньої ефективності, надійності, компактності і низької собівартості. Особливим типом перетворювачів енергії вітру є віброперетворювачі [класи МПК7 F 03 D 5/00, 5/06; Н 02 К 35/00]. Вони відрізняються рядом позитивних властивостей, а саме: - практична відсутність пускового моменту, що дозволяє їм працювати в низькошвидкісних потоках, фактично посилюючи власні резонансні коливання перетворювача; - висока надійність (відсутність тертя між частинами, дрібномодульність, технічно просте резервування); - мінімальний регламент профілактики й обслуговування, що дозволяє встановлювати агрегати у важкодоступних місцях; - низькі експлуатаційні витрати; - можливість створення дрібноблокових конструкцій, що полегшує монтаж, ремонт, створення конструкцій необхідної потужності з нарощуванням у процесі експлуатації; - автономність роботи модулів, що дозволяє децентралізовано компонувати установку блоками, розташованими в місцях найбільшої швидкості потоків; - можливість автоматичної підтримки заданих вихідних параметрів шляхом комутації модулів. Відомі віброперетворювачі енергії вітру мають низький коефіцієнт перетворення, високу собівартість, складність і недостатню надійність. Усе це ускладнює їхнє тиражування у виробництві та масове застосування. Запропоновані віброперетворювачі енергії повітряного потоку в електричну. Наприклад, [«Аэроупр угий электрогенератор» С.С. Нефедова по а.с. СССР №1160094 по кл. F 03 D 5/06 від 1985р., «Ветроагрегат» (а.с. №1395850, СССР). О.В. Дидикина і В.А. Грищенко, по тім же класі МПК]. Ці пристрої працюють за магнітоелектричним принципом. Вони містять пружні елементи, розташовані в повітряному потоці, та обмотки. Енергія потоку підтримує коливання їхнього власного механічного резонансу. Ці коливання забезпечують взаємодію магнітного поля зі струмопровідною обмоткою, за рахунок чого індукується ЕРС. Недоліками цих пристроїв є: - слабка взаємодія з потоком, і, як наслідок, низький коефіцієнт перетворення енергії потоку в електричну, низька ефективність; - наявність електричних обмоток, що ускладнює технологію виготовлення та підвищує їхню собівартість і знижує надійність; - відносна складність конструкції. Ці недоліки роблять проблематичним їхнє масове впровадження. Відомі також електростатичні перетворювачі енергії повітряного потоку. Наприклад, [«Электростатический генератор» В.А Двинских, по а.с. СССР № 1150396]. Це агрегат роторного типу, отже, він втрачає всі переваги вібраційних. Крім того, ємнісні елементи в ньому не можуть мати значної ємності через необхідність великих зазорів між лопатками, що виконують подвійну функцію (робочі і спрямляючі лопатки турбіни - вони ж обкладки конденсаторів). Нарешті, такий агрегат має значну вартість, складність і низькі експлуатаційні якості. Таким чином, у деякім наближенні прототипом можна вважати пристрій по авторському посвідченню [SU 1160094 (F 03 D 5/06) С.З Нефедова «Аэроупругий электрогенератор», 1985р.]. Метою передбачуваного винаходу є розробка базового модуля вітроенергетичного агрегату, принципово здатного працювати при практично будь-яких, навіть найнижчих швидкостях потоків, маючи при цьому прийнятну вартість і хороші експлуатаційні характеристики. Суть передбачуваного винаходу полягає в тому, що перетворювач кінетичної енергії потоку в електричну (робочий модуль вітроенергетичного агрегату) містить стр уминний мультивібратор [Л2], диференціальний електричний конденсатор (два послідовних повітряних конденсатори зі струмопровідною загальною середньою рухливою пластиною), два допоміжних джерела електроенергії, випрямний міст і електронавантаження, що відрізняється тим, що ви ходи струминного мультивібратора з'єднані повітряним потоком з порожнинами диференціального конденсатора, бічні пластини якого підключені до входів по перемінному струму випрямного моста, а рухома пластина укріплена на пружній підвісці, що дозволяє їй коливатися відносно бічних пластин, і підключена до однойменних полюсів допоміжних джерел електроенергії, другі полюси яких підключені до виходів випрямного моста, до яких підключене електронавантаження. Пристрій ілюструється принциповою схемою Фіг.1, де: ВП - вхідний потік; 1 - стр уминний мультивібратор; Сд - диференціальньїй конденсатор; 2 - бічні пластини; 3 - середня рухома пластина диференціального конденсатора; U1-2 - допоміжні джерела електроенергії: VD1-4 - 1 діоди випрямного моста; Rн - опір электронавантаження. Робота пристрою: Вхідний потік (ВП), потрапляючи в стр уминний мультивібратор, що складається з концентратора потоку (конфузора), двох резонаторів і двох ви хідних каналів, розгалужується між вихідними каналами і резонаторами, як показано на Фіг.1 стрілками. Частина потоку, що попадає у відповідний резонатор, на виході з нього відхиляє вхідний струмінь повітря у протилежний вихідний канал (виникає позитивний зворотний зв'язок по потоку). Потім процес повторюється в симетричному каналі. У такий спосіб відбувається переключення вихідного потоку з одного каналу до іншого з частотою резонаторів. Потрапляючи в порожнини диференціального конденсатора, потоки створюють вібрацію рухливої пластини, періодично змінюючи ємність відповідної половини конденсатора Сд. При цьому збільшення ємності (наприклад, верхньої частини Сд) призводить до зменшення на ньому напруги [Л3], внаслідок чого відбувається заряд цієї частини Сд від джерела U1 через діод VD1. В наступний момент, за рахунок віддалення рухливої пластини, ємність цієї частини конденсатора Сд зменшиться, що, при такому ж заряді, призведе до підвищення напруги на цій частині Сд [Л3]. Через діод Vд2 потече стр ум через навантаження Rн підзаряджуючи джерело U1 (контур позитивного зворотнього зв'язку по напрузі). Підвищиться при цьому і напруга U2. Аналогічний процес відбувається й в іншій симетричній частині схеми. У підсумку схема працює як насос електроенергії, в якому діоди виконують роль впускних і випускних клапанів. Перетворення кінетичної енергії вітру відбувається за рахунок переміщення рухливої пластини проти сил електростатичного поля. При настроюванні елементів перетворювача в резонанс він може ефективно працювати в низькошвидкісних потоках, створюючи динамічний тиск, починаючи з 0,001кг/см 2 [Л4]. Технологічно перетворювач може бути виготовлений методом пресовки з пластмаси з напилюванням у відповідних місцях струмопровідних шарів. Низька собівартість при цьому дасть можливість їхнього масового тиражування, а простота конструкції й відсутність тертьових елементів визначає високу надійність. Таким чином, поставлена мета значною мірою досягнута. Література: 1.Шеферт Я.И. Использование энергии ветра. - М.: Госатомиздат., 1983 2.Елимелих И.М., Сидоркин Ю.И. Струйная автоматика (пневмоника).- Ленинград: Лениздат.,1972г. 3.Кухлинг Х. Справочник по Физике.-1983г. 4.Ультразвук. Маленькая энциклопедия. - Изд. "Советская энциклопедия", 1979г.