Преобразователь энергии потока
FLOW ENERGY CONVERTER

Изобретение относится к энергетике, гидравлике и может быть использовано в области преобразования энергии потока жидкости во вращательное движение, с целью передачи на электрогенератор или ее аккумулирования, например для энергоснабжения автономных потребителей.
Известно устройство для преобразования энергии воды в электрическую энергию, содержащее водяное колесо из жестко соединенных барабана, боковых стенок, лопаток и ступицы, жестко скрепленной спицами с барабаном, соединенное механической передачей посредством редуктора с электрогенератором, подшипниковые узлы, опоры, водоподводящую и водоотводящую системы, водоудерживающий элемент. Водяное колесо посредством ступицы и подшипниковых узлов установлено на оси, закрепленной на опорах, а в качестве электрогенератора использован асинхронный двигатель, связанный с системой автоматического управления, включающей блок коммутационной и измерительной аппаратуры, к которому подключены блоки конденсаторов возбуждения, тиристорных преобразователей, полезной нагрузки, и блок регулирования, защиты и управления, соединенного с блоком тиристорных преобразователей, к которому присоединены блоки балластной нагрузки и конденсаторов возбуждения, при этом механическая передача выполнена в виде цепной передачи, ведущая звездочка которой закреплена на спицах водяного колеса (RU 2306453 C2, F03B 7/00, 20.09.2007).
Недостатками известного технического решения являются низкий коэффициент полезного действия использования воды, обусловленный тем, что наполняемость отсеков водяного колеса составляет половину от потока воды, при этом часть воды выливается из отсеков при вращении из-за наличия зазора между поверхностями колеса и водоудерживающего элемента, а также сложная в изготовлении конструкция лопастей колеса и необходимость использования их в большом количестве с целью увеличения наполняемости отсеков колеса водой.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является преобразователь энергии потока, содержащий вал, трубчатую спираль конической формы, имеющую канал входа и канал выхода, при этом вал запрессован в упорный подшипник, который жестко закреплен к стойке, также к валу жестко закреплено конусоидальное основание, к которому в свою очередь жестко крепят трубчатую спираль конической формы (US 2544154 А, F01D 1/34, 06.06.1951).
Недостатками известной конструкции является невозможность обратимости преобразования поднимаемого потока жидкости в механическую энергию.
Технический результат заключается в увеличении использования энергии протекающей рабочей среды, а также в возможности преобразования энергии потока жидкости в механическую или электрическую энергии, простоте изготовления устройства и увеличении срока его использования.
Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь энергии потока включает вал, трубчатую спираль конической формы, имеющую канал входа и канал выхода. Вал запрессован в упорный подшипник, который жестко крепится к стойке. Также к валу жестко закреплено конусоидальное основание, к которому в свою очередь жестко крепят трубчатую спираль конической формы. Патрубки входа и выхода рабочей среды соединены через шарнирные соединения с валом. Вал имеет перегородку, а на патрубке выхода установлен спускник и ударный узел.
На чертеже представлена конструкция преобразователя энергии потока.
Преобразователь энергии потока включает вал 1, трубчатую спираль конической формы 2, имеющую канал входа 3 и канал выхода 4. Вал 1 запрессован в упорный подшипник 5, который крепят жестко к стойке 6. Также к валу 1 жестко закреплено конусоидальное основание 7, к которому жестко крепится трубчатая спираль конической формы 2. С валом 1 соединены патрубки входа 8 и выхода 9 рабочей среды через шарнирные соединения 10, 11 с возможностью вращательного движения устройства. Вал 1 включает перегородку 12, а на патрубке выхода 9 рабочей среды установлен спускник 13 с возможностью удаления воздуха из полостей устройства и ударный узел 14.
Преобразователь энергии потока работает следующим образом. Изначально осуществляют настройку ударного узла 14 (RU 177025 U1 , F15B 21/12, F24D 3/02, 06.02.2018), которая заключается в подборе периодичных возвратно-поступательных движений клапана, для создания определенной периодичности пульсации скорости жидкости. Пульсирующий поток рабочей среды поступает в патрубок входа 8 рабочей среды и через канал входа 3 попадает в трубчатую спираль конической формы 2, затем покидает ее через патрубок выхода 9 рабочей среды, проходя через канал выхода 4, на патрубке выхода 9 рабочей среды устанавливают ударный узел 14, необходимый для осуществления пульсирующей подачи потока жидкости. Чтобы направить поток жидкости в трубчатую спираль конической формы 2, в валу 1 предусмотрена перегородка 12. Патрубки входа 8 и выхода 9 рабочей среды присоединены к валу 1 с помощью шарнирных соединений 10, 11. При определенной частоте пульсирующего потока жидкости, в трубчатой спирали конической формы 2, закрепленной на конусоидальном основании 7, вследствие конической формы возникает центробежная сила и тангенциальная составляющая ускорения, равнодействующая которой создает вращающий момент и приводит вал во вращение. Вследствие чего потенциальная энергия потока жидкости переходит в кинетическую энергию вращения вала 1. Вал 1 для реализации энергии вращения запрессован в упорный подшипник 5, который в свою очередь жестко закреплен на стойке 6. Для удаления воздуха из полостей устройства предусмотрен спускник 13. Величина вырабатываемой энергии зависит от количества прокачиваемой рабочей среды, проходящей через преобразователь энергии потока и частоты вращения ударного узла 14. Для увеличения производительности устройства необходимо увеличивать ее размеры и объем подачи рабочей среды.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет использовать рабочую среду полностью, кроме того, отсутствует необходимость постоянного присутствия обслуживающего персонала, при этом устройство простое в изготовлении и имеет длительный срок использования.