УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕЧЕНИЯ ПОТОКА

Полезная модель относится к ветряным двигателям с рабочими органами, совершающими колебательное движение, и может использоваться для привода электрогенератора, насоса или иного механизма.
Известно устройство для преобразования энергии текучей среды, содержащее полый рабочий орган с удобообтекаемой поверхностью, который совершает возвратно-поступательное движение, приводной механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение во вращательное, средство для возвращения рабочего органа в исходное состояние и электродвигатель (патент на изобретение RU 2142572, МПК F03D 5/06, опубл. 10.12.1999). Рабочий орган снабжен эластичной мембраной, к которой прикреплен шток приводного механизма, а средство для возвращения рабочего органа выполнено в виде пластинчатой перегородки, снабженной блоком фиксации, которая связана с указанной мембраной и установлена с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно рабочего органа, при этом в верхней части удобообтекаемой поверхности выполнено отверстие.
Недостаток устройства заключается в сложности конструкции.
Известен преобразователь энергии ветра в электрическую энергию, содержащий летательный аппарат с удерживающим тросом, рабочий орган, совершающий возвратно-поступательные движения, и механизм, производящий полезную работу (патент на изобретение RU 2380569, F03D 05/06, опубл. 27.01.2010). Летательный аппарат выполнен в виде тела легче воздуха с аэродинамическим профилем и имеет нижнюю сферическую и плоскую верхнюю поверхности, с нижней стороны летательный аппарат сочленен с тросом с помощью трех, расходящихся от троса, лееров, в нижней части трос проходит через жестко закрепленный воронкообразный приемник с расширяющейся частью, обращенной к летательному аппарату, ниже воронкообразного приемника трос сочленен с лебедкой, рабочий орган и механизм, производящий полезную работу, выполнены в виде электрического генератора с поступательным движением якоря, сочлененным с тросом ниже воронкообразного приемника с помощью зажима и пружины сжатия-растяжения, при этом пружина сжатия-растяжения нижним концом жестко соединена с неподвижной поверхностью.
Недостаток устройства заключается в нестабильности работы из-за непостоянной амплитуды возвратно-поступательных движений рабочего органа.
Наиболее близким к заявляемому устройству является энергоустановка для преобразования энергии течения воздушных или водных потоков, содержащая пружину, с которой кинематически связано введенное в поток по направлению его движения крыло или аэродинамический профиль (патент на изобретение RU 2492356, МПК F03D 5/06, опубл. 10.09.2013). Крыло или аэродинамический профиль связано с пружиной стропой, которая в непосредственной близости от крыла имеет дополнительные короткие стропы (уздечки), выполненные с возможностью ограничения угла атаки крыла в заданном диапазоне, также содержит устройство управления углом атаки, выполненное с возможностью менять угол атаки крыла от минимального к максимальному, перемещая при помощи уздечек ось крепления основной стропы относительно центра приложения аэродинамических сил, и обеспечивая таким образом возникновение автоколебаний.
Недостаток прототипа заключается в недостаточной надежности из-за использования дополнительных ограничительных строп – передней и задней уздечек.
Технической проблемой является повышение надежности за счет снижения количества строп, подверженных разрыву из-за динамических нагрузок.
Указанная техническая проблема решается тем, что устройство для преобразования энергии течения потока, содержащее крыло, предназначенное для введения в поток по направлению его движения, упругий элемент, один конец которого предназначен для неподвижного закрепления, а другой конец при помощи стропы кинематически связан с крылом, устройство управления углом атаки крыла, прикрепленное к стропе, согласно решению содержит стационарный корпус, узел управления углом атаки крыла выполнен в виде шкива, ось которого проходит через центр давления крыла перпендикулярно хорде крыла, причем шкив прикреплен к стационарному корпусу с возможностью линейного перемещения в плоскости, перпендикулярной своей оси, а стропа прикреплена к канавке шкива с возможностью наматывания на шкив.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства, на фиг. 2 – общий вид заявляемого устройства, на фиг. 3 и 4 – варианты выполнения крыла. Позициями на чертежах обозначены:
1 -  корпус;
2 -  паз;
3 -  шкив;
4 -  ось шкива;
5 -  крыло;
6 -  поток;
7 -  пружина;
8 -  стропа.
Устройство для преобразования энергии течения потока содержит стационарный корпус 1, представляющий собой, например, телескопическую трубу, закрепленную вертикально на поверхности земли. В верхней части корпуса выполнены расположенные напротив друг друга пазы 2, выполняющие функцию линейных направляющих. Внутри корпуса расположен шкив 3, ось 4 которого закреплена в пазах 2 с обеспечением возможности вращения шкива вокруг своей оси и линейного перемещения вдоль пазов в плоскости, перпендикулярной оси. Устройство содержит по крайней мере одно крыло 5, предназначенное для введения в поток 6 газа (воздуха) или жидкости (воды) по направлению его движения, при этом ось шкива проходит через центр давления крыла перпендикулярно хорде крыла. Шкив 3 выполняет функцию узла управления углом атаки крыла 5. Устройство содержит упругий элемент 7 (возможно использование как пружины сжатия, так и пружины растяжения, резинового жгута, либо иного эластичного упругого элемента), один конец которого предназначен для неподвижного закрепления относительно корпуса, а другой конец прикреплен к первому концу стропы 8. Второй конец стропы 8 прикреплен к канавке шкива с возможностью наматывания на шкив. В месте крепления пружины к стропе возможно крепление привода для устройства отбора энергии (например, линейного электрогенератора, насоса или иного механизма).
Заявляемое устройство работает следующим образом. В исходном положении упругий элемент 7 не напряжен, стропа 8 натянута и не намотана на шкив 3, расположенный в крайнем нижнем положении пазов 2 вместе с крылом 5, имеющим минимальный угол атаки. Движущийся вокруг крыла 5 поток 6 создает подъемную силу, причем крыло 5 поворачивается вместе со шкивом на угол атаки до критического значения α, при этом стропа 8 наматывается на шкив 3 на угол поворота крыла и сжимает или растягивает упругий элемент 7 в зависимости от его типа. При повороте крыла 5 приподнимается его передняя кромка, что ведет к еще большему увеличению подъемной силы крыла. При достижении подъемной силой значения, превышающего усилие деформации упругого элемента 7, крыло 5 начинает движение вверх вдоль пазов 2 и через шкив 3 тянет стропу 8, растягивая упругий элемент 7 или сжимая его в зависимости от выбранного типа упругого элемента. В этот момент в месте крепления упругого элемента к стропе возможен отбор энергии от подъемной силы крыла. После достижения крылом 5 крайнего верхнего положения подъемная сила поворачивает крыло еще сильнее, еще больше наматывая стропу на шкив и деформируя упругий элемент, вследствие чего угол атаки крыла превышает критическое значение α, а подъемная сила резко уменьшается. Упругий элемент 7 при помощи стропы 8 опускает крыло 5 вдоль пазов 2 в крайнее нижнее положение. В этот момент в месте крепления упругого элемента к стропе возможен отбор энергии от усилия деформации (сжатия/растяжения) пружины. При достижении крылом 5 (и, соответственно, шкивом 3) крайнего нижнего положения упругий элемент 7 продолжает разжиматься/стягиваться, тянет стропу 8, которая, разматываясь со шкива 3, поворачивает его вместе с крылом 5 в исходное положение, при котором угол атаки крыла минимальный. Цикл повторяется снова.