Пристрій для перетворення енергії потоків робочих тіл в електричну або механічну енергію

1 Пристрій для перетворення енергії потоків робочих тіл в електричну або механічну енергію, що містить вал із кронштейнами, установлені на них поворотні лопаті й упори для фіксації поворотних лопатей у робочому положенні, який відрізняється тим, що поворотні лопаті виконані секцюнованими по ширині у вигляді ряду встановлених уздовж кронштейнів окремих поворотних лопатей, а пристрій оснащений упорами для фіксації кожної поворотної лопаті в робочому положенні 2 Пристрій за п 1 , який відрізняється тим, що щонайменше частина упорів установлена з можливістю утворення каналів між розташованими поруч поворотними лопатями 3 Пристрій за п 1 або 2, який відрізняється тим, що щонайменше частина упорів установлена з можливістю фіксації поворотних лопатей з утворенням консолей, а взаємодіючі з зазначеними упорами поворотні лопаті виконані пружними 4 Пристрій за п 3, який відрізняється тим, що частина пружних поворотних лопатей виконана з еластичних матеріалів 5 Пристрій за п 3 або 4, який відрізняється тим, що пружні поворотні лопаті виконані з перемінною по їхньому поперечному перерізі товщиною, яка зменшується до кінця їхніх консолей Винахід відноситься до області енергетики і може бути використаний для перетворення енергії потоків робочих тіл(наприклад вітру, води, газів, сипучих матеріалів) в електричну або механічну енергію, зокрема для приводу різного роду пристроїв і виконавчих механізмів Відомий пристрій для перетворення енергії потоку робочого тіла(повітря) в електричну або механічну енерпю(вітродвигун) [див опис винаходу до авторського свідоцтва СРСР №1366685, МПК 4F03D 3/04], що містить вітроколесо з лопатями і вертикальною віссю обертання У цьому пристрої частина лопатей рухається по напрямку руху потоку повітря, а частина - проти цього руху, чинячи опір обертанню вітроколеса З цієї причини цей пристрій має низький коефіцієнт використання енергії вітру, що не перевищує 0,18(18%), Отже, недоліком цього пристрою є низький коефіцієнт використання енергії вітру Відомий також пристрій для перетворення енергії потоку робочого тіла(вітру) в електричну або механічну енерпю(вітродвигун) [див опис винаходу до патенту Російської Федерації №2029885 МПК 4F03D 3/00, 05 05 1991 р], що є найбільш близьким аналогом(прототипом) заявленого пристрою по сукупності суттєвих ознак і містить вал із кронштейнами і встановлені на кронштейнах поворотні лопаті й упори для фіксації поворотних лопатей у робочому положенні Ці ознаки є загальними з ознаками заявленого пристрою і його суттєвими ознаками У цьому пристрої на КІНЦІ КОЖНОГО кронштейна встановлена поворотна лопать, яка має ширину, порівнянну з довжиною кронштейна, і яка в робочому положенні фіксується упором, закріпленим на кронштейні Конструктивною особливістю цього пристрою є те, що поворотні лопаті, які рухаються назустріч потоку повітря, встановлюються автоматично паралельно напрямку руху потоку повітря і чинять незначний опір обертанню вала Завдяки цьому зазначений пристрій у порівнянні з пристроєм по авторському свідоцтву СРСР №1366685 має (О со (О 61364 більш високий коефіцієнт використання енергії вітру Однак недоліком пристрою по патенту №2029885 є те, що при обертанні вала з кронштейнами поворотні лопаті змінюють своє положення відносно осі обертання, що приводить до циклічної зміни моменту інерції обертових елементів пристрою і всього пристрою вцілому відносно його осі обертання Так як в цьому пристрої ширина поворотних лопатей порівнянна з довжиною кронштейнів, а самі поворотні лопаті встановлені на кінцях кронштейнів, то зміни моменту інерції пристрою суттєві, що створює динамічні навантаження на ПІДШИПНИКОВІ вузли і деталі пристрою і на весь пристрій вцілому Це знижує ДОВГОВІЧНІСТЬ і надійність пристрою В основу заявленого винаходу поставлено технічну задачу удосконалення пристрою для перетворення енергії потоків в електричну або механічну енергію для досягнення нового технічного результату, що полягає в підвищенні ДОВГОВІЧНОСТІ І надійності пристрою Одержання зазначеного технічного результату забезпечується сукупністю суттєвих ознак, що є сутністю заявленого пристрою і полягає втім, що в пристрої для перетворення