Перетворювач енергії потоку

Корисна модель відноситься до вітро- і гідроенергетики та може бути використана для одержання електроенергії автономно і безпосередньо біля малопотужних споживачів. Технічний прогрес змушує приділяти все більшу увагу поновлюваним і екологічно чистим джерелам енергії, таким, як енергія потоків вітру та води. Величезна географія поширення цих потоків дозволяє створювати автономні й досить мобільні джерела електроенергії, що мають цілу низку істотних переваг. Окремий інтерес мають перетворювачі енергії низько швидкісних, більш ймовірних і більше розповсюджених потоків. Однак, енергія низько швидкісних потоків мала (пропорційна кубу швидкості) [Л1]. Отже, для одержання достатньої кількості енергії потрібна відповідно більш велика кількість одночасно працюючих перетворювачів, що в свою чергу, вимагає створення дуже простих, дешеви х, компактних і надійних перетворювачів. Особливий клас перетворювачів енергії потоків представляють віброперетворювачі [класи МПК7 F03D5/00, 5/06; Н02К35/00]. Такі перетворювачі відрізняються низкою позитивних властивостей: - практична відсутність пускового моменту, що дозволяє їм працювати в низькошвидкісних потоках, просто посилюючі їх власні резонансні коливання робочих елементів перетворювачів Власна резонансна частота робочих елементів віброперетворювачів, обумовлена їхньою масою й пружністю, еквівалентна швидкості обертання роторів роторних перетворювачів і може бути велика при малих швидкостях потоків. - висока надійність за рахунок відсутності тертьових частин, дрібна модульність, технічно просте резервування; - мінімальний регламент профілактики й обслуговування, що дозволяє встановлювати агрегати у важкодоступних місцях; - низькі експлуатаційні витрати; - можливість створення дрібно блочних конструкцій, що полегшує монтаж, ремонт, створення конструкцій необхідної потужності шляхом нарощування їх кількості в процесі експлуатації; - автономність роботи модулів, що дозволяє децентралізовано компонувати установку блоками, розташованими в місцях концентрації потоків. Відомі віброперетворювачі енергії потоків, наприклад потоків вітру, мають низький коефіцієнт перетворення, високу собівартість, складність і, як наслідок, недостатню надійність. Все це утрудняє їхнє тиражування у виробництві й масове застосування. Наприклад, [«Аэроупругий электрогенератор» С.С. Нефедова по а.с. СССР №1160094, кл. F03D5/06 від 1985р. (рос); «Ветроагрегат», а.с. №1395850, СССР. О.В. Дидикина й В.А. Грищенко, по тому ж класі МПК (рос)]. Ці пристрої містять пружні елементи, які взаємодіючи з надшвидкісним потоком, замало віддають свою енергію перетворювачу, тому що енергія потоку практично лише підтримує коливання власного механічного резонансу пружних елементів, пов'язаних з постійними магнітами, у результаті чого виникає взаємодія магнітного поля зі струмопровідною обмоткою (електрообмоткою), у якій індукується ЕРС, та стр ум у навантаженні. Основним недоліком цих пристроїв є слабка взаємодія з потоком і, як наслідок, низький коефіцієнт перетворення енергії потоку в електричну і низька ефективність. Крім того, ці перетворювачі можуть працювати тільки при зверхкритичних швидкостях потоків. Це робить проблематичним їх масове впровадження. Однак спільність принципу віброперетворювання та наявність електромагнітної системи дозволяє вважати пристрій по [авторському свідоцтву SU 1160094, F03D5/06 С.С. Нефедова «Аэроупругий электрогенератор», 1985г. (рос)], найближчим аналогом. Задачею корисної моделі є розробка перетворювача кінетичної енергії потоку, принципово здатного працювати при низьких швидкостях потоків, маючи при цьому прийнятну вартість. Можливість тиражування і гарні експлуатаційні характеристики. Суть корисної моделі полягає в тому, що перетворювач кінетичної енергії потоку в електричну містить концентратор потоку (конфузор), стр уминний мультивібратор [Л2], диференціальну електромагнітну систему з постійними магнітами, електрообмоткою й феромагнітною мембраною [Л2, 3], а також дросель потоку, згідно корисної моделі, конфузор з'єднано потоком із входом струминного мультивібратора, обидва виходи якого з'єднані відповідно з двома замкнутими порожнинами, розташованими по обидва боки феромагнітної мембрани, що розділяє диференціальну електромагнітну систему на дві симетричні частини, а виходи порожнин з'єднані з дроселем потоку. Пристрій ілюструється принциповою схемою (креслення), на якій показані: 1 - вхідний потік; 2. - конфузор; 3 - резонатори струминного мультивібратора з елементами настроювання; 4 - замкнуті порожнини; 5 - феромагнітна мембрана; 6 - постійні магніти; 7 - магнітопроводи; 8 - електрообмотки; 9 - дросель потоку; Суцільною й пунктирною стрілками показане проходження струменів потоків у дво х фазах роботи пристрою. Робота пристрою: Вхідний поток (1), через конфузор (2), спрямовується в резонатори (3) струминного мультивібратора, що періодично перемикає потік із частотою резонаторів між двома вихідними каналами струминного мультивібратора, по черзі створюючи в замкнутих порожнинах (4) по обидва боки мембрани (5) надлишковий тиск. Під дією перепадів тиску виникають коливання мембрани з резонансною частотою резонаторів, що підсилює ці коливання, а це, в свою чергу змінюють зазори у магнітному ланцюзі (6, 7) магнітної системи, модулюючи її магнітні потоки. В наслідок цього в електрообмотках (8) виникає ЕРС, яка створює струм у навантаженні. Дросель потоків (9) підтримує динаміку перепадів надлишкового тиску в замкнутих порожнинах. Ефективність роботи пропонованого пристрою підвищується в порівнянні з прототипом за рахунок: - фронтальної концентрації потоку конфузором, що сприяє зростанню швидкості потоку і його кінетичної енергії; - використання струминного мультивібратора з резонаторами Гальтона [Л4, 5], що працюють при низькому динамічному тиску, тобто у низько швидкісних потоках. - близькості резонансних частот мембрани й резонаторів струминного мультивібратора; - підвищення, у порівнянні з роторними перетворювачами, частоти перетворення в умовах низьких швидкостей потоків. У цілому конструкція перетворювача придатна для масового тиражування. Крім того, відсутність тертьових елементів визначає її високу надійність. Таким чином, поставлення ціль в значній мірі досягнута. Література (рос): 1. Шеферт Я.И. Использование энергии ветра. М, Госатомиздат. 1983г. 2. Емелих И.М., Сидоркин Ю.И. Струйная автоматика (пневмоника). Лениздат. 1972г. 3. Казакевич М.П. Аэродинамика мостов. М. Транспорт, 1989г. 4. Шевцов М.А. Електроакустика. М. Связь. 1978г. 5. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Изд. Сов. Энциклопедия. 1979г.