Універсальний двигун “нім” для перетворення кінетичної енергії потоку в механічну

Реферат: Універсальний двигун містить генератор, два радіально розташованих конфузори, зовнішню оболонку, дифузор, камери примусового розрідження повітря, в яких встановлено витяжні пристрої. Містить примножувач повітря, який складається із сопла в вигляді кільця з щілинним ежектором повітря та пристрій для створення потоку повітря. Також містить універсальний ротор Оніпка, механічно зв'язаний з генератором, аеродинамічний конус генератора, повітропровід, з'єднуючий вихід двигуна із його входом, в якому встановлено два клапани та вертикальний повітропровід з поворотним вітряним конфузором. UA 101540 U (54) УНІВЕРСАЛЬНИЙ ДВИГУН "НІМ" ДЛЯ ПЕРЕТВОРЕННЯ КІНЕТИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ПОТОКУ В МЕХАНІЧНУ UA 101540 U UA 101540 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до машинобудування і може бути використана в енергомашинобудуванні для виробництва вітродвигунів для приводу електрогенераторів і інших механізмів при виробництві різних транспортних та виробничих засобів. Відомий універсальний ротор Оніпко (UA 106414, F03D 1/06), який містить щонайменше дві дугоподібні лопаті, які розташовані навколо осі обертання ротора і кожна з яких зв'язана з кріпильним елементом, розташованим біля осі обертання ротора, твірна вигнутої бокової поверхні дугоподібної лопаті по суті паралельна осі обертання ротора, верхній край вигнутої поверхні дугоподібної лопаті з'єднаний з краєм угнутої бокової поверхні дугоподібної лопаті, яка плавно нахилена від осі обертання ротора у напрямку до основи цієї лопаті, зв'язок краю угнутої бокової поверхні дугоподібної лопаті з верхнім краєм вигнутої бокової поверхні дугоподібної лопаті виконаний під кутом, а протилежний край угнутої бокової поверхні дугоподібної лопаті з'єднаний під кутом з вигнутою боковою поверхнею суміжної дугоподібної лопаті. Основним недоліком такого ротора є низький ККД при малих вітрах (0,5-5 м/с). В цього ротора є максимум ККД при вітрах в 15 м/с, а при відхиленні від цієї точки його ефективність знижується, хоча він і працює при малих швидкостях вітру. Відомий вентилятор у зборі (RU 2489652, F24F 13/32), який містить опору, в якій встановлено засіб для створення потоку повітря, пристрій для випуску повітря, який включає закріплене на опорі сопло, яке має випускаючу дільницю для випуску повітря, при цьому, через конструктивно створений отвір сопла, повітряний потік, що виходить із випускаючої дільниці, втягує повітря із зовні сопла. Конструкція вентилятора без лопатей розроблена на базі запатентованої технології Dyson Air Multiplier™ (http://dyson.in.ua/statyi/bezlopasnye_vwntiljatory_dyson/), створює рівномірний непереривний вторинний потік повітря в десятки разів більший, ніж первинний потік повітря, який його утворив. Така технологія називається примножувач повітря з малими затратами енергії на створення невеликого первинного потоку повітря великої швидкості, який утворює великий вторинний потік малої швидкості. Вищевказану технологію примноження повітря ніхто і ніде, до сьогоднішнього часу, не використав для створення штучних високоенергетичних потоків газів та рідин для роботи двигунів різного призначення. Зробимо розрахунки для підтвердження вигоди і доцільності використання вказаної технології для створення штучного енергетичного потоку. В технічних характеристиках серійного настільного вентилятора Дайсона вказано, що первинний потік повітря обсягом 30 літрів в секунду видувається через випускний участок сопла із швидкістю 24,4 м/с (88 км/с). Цей первинний потік за рахунок ежекції і ефекту Коанда втягує зовнішній потік повітря, через конструктивно створений соплом отвір, і породжує вторинний потік повітря обсягом 450 літрів із швидкістю 10 м/с (36 км/с). Обсяг вторинного потоку повітря збільшився в 450/30=15 разів 2 порівняно з обсягом первинного потоку. Кінетична енергія первинного потоку повітря mv /2 дорівнює 10,89 Дж, а вторинного потоку відповідно 27,45 Дж. Кінетична енергія вторинного потоку повітря збільшилась в 