УСТРОЙСТВО ОТБОРА ЭНЕРГИИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
DEVICE OF OUTFEED OF ENERGY OF FLUID MEDIUM

Изобретение предназначено для преобразования энергии текущей среды в электрическую и относится к гидроэнергетике, например, рек, приливно-отливных и др. течений, а также энергии перемещения воздушных масс в электрическую или механическую для вращения различных устройств.
Известно устройство для преобразования энергии текущей среды в электрическую, содержащее опору, на которой установлен электрогенератор, на валу которого закреплен шкив с пазом и размещенный в последнем бесконечный трос с закрепленными на нем плавучими элементами, выполненными в виде парашютов с эластичными куполами и стропами, при этом с целью повышения надежности работы путем исключения взаимодействия куполов со шкивом каждый парашют снабжен гибкой связью, соединяющей вершину купола с тросом, а шкив установлен горизонтально (SU №1295024, F03B13/12, опубл. 1987.03.07).
Недостаток известного устройства заключается в том, что часть устройства располагается над поверхностью воды, а парашюты - в воде, что снижает эффективность работы устройства из-за сопротивления перехода из одной среды в другую.
Известно устройство для преобразования энергии текущей среды, погруженное в последнюю вдоль течения потока и содержащее рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей шкив, жестко связанный с валом отбора мощности, а также лопасти, представляющие собой парашюты, связанные с бесконечной гибкой цепью и выполненные с возможностью раскрытия под напором потока среды и складывания при обратном ходе (US №3887817, F03B13/10, опубл. 1975-06-03).
Известно устройство для преобразования энергии текущей среды, погруженное в последнюю вдоль течения потока и содержащее рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей разнесенные в стороны друг от друга шкивы, один из которых жестко связан с валом отбора мощности, а также парашюты, связанные с бесконечной гибкой цепью и выполненные с возможностью раскрытия под напором потока среды и складывания при обратном ходе, при этом парашюты оснащены шариками, заполненными легким газом по отношению в среде, для позиционирования парашютов вверх в положении рабочего хода гибкой цепи (US №4124182, F03D5/00, F03D9/00, F03D5/00, F03D9/00, B64C31/06, опубл. 07.11.1978).
Данное решение принято в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является непроработанность конструкции в части обеспечения зацепления цепи с колесом. В известном решении цепь выполняется с зацепами, которые должны попадать в углубления на центральной части колеса. Так как устройство работает в воде, то цепь и колесо становятся скользкими и зацепление цепи с колесом нарушается, что снижает эффективность из-за невозможности обеспечения постоянства вращения колеса и связанного с ним вала отбора мощности.
Достигаемый технический результат заключается в повышении эксплуатационных характеристик путем обеспечения гарантированного зацепления гибкого элемента с шкивами и исключения торможений гибкого элемента и парашютов при прохождении шкивов или звездочек.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве отбора энергии текучей среды, погруженном в последнюю вдоль течения потока и содержащем рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей разнесенные на расстоянии друг от друга по крайней мере два зубчатых шкива или звездочки, или в виде ремня, охватывающего разнесенные на расстоянии друг от друга по крайней мере два шкива, при этом по крайней мере один зубчатый шкив, или звездочка бесконечной гибкой цепи, или шкив ремня жестко связан с валом отбора мощности, а также парашюты, связанные с бесконечной гибкой цепью или ремнем и выполненные с возможностью раскрытия под напором потока среды и складывания при обратном ходе, согласно изобретению зубчатые шкивы или звездочки бесконечной гибкой цепи или шкивы ремня позиционированы в текущей среде в горизонтальном направлении друг от друга с возможностью вращения вокруг своей оси и каждый из них выполнен с элементами зацепления с указанной цепью или с указанным ремнем, в которых вмонтированы или к которым жестко прикреплены втулки, в каждую их которых с возможностью вращения вокруг вертикально ориентированной оси установлен стержневой элемент, к которому прикреплен соответствующий парашют.
