Преобразователь энергии потока
FLOW ENERGY CONVERTER

Изобретение относится к областям гидравлики и гидрогазодинамики, где может быть использовано для  преобразования энергии движения потока жидкости во вращательное движение различных механизмов, а также к  теплоэнергетике, где может быть применено для привода вентилятора калориферных установок.
Известен гидродвигатель, содержащий установленный на опорах над поверхностью воды вал, на радиальных спицах которого с помощью кронштейнов закреплены тарельчатые лопасти с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной оси вала.  Опоры вала закреплены на понтонах, каждая тарельчатая лопасть снабжена ограничителем ее поворота, а угол поворота тарельчатой лопасти относительно оси радиальной спицы равен углу между смежными спицами, при этом расстояние от оси вала до поверхности воды определяется в зависимости от длины радиальной спицы и угла поворота тарельчатой лопасти относительно оси радиальной спицы (RU 24248, МПК F03B 1/00, опубл. 27.07.2002).
Недостатком известной конструкции  является отсутствие возможности использования данного технического решения для организации работы калориферных установок.
Известен преобразователь энергии потока, содержащий вал, трубчатую спираль конической формы, имеющую канал входа и канал выхода. 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, МПК F01D 1/34, опубл. 06.06.1951).
Недостатками известной конструкции является невозможность обратимости преобразования поднимаемого потока жидкости в механическую энергию.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является преобразователь энергии потока, включающий вал, трубчатую спираль конической формы, имеющую канал входа и канал выхода. Вал запрессован в упорный подшипник, который жестко крепится к стойке. 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 ударный узел (RU 2659874, МПК F03B 3/08, F03B 7/00, опубл. 04.07.2018).
Недостатками известного преобразователя является низкая частота вращения, а также значительные потери угловой скорости при вращении трубчатой спирали конической формы от ее вибрации.
Технической результат заключается в возможности высокого использования энергии рабочей среды для обеспечения вращательного движения трубчатой спирали, снижении потерь угловой скорости при вращении трубчатой спирали, а также увеличении частоты вращения подвижной части преобразователя энергии потока.
Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь энергии потока включает вал, трубчатую спираль конической формы, имеющую канал входа и канал выхода. Вал запрессован в подшипник, который жестко закреплен к стойке. 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 На патрубке выхода установлен ударный узел. Патрубки входа и выхода рабочей среды подключены к всасывающим и нагнетательным трубопроводам центробежного насоса, образуя замкнутый гидравлический контур. Ударный узел соединен с электроприводом.  Преобразователь энергии потока дополнительно содержит второй подшипник, вторую стойку, крыльчатку с лопастями, пусковой электродвигатель с валом, ведущий шкив, ведомый шкив и приводной ремень. Второй подшипник установлен на валу и закреплен на второй стойке, крыльчатка с лопастями и ведомый шкив установлены на валу, ведущий шкив установлен на валу пускового электродвигателя, закрепленного на стойках. Ведущий и ведомый шкивы соединены между собой посредством приводного ремня, а конусоидальное основание выполнено монолитно с трубчатой спиралью конической формы.
На чертеже представлена конструкция преобразователя энергии потока.
Преобразователь энергии потока включает вал 1 включает каналы входа 2 и выхода 3 рабочей среды, внутренние стороны которых соединены через трубчатую спираль 4 конической формы, а наружные через шарнирные соединения 5 и 6 и патрубки входа 7 и выхода 8 рабочей среды, подключены к всасывающему 9 и нагнетательному 10 трубопроводам центробежного насоса 11, образуя замкнутый гидравлический контур. На патрубке выхода 8 размещен ударный узел 12 с электроприводом 13. Трубчатая спираль 4 конической формы выполнена монолитно с конусоидальным основанием 14, жестко соединенным к валу 1, который установлен в подшипниках 15 и 16 со стороны входа 7 и выхода 8 рабочей среды, опирающихся на стойки 17 и 18 со стороны входа 7 и выхода 8 рабочей среды. Вал 1 связан с пусковым электродвигателем 19, посредством жестко закрепленного на нем ведомого шкива 20, приводного ремня 21 и ведущего шкива 22, напрессованного на вал 23 пускового электродвигателя 19. Пусковой электродвигатель 19 закреплен на стойках 17,18. Также на  валу 1 жестко закреплена крыльчатка с лопастями 24.
Преобразователь энергии потока работает следующим образом. Сначала заполняется замкнутый гидравлический контур рабочей средой, включающий каналы входа 2 и выхода 3 рабочей среды, просверленные в валу 1, трубчатую спираль 4, шарнирные соединения 5 и 6, патрубки входа 7 и выхода 8 рабочей среды, всасывающий 9 и нагнетательный 10 трубопроводы, центробежный насос 11, ударный узел 12. Затем осуществляют пуск центробежного насоса 11 от электрической сети. При достижении установившейся скорости центробежного насоса 11 осуществляют пуск ударного узла 12 от электропривода 13. При вращении ударный узел 12 резко прерывает поток рабочей среды с созданием гидроудара. При этом рабочая среда импульсно движется согласно следующей схеме: центробежный насос 11, всасывающий трубопровод 9, ударный узел 12, выходной патрубок 8, шарнирное соединение 6, канал выхода 2 рабочей среды, трубчатую спираль 4, канал входа 3 рабочей среды, шарнирное соединение 5, входной патрубок 7, нагнетательный трубопровод 10.
При резком срабатывании ударного узла 12 в замкнутом гидравлическом контуре преобразователя энергии потока его кинетическая энергия (прямая волна гидроудара), многократно увеличивает давление перед ударным узлом 12, упруго деформирует стенки трубы перед ним,  то есть накапливает потенциальную энергию давления и сжатия. Накопленная потенциальная энергия высвобождается при обратной волне гидроудара с изменением скорости потока (переходит в кинетическую энергию потока), которая сопровождается изменением ускорения потока, тангенциальная составляющая которого создает силу и вращающий момент в трубчатой спирали 4, жестко соединенной с конусоидальным основанием 14 и  валом 1. При этом вал 1,  при каждом прерывании потока совершает резкий поворот в подшипниках со стороны входа 15 и выхода 16 рабочей среды, опирающихся на стойки 17 и 18 со стороны входа и выхода рабочей среды на определенный угол. При включении пускового электродвигателя 19 он будет передавать дополнительное вращательное движение от жестко закрепленного на его валу 23 ведущего шкива 22 через приводной ремень 21 ведомому шкиву 20, жестко связанного с валом 1. При раскручивании вала 1 до устойчивой скорости его вращения от пускового электродвигателя 19, его выключают, и дальнейшее его вращение будет поддерживаться за счет подвода энергии из замкнутого гидравлического контура и расходоваться, как на совершение полезной работы, заключающейся в приводе крыльчатки с лопастями 24 и потерь в подшипниках 15, 16 и о воздух. Энергия в гидравлической контур подводится центробежному насосу 11 от электрической сети.
Величина передаваемой энергии из замкнутого гидравлического контура зависит от расхода  прокачиваемой рабочей среды и частоты ее пульсаций. Частота пульсаций составляет от 0,5 до 3 Гц. С увеличением частоты пульсаций величина передаваемой энергии из замкнутого гидравлического контура возрастает.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет наиболее полно использовать энергию рабочей среды для обеспечения вращательного движения трубчатой спирали 4, снизить потери при вращении трубчатой спирали 4, а также увеличить частоту вращения подвижной части преобразователя энергии потока.