27,45/10,89=2,52 рази, або на 252 % порівняно з первинним потоком. Ця кінетична енергія збільшилась за рахунок енергії атмосферного тиску повітря. Потенційна енергія атмосферного тиску повітря, за допомогою конструкції сопла, та ефекту ежекції і ефекту Коанда, трансформується в кінетичну енергію потоку повітря. В цьому саме і полягає механізм великої вигоди від використання технології Dyson Air Multiplier™ для створення штучного високоенергетичного потоку. Відомо, що потужність енергетичного потоку в трубі пропорційна кубу швидкості потоку і 3 3 розміру поперечної площі (Р = кV S, де Р - потужність потоку, к - коефіцієнт пропорційності, V швидкість потоку в трубі в кубі, S - площа потоку в трубі), тому є можливим підвищення потужності потоку за рахунок конфузора, який зменшує поперечну площу потоку в трубі і тим самим збільшує його швидкість (V1*S1=V2*S2, де V1 і S1 - швидкість потоку і поперечна площа на вході конфузора, та V2 і S2 відповідно на виході конфузора). Так, зменшення поперечної площі потоку в трубі в 2 рази, за рахунок конфузора, призведе до підвищення швидкості в 2 рази, а вигода в потужності складе 4 рази, а зменшення поперечної площі конфузора в 3 рази призведе до підвищення швидкості в 3 рази, а потужності в 9 разів і т.д. Найбільш близьким аналогом за технічною суттю й одержаним результатом, що досягається при використанні винаходу, є вітроустановка (RU 2498106 F03D 1/00), яка містить вітротурбіну, механічно зв'язану з генератором, принаймні, два радіально розташовані конфузори, зовнішню оболонку, дифузор, камери примусового розрідження повітря, в яких встановлено витяжні пристрої для створення додаткової тяги на лопаті вітротурбіни. 1 UA 101540 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Основним недоліком цієї вітроустановки є низький ККД і ефективність перетворення кінетичної енергії потоку повітря в механічну енергію при малих скоростях вітру до 5 м/с. При відсутності енергетичного потоку повітря (вітру) такі вітроустановки звичайно ж не працюють. Технічною задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, є створення високоефективного універсального двигуна "HIM" для перетворення кінетичної енергії малого вітру та штучно створеного енергетичного потоку газу чи рідини в трубі в механічну енергію. Суть корисної моделі схематично пояснюється зображенням в розрізі. Для вирішення цієї задачі універсальний двигун "HIM", що заявляється, включає примножувач повітря, який складається із сопла 1, у вигляді кільця з щілинним ежектором 2 та пристрою 3 для створення потоку повітря, вхідного конфузора 4, двух радіально розташованих конфузорів 5, універсального ротора Оніпка 6, витяжного пристрою 7, камери розрідження 8, генератора 9, аеродинамічного конуса 10, дифузора 11, повітропроводу 12 для з'єднання виходу двигуна з його входом, вхідного клапана 13, вихідного клапана 14, вертикального повітропроводу 15, поворотного вітряного конфузора 16, вихідного дифузора 17 та поворотного пристрою повітропроводу 18. Універсальний двигун "HIM", що заявляється, працює таким чином. Варіант 1. Універсальний двигун "HIM" працює при вітрі менше 15 м/с з відкритими вхідним клапаном 13 і вихідним клапаном 14 (повітропровід 12 розімкнений). Вітровий потік, через тиск на флюгер повертає поворотний пристрій повітропроводу 18 разом із конфузором 16 проти напрямку свого руху. Повітря зі швидкістю вітру входить в розтруб конфузора 16, різко прискорюючись, в його конусі, створює зону розрідження, яка стимулює ежекцію повітря з вертикального повітропроводу 15, а він, в свою чергу, втягує потік повітря на вході клапана 13 і ділянки "конфузом - ротор Оніпка - генератор", який обертає ротор Оніпка 6. Універсальний ротор Оніпка 6, механічно зв'язаний з генератором 9, обертає його і виробляє електроенергію. Так як, швидкості вітру недостатньо, щоб ротор Оніпка 6 працював ефективно, то для створення оптимального потоку повітря швидкістю 15 м/с частина виробленої електроенергії від генератора 9 подається на електродвигуни пристроїв 3 і 7, які забезпечують потік повітря для подачі в сопло 1 примножувача