Система перетворення енергії плинних середовищ

Реферат: Винахід належить до галузі використовування джерел енергії, що поновлюються, а саме вітрової і гідроенергії, і перетворення їх в інші види енергії. Система перетворення енергії плинних середовищ включає тіло обертання, встановлене в корпусі з дифузором і конфузором, принаймні один передавальний елемент у вигляді вала і фундаментний блок. Тіло обертання складається з двох або більше послідовно розташованих коліс, що протилежно обертаються, із зовнішньою і внутрішньою обичайками, жорстко з'єднаними лопатями парусного типу. При цьому парні колеса встановлені на валу і розташовані в просторах, обмежених сполученими зовнішніми обичайками непарних коліс. UA 109648 C2 (12) UA 109648 C2 UA 109648 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до використовування джерел енергії, що поновлюються, а саме вітрової і гідроенергії, і перетворення їх в інші види енергії. Відома система перетворення енергії водних потоків, що включає тіло обертання, встановлене в корпусі з дифузором і конфузором, принаймні один передавальний елемент у вигляді вала і фундаментний блок, описана в патенті України № 76445 [МПК F03B 13/10, F03B 13/12, F03 В 17/02, опубл. 15.08.2006], що є найближчою з числа відомих до технічного рішення, що заявляється, за технічною суттю і результатом, що досягається. Система містить тіло обертання, що має передню вхідну сторону і задню вихідну сторону, щонайменше один передавальний елемент, який поєднує вхідну сторону з генератором. Тіло обертання має конічну та/або увігнуту частину, що простягається в бік вихідної частини, а також - конічну або бульбоподібну частину, що звужується і простягається від по суті циліндричної шийки у бік вхідної сторони. Вузька ділянка тіла обертання має турбінні лопатки, розташовані з проміжками один від одного по колу, які виконані з можливістю забезпечення обертання тілу обертання, передній вільний кінець котрого прикріплений до передавального елемента, розташованого в навколишньому середовищі, і служить для передачі руху обертання на генератор. Недоліками даної системи перетворення енергії є: використовування її для вироблення електроенергії в основному за рахунок морських течій; великі габарити і необхідність додаткової фіксації для запобігання обертанню дифузора і конфузора під дією реактивних сил від роботи турбіни; невисока потужність через те, що турбінні лопатки знімають кінетичну енергію, яка достатньо низька при невисоких швидкостях плинного середовища; підвищена небезпека для навколишнього середовища через велику швидкість обертання лопатей турбіни, які і самі не захищені від сторонніх предметів, що знаходяться навколо. В основу винаходу поставлена задача розширення області застосування системи перетворення енергії в гідро- і вітроенергетиці, значне підвищення її потужності і чутливості до слабких потоків за рахунок використання потенційної енергії плинного середовища, безпеки системи для навколишнього середовища і спрощення конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що в системі перетворення енергії плинних середовищ, що включає тіло обертання, встановлене в корпусі з дифузором і конфузором, принаймні один передавальний елемент у вигляді вала і фундаментний блок, відповідно до винаходу, тіло обертання складається з двох або більше послідовно розташованих коліс, що протилежно обертаються, із зовнішньою і внутрішньою обичайками, жорстко з'єднаними лопатями парусного типу. При цьому парні колеса встановлені на валу і розташовані в просторах, обмежених сполученими зовнішніми обичайками непарних коліс. Внутрішня обичайка першого непарного колеса поєднана з корпусом агрегатного блока, усередині якого закріплений мультиплікатор і його вхідний вал з'єднаний з валом парних коліс, а вихідний вал з'єднаний з пристроєм перетворення енергії. При цьому дифузор оснащений захисними гратами, а корпус агрегатного блока виконаний герметичним. Лопаті парусного типу, жорстко закріплені між зовнішньою і внутрішньою обичайками, створюють лопатеве щілинне тіло обертання, яке