енергії потоків в електричну або механічну енергію, що містить вал із кронштейнами, установлені на кронштейнах поворотні лопаті й упори для фіксації поворотних лопатей у робочому положенні, поворотні лопаті виконані секцюнованими по ширині у вигляді ряду встановлених уздовж кронштейнів окремих поворотних лопатей, апристрій оснащений упорами для фіксації кожної поворотної лопаті в робочому положенні Для досягнення нового технічного результату необхідна наступна сукупність ВІДМІТНИХ ознак заявленого пристрою у сукупності всіх суттєвих ознак, зазначених у незалежному(першому) пункті формули винаходу виконання поворотних лопатей секцюнованими по ширині у вигляді ряду встановлених уздовж кронштейнів окремих поворотних лопатей, оснащення пристрою упорами для фіксації кожної повортної лопаті в робочому положенні Вилучення з зазначеної сукупності ВІДМІТНИХ ознак хоча б однієї ознаки не забезпечує досягнення нового технічного результату, що є метою винаходу Отже, зазначені ВІДМІТНІ ознаки заявленого пристрою є суттєвими, тому що кожна з них, окремо взята, необхідна, а всі, разом взяті, достатні для того, щоб відрізнити даний об'єкт винаходу від усіх інших об'єктів того ж призначення й одержати новий технічний результат Між зазначеними в незалежному(першому) пункті формули винаходу ознаками заявленого пристрою і одержуваним новим технічним результатом існує причинно-наслідковий зв'язок Особливістю заявленого пристрою як він визначений в незалежному(першому) пункті формули винаходу, є те, що в ньому уздовж кожного кронштейна встановлений ряд окремих поворотних лопатей, які у робочому положенні утворять одну лопать, аналогічну поворотної лопаті на кожнім кронштейні в пристрої, узятому за прототип Однак при цьому в заявленому пристрої поворотні лопаті при русі назустріч потоку робочого тіла, установлюючись паралельно напрямку цьому руху, повертаються накколо власних осей повороту, розташованих на різних відстанях від осі обертання вала Це зменшує амплітуду зміни моменту інерції обертових елементів заявленого пристрою і всього пристрою вцілому відносно його осі обертання, що зменшує динамічні навантаження на вузли і деталі пристрою і на весь пристрій вцілому і збільшує ДОВГОВІЧНІСТЬ І надійність пристрою Окремою ВІДМІТНОЮ ознакою заявленого пристрою є те, що щонайменше частина упорів установлена з умови утворення каналів між розташованими поруч поворотними лопатями Це дозволяє потоку робочого тіла, що сходить з поворотних лопатей, діяти на передні по ходу обертання вала поворотні лопаті, установлені на передньому по ходу обертання кронштейні Окремими ВІДМІТНИМИ ознаками заявленого пристрою є також те, що щонайменше частина упорів установлена з умови фіксації поворотних лопатей з утворенням у них консолей, а взаємодіючі з зазначеними упорами поворотні лопаті виконані пружними Це дозволяє поворотним лопатям при збільшенні швидкості потоку робочого тіла пружно деформуватися, що збільшує ширину каналів між розташованими поруч поворотними лопатями і дозволяє більшій КІЛЬКОСТІ робочого тіла проходити між ними і діяти на передні по ходу обертання поворотні лопаті Це згладжує коливання впливу потоку робочого тіла на поворотні лопаті і підвищує коефіцієнт використання енергії потоку Окремою ВІДМІТНОЮ ознакою заявленого пристрою є і те, що частина пружних поворотних лопатей виконана з еластичних матеріалів Поворотні лопаті з еластичних матеріалів, наприклад гуми, більш податливі при ЗМІНІ на них навантаження, що більш рівномірно згладжує коливання впливу потоку робочого тіла па них Окремою ВІДМІТНОЮ ознакою заявленого пристрою є також те, що пружні поворотні лопаті виконані з перемінною по їхньому поперечному перерізі товщиною, яка зменшується до кінця консолей цих лопатей Таке виконання пружних поворотних лопатей дає нелінійну залежність величини їхнього вигину від навантаження при коливанні впливу потоку робочого тіла, що ще більш рівномірно згладжує ці коливання Окремі ВІДМІТНІ ознаки, зазначені в залежних пунктах формули винаходу, характеризують заявлений пристрій в окремих конкретних варіантах його здійснення, розвивають і уточнюють ознаки, приведені в незалежному(першому) і в залежних пунктах формули винаходу, і дозволяють підвищити одержуваний новий технічний результат, що