повітря та примусового відсмоктування повітря із камери розрідження 8, за ротором Оніпка 6. Повітря від пристрою 3 під тиском подається в сопло 1 і видувається із щілинного ежектора 2 з великою швидкістю. Цей швидкісний потік ежектує повітря із зовні через відкритий клапан 13 в середину кільцевого сопла 1, та через розтруб вхідного конфузора 4. Дальше цей потік повітря ускорюється двома роторними конфузорами 5 і попадає на ротор Оніпка 6 прискорює його обертання, передаючи йому свою кінетичну енергію. Створена витяжним пристроєм 7 зона розрідження 8 за ротором Оніпка 6 прискорює протікання енергетичного потоку повітря через нього. Таким чином, штучно створений енергетичний потік повітря значно збільшує ефективність універсального двигуна "HIM" і як наслідок підвищує його ККД по генерації електроенергії при слабому вітрі. Варіант 2. Універсального двигун "HIM" працює при відсутності вітру з закритими вхідним клапаном 13 і вихідним клапаном 14 (повітропровід 12 замкнений). В цьому разі електроенергія від резервного акумулятора подається на електродвигуни пристроїв 3 і 7, які забезпечують потік повітря для подачі в примножувач повітря і створення зони розрідження за універсальним ротором Оніпка 6. Далі порядок роботи двигуна такий же, як описано в варіанті 1, штучно створюється енергетичний потік повітря з оптимальною для ротора швидкістю 15 м/с, який попадає на лопаті ротора Оніпка 6, обертає його разом із валом генератора 9 і таким чином генерується електроенергія. Далі потік повітря з залишковою швидкістю з виходу дифузора 11 при закритому вихідному клапані 14 і вхідному клапані 13 по повітропроводу 12 попадає на розтруб дифузора 17 і конфузора 4, де втягується сопловим ежектором 2 і знову прискорюється. Замкнутий цикл роботи двигуна зменшує затрати електроенергії для створення штучного енергетичного потоку повітря на кожному циклі, що підвищує його ККД. Варіант 3. При використанні універсального двигуна "HIM" в енергетичних гідропотоках порядок роботи такий же, як описано в варіантах 1 і 2. Чим більша глибина водного басейну, на дні якого встановлено двигун "HIM", тим більший тиск води, а це означає збільшення генерації електроенергії. Цей ефект збільшення потужності двигуна "HIM" на глибині водойм пояснюється тим, що вода має в 820 раз більшу густину чим повітря, яка збільшує її тиск на 1 атмосферу кожні 10 метрів глибини, а це пропорційно збільшує потенційну енергію води, яка перетворюється універсальним двигуном "HIM" в кінетичну енергію штучного водного потоку. З вищевказаного випливає, що використання штучного енергетичного потоку води з допомогою технології Dyson Air Multiplier™ для вироблення електроенергії двигуном "HIM" значно ефективніше ніж використання повітряного енергетичного потоку. 2 UA 101540 U 5 Таким чином, заявлений універсальний двигун "HIM" ефективно працює як при малих вітрах або течіях води, так і при їх повній відсутності, що дозволяє використовувати його як автономну високоефективну електростанцію працюючу за рахунок тиску повітряного, так і водного середовищ. Виробництво вітроелектростанцій чи гідроелектростанцій на базі універсального двигуна "HIM" не потребує великих матеріальних і фінансових затрат для значного збільшення його можливостей, а мала металоємність та незначні витрати в сукупності дають значний технікоекономічний ефект від використання корисної моделі. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Універсальний двигун, що містить генератор, два радіально розташованих конфузори, зовнішню оболонку, дифузор, камери примусового розрідження повітря, в яких встановлено витяжні пристрої, який відрізняється тим, що містить примножувач повітря, який складається із сопла в вигляді кільця з щілинним ежектором повітря та пристрій для створення потоку повітря, універсальний ротор Оніпка, механічно зв'язаний з генератором, аеродинамічний конус генератора, повітропровід, з'єднуючий вихід двигуна із його входом, в якому встановлено два клапани та вертикальний повітропровід з поворотним вітряним конфузором. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3