Кроме того, парашюты могут быть оснащены каждый шариком, заполненным газом легче среды.
Настоящее изобретение иллюстрируется схемами.
На фиг.1 изображена общая схема устройства, применяемая для воздушной среды;
фиг.2 изображена общая схема устройства, применяемая для водной среды;
фиг.3 - пример исполнения узла разворота гибкого звена;
фиг. 4 - то же, что на фиг. 3, поперечное сечение;
фиг. 5 - то же, что на фиг. 3, вид сверху.
Согласно настоящему изобретению рассматривается устройство отбора энергии текучей среды, погруженное в последнюю вдоль течения потока и содержащее рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи или ремня 1, охватывающего по крайней мере два разнесенных в горизонтальном направлении на расстоянии друг от друга шкива 2 или звездочки, выполненных с ручьем укладки указанной цепи или ремня и зацепления с нем. По крайней мере один из шкивов или звездочки жестко связан с валом 3 отбора мощности. Парашюты 4 связаны с бесконечной гибкой цепью или ремнем и выполнены с возможностью раскрытия под напором 5 потока среды и складывания при обратном ходе. Парашюты 4 оснащены каждый шариком/шаром 6, заполненным газом легче среды. Шкивы или звездочки позиционированы в текущей среде в горизонтальном направлении друг от друга с возможностью вращения каждого из них вокруг своей вертикально оси, и каждый из них выполнен с элементами зацепления с многоручьевым ремнем или цепью, в которых вмонтированы или к которым жестко прикреплены втулки 7, в каждую из которых с возможностью вращения в этой втулке вокруг вертикально ориентированной оси установлен стержневой элемент 8 типа поводка Г-образной формы, к которому прикреплен соответствующих парашют 4.
Позиционирование ремня и шкивов (звездочек) в горизонтальном направлении приводит к тому, что парашюты находятся по высоте в одноуровневом потоке воздуха или воды, что исключает негативное воздействие на работу ремня из-за разницы параметров потоков на разных уровнях. Кроме того, учитывая габариты парашютов, исключается необходимость в контроле за положением раскрытых и сложенных парашютов по высоте установки.
Вал отбора мощности связан с встроенной электро- или гидромашинной.
Устройство отбора энергии текучей среды преобразует кинетическую энергию движущегося потока среды (воздушной массы или водного потока) и состоит из гибкого органа, который может быть выполнен в виде цепи, или армированного, например кевларовым торосом, клиновидного или зубчатого ремня 1, или металлической или полимерной цепи, на которой закреплены через вращающиеся во втулках 7 поводки, к которым прикреплены парашюты 4, имеющие для обеспечения ориентации вверх шары 6, наполненные газом легче среды для поддержания парашютов в поднятом вверх положении на всей траектории их перемещения. Как вариант, парашюты могут быть выполнены сшитыми и полыми и наполнены легким газом, но при этом необходимо учитывать их габариты в сложенном положении. Цепь или ремень движется по кругу на, как минимум, двух разнесенных в стороны зубчатых или простых шкивах 2 или звездочках элементов передач за счет раскрытых в потоке воды или воздуха парашютов 4. При перемещении ремень или цепь вращают шкивы 2 или звездочки и вращают вал 3 генератора, пневмо- или гидромашины, которые заключены в герметичный корпус 9. Для предотвращения попадания воды во внутренний объем место выхода вала из стакана корпуса 9 закрыто колоколом 10, который вращается вместе с валом, в корпус для выравнивания внутреннего давления с наружным давлением закачивается воздух или газ (гелий или водород). Тем самым устраняется необходимость в элементах герметичности (манжетах) и в прочном корпусе.
Для попадания внутрь корпуса 9 (в варианте его размещения в водной среде) и проведения профилактических работ в верхней части стакана под колоколом 10 может быть устроен люк или дверь 11, чтобы не нырять в акваланге, а попасть с поверхности воды (лестница для варианта размещения на суше). Корпус может быть соединен трубой (туннелем) со шлюзовой камерой и барокамерой для прохождения декомпрессии.
