УСТРОЙСТВО ОТБОРА ЭНЕРГИИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
DEVICE FOR TAKE-OFF OF FLUID ENERGY

Изобретение предназначено для преобразования энергии текущей среды в электрическую и относится к гидроэнергетике, например, рек, приливно-отливных и других течений, а также энергии перемещения воздушных масс в электрическую или механическую для вращения различных устройств.
Известно устройство для преобразования энергии текущей среды, выполненное в виде двигателя для утилизации энергии текущей среды, погруженного в последнюю поперек сечения потока и имеющего рабочий орган в виде бесконечной цепи гибких элементов с рабочими ветвями, охватывающими шкивы и снабженными лопастями, расположенными под углом по направлению потока текущей среды (SU 1810598).
Недостатками известного устройства является то, что занимаемое достаточную площадь устройство мешает возможному движению судов, имеет сложный механизм с множеством деталей, что снижает надежность работы, открытое движение верхних лопастей может тормозиться встречным ветром, снижая КПД, а также проблематичность эксплуатации в зимнее время.
Известен двигатель для утилизации энергии текущей среды, погруженный в последнюю вдоль течения потока и содержащий рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей шкивы, жестко связанные с валами, один из которых является валом отбора мощности, а также лопасти, расположенные перпендикулярно направлению потока и выполненные с возможностью складывания по типу книжки относительно оси, связанной с бесконечной гибкой цепью, и раскрытия под напором потока среды (US 5134305, F03D 5/02, опубл. 28.07.1992).
Недостатком данного решения является недостаточная позиционная устойчивость лопасти относительно цепи, охватывающей шкивы. При движении лопасти в пространстве между шкивами цепь изгибается и скручивается, в результате чего лопасть наклоняется и теряет свое положение относительно направления текущей среды.
Известно устройство для утилизации энергии текущей среды, погруженное в последнюю вдоль течения потока и содержащее рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей шкивы, жестко связанные с валами, один из которых является валом отбора мощности, а также лопасти, расположенные перпендикулярно направлению потока и выполненные с возможностью складывания по типу книжки относительно оси, связанной с бесконечной гибкой цепью, и раскрытия под напором потока среды, бесконечная гибкая цепь выполнена в виде гибких элементов, охватывающих шкивы на концах валов и скрепленных между собой передней штангой, с которой соединена ось лопастей и откосина, одним концом закрепленная перпендикулярно центру перекрестья оси лопастей, а другим, с возможностью свободного хода в продольном направлении, - с задней штангой, соединяющей гибкие элементы (RU №2206786, F03B 9/00, F03B 17/06, F03D 5/02, опубл. 2003.06.20).
Недостатком данной конструкции является ее громоздкость, обусловленная тем, что используются парные передний и задние шкивы и две бесконечных цепи, что приводит к необходимости решения сложной задачи позиционирования развитой пространственной конструкции устройства в турбулентном потоке текучей среды.
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, F03B 13/12, 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, F03B 13/10, опубл. 1975.06.03). 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.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по формированию нового вида зацепления цепи с парашютами с колесом для формирования режима постоянного вращения вала отбора мощности.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эксплуатационных характеристик путем обеспечения гарантированного зацепления колеса с цепью с парашютами.
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 колесо, выполненное с ручьем укладки указанной цепи и зацепления с ней, и 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, бесконечная гибкая цепь выполнена из шарнирно соединенных между собой элементов, часть из которых связана с парашютами или выполнена в виде парашютов, а колесо представляет вал отбора мощности или встроенную в этот вал электро- или гидромашину, два обруча, разнесенные на расстоянии друг от друга по оси вала отбора мощности, от которого радиально отходят спицы в плоскости вращения колеса, с каждой из которых под заданным углом связаны направляющие дуги, охваченные обручем для образования между обручами ручья треугольного профиля и запирания шарниров звеньев цепи при перемещении цепи по траектории ручья.
Указанные признаки существенны и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков для получения требуемого технического результата.
Кроме того, в двигателе гибкий элемент бесконечной цепи может быть выполнен в виде тросов.
