П’єзоелектричний перетворювач енергії потоку

П'єзоелектричний перетворювач енергії потоку, що містить конфузор, з'єднаний потоком із входом струминного мультивібратора, вихід якого з'єднаний з порожниною робочого елемента й ежектором; а також випрямний міст, генератор змінного струму й систему автоматичного підстроювання його частоти й фази, який відрізняється тим, що містить плоский консольно закріплений і загострений з вільного кінця п'єзоелемент, оснащений загальною, сигнальною 3 обертання. У результаті лише знижується ККД установок. Таким чином, роторні перетворювачі не можуть працювати в низькошвидкісних (менше 5м/с) потоках. Потужність віброперетворювачів пропорційна частоті вібрацій й амплітуді коливань. Частота (аналогічна обертам) визначається масою й пружністю робочих елементів й в основному не залежить від швидкості потоку [Л2]. Амплітуда (аналогічна моменту сил) залежить від способу відбору енергії при взаємодії з потоком і може бути істотно збільшена за рахунок сполучення резонансів. Відомо [Л3], що якщо частота власних коливань конструкції збігається із частотою коливань потоку - амплітуда коливань різко зростає аж до небезпечних для конструкції меж. А це еквівалентно збільшенню потужності. Відомі електромагнітні віброперетворювачі енергії потоків, [наприклад, «Аэроупругий электрогенератор» С.С. Нефёдова по а.с. СССР №1160094 по кл. F 03 D 5/06 от 1985г., «Ветроагрегат» (а.с. №1395850, СССР). О.В. Дидикина и В.А. Грищенко; патент Росії №2244850 по тім же класі МПК], мають слабка, пасивна взаємодія з потоком, низький коефіцієнт перетворення, високу собівартість, складність і недостатню надійність. Ці пристрої містять пружні елементи, слабко (пасивно) взаємодіють з потоком, спонтанні коливання якого, як правило, не збігаються із частотою власного механічного резонансу робочих елементів. Такий процес взаємодії з потоком не ефективний. Необхідність обмоток і магнітного поля ускладнює й здорожує конструкцію. Все це робить проблематичним їх масове застосування. Віброперетворювачі із застосуванням п'єзоелемнтів технологічніше й дешевше електромагнітних. Створення нових ефективних п'єзоматеріалів робить їх перспективними. Прикладом таких віброперетворювачів можуть бути: RU 2013651 С1 F 03D 5/06, А.П. Соловьёва й ін. «Ветроэлектрический агрегат»; RU 2005 122837 А МПК H02N 3/00, А.П. Рыбкина. По спільності ознак найближчим прототипом до пропонованого пристрою є [патент України на корисну модель №21786 від 10.04.2007р. «Перетворювач кінетичної енергії потоку в електричну», (класи F03D 3/00, 5/06)]. Це пристрій по простоті, технологічності й собівартості відповідає вимогам масового впровадження. Воно містить позитивні зворотні зв'язки по потоці, що модулюють його із частотою власного резонансу робочого елемента. А це істотно підвищує ефективність. Недоліками пристрою є необхідність двох джерел постійного струму для порушення процесу перетворення, що збільшує вартість, а також великий вплив приєднаної маси коливного елемента, що знижує частоту його власного резонансу, погіршуючи тим самим його робочі характеристики. Пропонований пристрій складається з конфузора, з'єднаного потоком із входом струминного мультивібратора [Л3] маючого два 29580 4 керуючі входи, вихід якого з'єднаний з порожниною робочого елемента й ежектором, що утворять тракт потоку, а також випрямний міст і генератор змінного струму із системою автопідстроювання його частоти й фази. Пристрій відрізняється тим, що містить плоский консольно закріплений і загострений з вільного кінця п'єзоелемент, постачений загальної, сигнальної й основний струмопровідними обкладками, розміщений із зазорами в порожнині робітника елемента, загостреним кінцем у виході струминного мультивібратора, виконаному у вигляді клина, що розширюється, зазори якого сполучені із загостреним кінцем п'єзоелемента; причому його основна й загальна обкладки підключені до випрямного моста, а також між виходом і входом генератора змінного струму; вихід випрямного моста підключений до ланцюгам живлення генератора й до електронавантаження; сигнальна обкладка підключена до входу системи автопідстроювання частоти й фази, а вихід якої до керуючого входу генератора. Пропонований пристрій ілюструється Фіг.1, на якій показані: 1. Конфузор; 2. Струминний мультивібратор; 3. Щілинна порожнина робочого елемента; 4. П'єзоелемент; 5. Сигнальна обкладка; 6. Основна обкладка; 7. Загальна обкладка; 8. Випрямляч змінного струму; 9. Електронавантаження; 10. Генератор змінного струму; 11. Система автопідстроювання частоти й фази; 12. Ежектор. Суцільною й пунктирною стрілками показане проходження струменів у двох фазах роботи струмного мультивібратора. Робота пристрою. Потік концентрується конфузором (1), що збільшує його швидкість й, отже, енергію. Він надходить на вхід струминного мультивібратора, що, за рахунок впливу резонаторів, по черзі перенаправляє вхідний потік з однієї половини робочої порожнини (3) п'єзоелемента (4) на іншу, змушуючи його вібрувати із частотою мультивібратора. У свою чергу, коливання загостреного кінця п'єзоелемента в зазорах також створюють пульсацію потоку із частотою, близької до власного резонансу п'єзоелементу. При цьому, внаслідок п'єзоефекта першого роду [Л4] на обкладках (5, 6, 7) створюється змінна напруга, підключене до випрямляча змінного струму (8), вихід якого підключений до електронавантаження (9) і ланцюгів живлення генератора (10) змінного струму. Підключення основної й загальної обкладок між виходом і входом генератора повідомляє п'єзоелемету коливання вигину за рахунок п'єзоефекту другого роду. У результаті гармонійні коливання п'єзоелемента містять дві складові: мультивібратора й генератора, причому максимум амплітуди коливань мультивібратора буде на вільному кінці консолі п'єзоелемента, 5 постаченого сигнальною обкладкою (5), підключеної до входу системи (11) АПЧ й Ф. До другого входу системи (11) підключена основна обкладка, у якій домінують коливання генератора. При порівнянні по частоті й фазі цих двох складових на виході системи (11) виробляється сигнал керування, підключений до керуючого входу генератора. Таким чином, коливання п'єзоелемента й потоку будуть збігатися з точністю до фази, що забезпечує найбільш ефективний відбір потужності від потоку. Інжектор (12) створює деяке розрідження в порожнині (3), прискорюючи потік і зменшуючи вплив приєднаної до коливного елемента маси. Так що завдання, поставлені перед розробкою пристрою деякою мірою виконані. Література: 1. Шеферт Я.М. «Использование энергии ветра». М., Госатомиздат, 1983г.. 2. Ольсон. Г. «Динамические аналогии». М. Государственное издательство иностранной литературы. 1947г. 3. Емелих И.М., Сидоркин Ю.И. «Струйная автоматика» Ленинград. Лениздат. 1972г. 4. Справочник по электроматериалам под ред. Корицкого Ю.В. и др. Изд. 2-е, том 3. «Энергия» Ленинград 1976г. 5. Казакевич М.И. «Аэродинамика мостов». М. Транспорт. 1987г. 29580 6