знімає частину кінетичної енергії потоку. Потік плинного середовища змінює напрям і збільшує швидкість руху потоку на виході з простору тіла обертання, що приводить до різниці тиску до і після тіла обертання і є головною умовою для одержання потенційної енергії з потоку плинного середовища. Робота лопатей в режимі вітрила означає, що будь-яка точка лопаті має швидкість руху в будь-якому напрямі меншу, ніж швидкість руху потоку плинного середовища. Це є основною відмінністю від режиму роботи лопаті турбіни, коли знімається лише кінетична енергія потоку через те, що швидкість руху лопаті в будь-якому напрямі більша, ніж швидкість руху потоку плинного середовища, яке спостерігається у відомих технічних рішеннях. При цьому робота парусного щілинного тіла обертання не створює шкідливих для людини високочастотних коливань. Це дозволяє встановлювати систему перетворення енергії плинного середовища в безпосередній близькості до житлових і виробничих приміщень. Робота лопатевого щілинного тіла обертання значно збільшує чутливість до слабких потоків і добуває енергію підвищеної потужності з безнапірного потоку плинного середовища за рахунок використовування 50 % кінетичної енергії, прискорюючи його, що дозволяє добувати потенційну енергію цього потоку, яка в 10-40 разів більше кінетичної [Трещалов Г.В. Высокоэффективный способ извлечения энергии из безнапорного потока текущей жидкости на основе специфического гидродинамического эффекта. - http://www.rusphysics.ru/articles/94/]. Отримана енергія прямує на вхідний вал мультиплікатора, а з вихідного вала мультиплікатора 1 UA 109648 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 передається на пристрій перетворення енергії, наприклад електрогенератор, повітряні, гідравлічні або теплові насоси. Завдяки використовуванню в тілі обертання двох або більше послідовно розташованих коліс, що протилежно обертаються, з лопатями парусного типу на одній осі, енергія закручування струменя в попередньому колесі використовується кожним наступним колесом, при цьому протилежний напрям обертання коліс удвічі збільшує частоту обертання вхідного вала щодо корпусу мультиплікатора і компенсує реактивні моменти від дії потоку плинного середовища на парні і непарні колеса, що дозволяє збільшити коефіцієнт використовування енергії плинного середовища. Оснащення дифузора захисними гратами підвищує безпеку системи перетворення енергії плинних середовищ, що заявляється, і навколишнього середовища. Суть винаходу, що заявляється, пояснюється кресленнями: на фіг. 1 представлений схематичний вид системи перетворення енергії плинних середовищ за першим варіантом; на фіг. 2 представлений схематичний вид системи перетворення енергії плинних середовищ за другим варіантом (приклад з тілом обертання з чотирьох послідовно розташованих коліс, що протилежно обертаються); на фіг. 3 та 4 представлений схематичний вид збірки коліс тіла обертання: парних (фіг. 3), непарних (фіг. 4). Система перетворення енергії плинних середовищ за першим варіантом включає тіло обертання 1, що складається із зовнішньої 2 і внутрішньої 3 обичайок, жорстко з'єднаних лопатями 4 парусного типу, встановлене в корпусі 5 з дифузором 6 і конфузором 7. Тіло обертання 1 шарнірно поєднано валом 8 з герметичним агрегатним блоком 9, закріпленим, наприклад, в конфузорі 7, усередині корпусу якого встановлений мультиплікатор 10. Вхідний вал 11 мультиплікатора 10 поєднаний з валом 8, а вихідний вал 12 поєднаний з пристроєм 13 перетворення енергії. Дифузор 6 оснащений захисними гратами 14. Система встановлена на фундаментному блоці 15. Система перетворення енергії плинних середовищ, що заявляється, за другим варіантом включає тіло обертання 1, розміщене в циліндричному корпусі 5 з дифузором 6 і конфузором 7 і що складається з, наприклад, чотирьох послідовно розташованих коліс 16 та 17, що протилежно обертаються, із зовнішньою 2 і внутрішньої 3 обичайками, жорстко з'єднаних лопатями 4 парусного типу. Парні колеса 16 встановлені на валу 8 і розташовані в просторах, обмежених зовнішніми обичайками 2 