Настоящее изобретение иллюстрируется схемами.
На фиг.1 изображена общая схема устройства, вид сбоку;
на фиг.2 - то же, что на фиг.1, изображена общая схема устройства в аксонометрии;
на фиг.3 - пример исполнения устройства с понтонами;
на фиг.4 - пример исполнения устройства с якорной системой крепления;
на фиг.5 - пример исполнения устройства с дирижаблем.
Согласно настоящему изобретению рассматривается устройство отбора энергии текучей среды, погруженное в последнюю вдоль течения потока и содержащее рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей колесо, выполненное с ручьем укладки указанной цепи и зацепления с ней, и 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. В этом устройстве бесконечная гибкая цепь выполнена из шарнирно соединенных между собой элементов, часть из которых связана с парашютами или выполнена в виде парашютов, а колесо представляет вал отбора мощности или встроенную в этот вал электро или гидромашину, два обруча разнесенные на расстоянии друг от друга по оси вала отбора мощности, от которого радиально отходят спицы в плоскости вращения колеса, с каждой из которых под заданным углом связаны направляющие дуги, охваченные обручем для образования между обручами ручья треугольного профиля и запирания шарниров звеньев цепи при перемещении цепи по траектории ручья.
Ниже рассматривается пример конкретного исполнения устройства. Устройство для утилизации энергии текущей среды погружается в последнюю вдоль течения потока (фиг.1, 2). Устройство, погруженное вдоль течения потока, состоит из рабочего органа в виде бесконечной цепи 1 шарнирно соединенных элементов 2 с рабочей и холостой ветвями, охватывающей колесо 3, приводящее во вращение, например, генератор 4 или помпу и т.д. Шарнирно соединенные элементы связаны с лопастями (парусами) в виде зонтов или парашютов 5. Бесконечная цепь состоит из звеньев (элементов 2), соединенных друг с другом шарнирными сочленениями 6, позволяющими свободно вращаться и изгибаться относительно друг друга. Цепь может быть выполнена из звеньев, являющихся парашютами, которые связаны между собой шарнирно через стержневые звенья, как это показано на фиг.1 и 2. По сути колесо представляет собой два обруча, которые через направляющие стержневые элементы связаны с радиальными элементами, прикрепляемыми к генератору или помпе с образованием сферических поверхностей, обращенных навстречу друг другу и между которыми, проходит парашют. Сила потока, давящая на раскрытый парашют, передается в зону контакта 7, представляющую собой ложе в вершине треугольника, образованного направляющими дугами 8, по которым упругие элементы в виде, например, углепластиковых трубок, из звеньев которых составлена бесконечная цепь, соскальзывают и укладываются в прорезь ложи зоны контакта 7, в которую затем упирается сферической поверхностью узел сочленения 6, исключая сваливание бесконечной цепи с колеса при турбулентном характере потока. В результате такого взаимодействия приводится во вращение через колесо вал отбора мощности или генератор 4. Если генератор 4 встраивается в колесо, то он оформляется в виде герметичной капсулы (корпуса), от которого лучами расходятся радиально или со смещением от центра как минимум четыре спицы 9 в плоскости вращения колеса, от каждой из которых расходятся под определенным углом направляющие дуги 8. смыкающиеся с кольцом обручем 10, обеспечивающим прочность и являющимся защитным элементом.
При позиционировании установки в потоке колесо с торцов может иметь понтоны 11 (фиг.3, для водной среды) или аэростаты 12 (фиг.5, для использования в воздушной среде), или они могут располагаться непосредственно на раме 13, которая тросами 14, цепями, растяжками в свою очередь связывается с опорными элементами на земле, или рама сажается непосредственно на опоры. Для обеспечения большей стабильности работы установки при очень турбулентном потоке, например, воздуха, и предотвращения спутывания бесконечной цепи рабочую и холостую ветвь можно разнести по двум колесам, как это показано на фиг.5. В этом случае колеса, одно из которых связано с валом отбора мощности, монтируются на общей для них раме 15.
Устройство работает следующим образом.
По действием потока воды 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.