Устройство работает следующим образом.
Как минимум два разнесенных в стороны шкива 2 (звездочки) позиционируются в движущемся потоке среды на опорах (не показаны) или за счет подъемной силы крыла (не показан) воздушных шаров 12 (заполненных газом легче среды) на тросовых (цепных) растяжках 13, закрепленных в грунте, или ввинченных анкерах 14 или якорях поперек потока, причем расстояние между шкивами 2 (звездочками) определяется достаточным для предотвращения спутывания парашютов встречных ветвей, а глубина - достаточной для беспрепятственного прохождения судов. Шкивы 2 между собой соединены или жесткой рамой 15 (фиг. 3), или тросом 16, который натягивается боковыми растяжками. На шкивы 2 (звездочки) надет ремень 1 (цепь), который парашютами 4 приводится в движение через Г-образные металлические поводки, вращающиеся во втулках 7, вмонтированных в ремень или цепь и обеспечивающих надлежащее прохождение над торцевой поверхностью шкива (звездочки) и верхним краем ремня или цепи. При достижении парашютом крайней конечной точки ремень 1, движущийся в обратном направлении, через поводок, крепящийся к центру купола парашюта, изменяет направление движения парашюта, что приводит к его схлопыванию. Это изменяет сопротивление движения парашюта до минимума при движении его против течения. По достижении парашютом шкива или звездочки его поводок, беспрепятственно миновав торцевую поверхность шкива, выходит на поперечный потоку участок цепи или ремня, увлекая за собой парашют, который встает боком к потоку, таким же образом проходит и второй тяговый поводок парашюта. При движении на поперечном участке для предотвращения излишнего прогиба ремня возможна постановка дополнительного одного или нескольких шкивов 17, которые могут крепиться на тросах или раме, связывающей основные шкивы. При позиционировании шкивов близко к поверхности грунта, во избежание контакта с ним приводного ремня или парашютов возможна постановка еще одного или нескольких шкивов, что зафиксирует траекторию движения ремня. При движении сложенных парашютов в обратном направлении, чтобы провисшие стороны не путались, они могут быть изготовлены по типу ниток «спандекс», за счет резиновой нити стягиваться, когда парашют сложится. Для предотвращения закручивания парашютов вокруг приводного ремня или цепи они должны быть обязательно легче воздуха (воды), что может быть достигнуто за счет воздушных шаров 6, наполненных легким газом (для воды воздухом), или сами парашюты сшиты полыми и заполнены газом или за счет поплавков из пенопласта, например. Причем за счет увеличения движения приводного ремня 1 (при двушкивной схеме), то есть она будет не просто треугольной в плане параллельно потоку, а будет стремиться вверх, что может дать большую силу тяги. Для увеличения объема газа будет изменяться подъемная сила, что будет влиять на траекторию площади контакта ремня 1 с ведущим шкивом генератора, и для устранения его проскальзывания ремень может быть изготовлен многоручьевым двухсторонним и зажат вторым шкивом 18, при этом на валы поставлены шестерни, сцепленные друг с другом. Также шкивы и ремни могут быть зубчатыми. Так как шкив может иметь минимальный диаметр, чем он меньше, тем больше его скорость вращения и при применении низкооборотных многополюсных генераторов отпадает необходимость в постановке понижающего редуктора-мультипликатора, что заметно повышает кпд. При использовании современных парашютов установка может быть достаточно легкой и дешевой.
Под действием потока среды (воды, воздуха) эластичные купола парашютов на рабочей ветви бесконечной цепи принимают форму куполов парашюта, а на другой ветви цепи - складываются, в результате возникает сила, приводящая в движение цепь, которая вращает колесо и закрепленный на нем электрогенератор.
Настоящее изобретение промышленно применимо, может быть реализовано с применением известных технологий машиностроения