полягає в підвищенні ДОВГОВІЧНОСТІ І надійності роботи пристрою, а також підвищити ефективність використання енергії потоку робочого тіла Отже, вони є окремими суттєвими ВІДМІТНИМИ ознаками заявленого пристрою Прикладені креслення зображують приклад конкретного виконання пристрою для перетворення енергії потоку повітря(вітру) в електричну енергію, при цьому на фіг 1 зображений загальний вид пристрою, 61364 на фіг 2 - розріз по А-А на фіг 1 Пристрій для перетворення енергії вітру в елеісгричну енергію включає вал 1(фіг1) із закріпленими на ньому кронштейнами 2 і 3, на яких шарнірно встановлені поворотні лопаті 4, 5, 6, 7(фіг2) і упори 8, 9, 10 і 11 для фіксації цих поворотних лопатей у робочому положенні Поворотні лопаті 4, 5, 6 і 7 встановлені в ряд уздовж кронштейнів 2 і З Упори 8, 9, 10 і 11 виконані у вигляді стрижнів, що з'єднують між собою кронштейни 2 і З Упори 9 і 10 установлені таким чином, що при контактуванні з ними поворотних лопатей 5 і 6 між цими лопатями, а також між поворотними лопатями 4 і 5 утворяться канали 12 Упори 8, 9,10 і 11 установлені з умови фіксації поворотних лопатей 4, 5, 6 і 7 з утворенням у них консолей 13, а самі поворотні лопаті виконані пружними, тобто здатними значно деформуватися в межах пружних деформацій при збільшенні швидкості потоку робочого тіла, тобто при збільшенні навантаження на них Пружні поворотні лопаті 7 виконані з еластичного матеріалу, наприклад гуми При цьому пружні поворотні лопаті 7 виконані з перемінною по їхньому поперечному перерізі товщиною, що зменшується до кінця консолей цих лопатей Причому матеріал поворотних лопатей 7 і розміри поперечного переріза вибрані таким чином, що при швидкості вітру, рівній чи меншій робочій, ці лопаті в робочому положенні встановлюються з мінімальним зазором відносно поворотних лопатей 6 Вал 1 встановлений у рамі 14(фіг 1), що закріплена на фундаменті на стійках 15 Вал 1 муфтою 16 з'єднаний з мультиплікатором 17, що муфтою 18 з'єднаний з електрогенератором 19 Мультиплікатор 17 і електрогенератор 19 установлені на рамі 20 Пристрій для перетворення енергії вітру в електричну енергію працює таким чином Під дією вітру частина поворотних лопатей 4, 5, 6 і 7 повертається до контакту з упорами 8, 9, 10 і 11 і надає обертання кронштейнам 2 і 3 і валу 1 проти годин никової стрілки(фіг 2) Інші поворотні лопаті 4, 5, 6 і 7, рухаючись назустріч вітру, виходять з контакту з ВІДПОВІДНИМИ упорами 8, 9, 10 і 11 і автоматично встановлюються паралельно потоку повітря, створюючи незначний опір обертанню вала 1 Від вала 1 обертання через мультиплікатор 17 передається електрогенератору 19, у якому енергія вітру перетворюється в електричну енергію Оскільки при фіксації упорами 9 і 10 поворотних лопатей 5 і 6 між ними, а також між поворотними лопатями 4 і 5 утворяться канали 12, потік повітря, що сходить з поворотних лопат 5 і 6, діє на передні по ходу обертання вала 1 поворотні лопаті, підвищуючи ефективність використання енергії вітру При збільшенні швидкості вітру, тобто при поривах вітру, консолі пружних поворотних лопатей згинаються, поглинаючи надлишкову енергію пориву вітру, при цьому між поворотними лопатями 4 і 5, 5 і 6 ВІДПОВІДНО збільшується ширина каналів 12, і надлишок потоку повітря, проходячи через ці канали, також діє на передні по ходу обертання вала 1 поворотні лопаті Повороткі лопаті 7, виконані з еластичного матеріалу і з перемінною по їхньому поперечному перерізі товщиною, мають нелінійну залежність величини їхнього вигину від навантаження при поривах вітру, що дозволяє більш рівномірно згладжувати динамічні навантаження в пристрої Якщо в описаному пристрої замість електрогенератора установити який-небудь виконавчий механізм або пристрій, наприклад насос, то енергія вітру буде перетворюватися в механічну енергію У прикладі конкретного виконання описаний пристрій для перетворення енергії вітру в електричну енергію Це пристрій без зміни сукупності ознак, зазначених у формулі винаходу, може використовуватися для перетворення енергії потоків інших робочих тіл(наприклад води, сипучих матеріалів, газів) як в електричну, так і в механічну енергію 61364 A-A J L A A Фіг. 2 Фіг.1 Комп'ютерна верстка І Вихованець Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119