непарних коліс 17. Внутрішня обичайка 3 першого непарного колеса жорстко поєднана з герметичним корпусом агрегатного блока 9, усередині якого закріплений мультиплікатор 10 і його вхідний вал 11 з'єднаний з валом 8 парних коліс 16, а вихідний вал 12 з'єднаний з пристроєм 13 перетворення енергії. Дифузор 6 оснащений захисними гратами 14. Система встановлена на фундаментному блоці 15. Система перетворення енергії плинних середовищ за першим варіантом працює наступним чином (напрям руху потоку плинного середовища вказаний стрілками). Систему встановлюють у воді (гідроваріант) або на суші (вітроваріант) співісно напряму потоку. Плинне середовище через захисні грати 14 потрапляє в дифузор 6 і на лопаті 4 тіла обертання 1, яким передає свою енергію. Механічна енергія через вал 8 передається на вхідний вал 11 мультиплікатора 10. Збільшена мультиплікатором по частоті обертання енергія вихідним валом 12 передається на пристрій 13 перетворення енергії. Система перетворення енергії плинних середовищ, що заявляється, за другим варіантом працює таким чином (напрям руху потоку плинного середовища вказаний стрілками). Систему встановлюють у воді (гідроваріант) або на суші (вітроваріант) співвісно напряму потоку. Плинне середовище через захисні грати 14 потрапляє в дифузор 6 і на лопаті 4 першого непарного колеса 17 тіла обертання 1, яким передає свою енергію. В результаті дії на лопаті 4 непарного колеса 17 потік плинного середовища міняє напрям руху, закручується і потрапляє на лопаті 4 парного колеса 16. При зміні напряму руху на лопатях непарних і парних коліс створюється перепад тиску, і потік по черзі віддає потенційну енергію середовища. Механічна енергія через вал 8 передається на вхідний вал 11 мультиплікатора 10. Збільшена мультиплікатором по частоті обертання енергія вихідним валом 12 передається на пристрій 13 перетворення енергії. Таким чином, винахід, що заявляється, дозволяє розширити області його застосування у вітро- і гідроенергетиці без необхідності споруди греблі, розташовуючи в будь-якому зручному або необхідному місці, максимально наблизивши його до споживача при мінімальних собівартості і термінах монтажу, значно підвищити отримувану потужність і чутливість до 2 UA 109648 C2 5 10 15 20 25 слабких потоків, безпеку системи для навколишнього середовища і спростити конструкцію системи перетворення енергії плинних середовищ. Система перетворення енергії плинних середовищ, що заявляється, може знайти застосування для автономного вироблення механічної енергії (відбір енергії з привідного вала для приводу механічного устаткування, наприклад млина або повітряного, гідравлічного чи теплового насоса) та електроенергії (обігрів приміщень, нагрів води), у віддалених і ізольованих місцях, де відсутнє централізоване енергопостачання, але є вітер, морські течії та річки, а особливо при підвищенні вартості енергоресурсів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Система перетворення енергії плинних середовищ, що включає тіло обертання, встановлене в корпусі з дифузором і конфузором, принаймні один передавальний елемент у вигляді вала і фундаментний блок, яка відрізняється тим, що тіло обертання складається з двох або більше послідовно розташованих коліс, що протилежно обертаються, із зовнішньою і внутрішньою обичайками, жорстко з'єднаними лопатями парусного типу, при цьому парні колеса встановлені на валу і розташовані в просторах, обмежених сполученими зовнішніми обичайками непарних коліс. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що внутрішня обичайка першого непарного колеса поєднана з корпусом агрегатного блока, усередині якого закріплений мультиплікатор, і його вхідний вал з'єднаний з валом парних коліс, а вихідний вал мультиплікатора з'єднаний з пристроєм перетворення енергії. 3. Система за будь-яким з пп. 1 або 2, яка відрізняється тим, що дифузор оснащений захисними гратами. 4. Система за будь-яким з пп. 1 або 2, яка відрізняється тим, що корпус агрегатного блока виконаний герметичним. 3 UA 109648 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4