Способ преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию и устройство для его осуществления
Изобретение относится к гидроэнергетическому машиностроению Цель изобретения - повышение КПД преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию. Устройство для преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию содержит вал 1 отбора мощности , бесконечный рабочий орган, натянутый на поворотных шкивах 3 и 4, закрепленных выше и ниже по потоку и связанных с валом 1 отбора мощности, и плавучие тела , выполненные в виде протяженных в одном направлении поплавков 5, закрепленных на рабочем органе посредством фиксирующих элементов, выполненных в виде захватов 6, с возможностью их перемещения по потоку и транспортировки против потока с одновременным изменением лобового сопротивления Захваты 6 установлены с возможностью фиксации поплавка одним из них на ветви 7 рабочего органа, движущейся по потоку, и его ориентации поперек потока, отцепления от ветви 7 до достижения поплавком 5 шкивов 3 или 4 и его фиксации на ветви 8 рабочего органа, движущейся против потока с одновременным разворотом поплавка 5 вдоль потока. Поплавки 5, закрепленные поперек потока, под воздействием последнего перемещаются по потоку и приводят во вращение шкивы 3 и 4. По достижении поплавков шкивов 3 и 4 каждый поплавок 5 отцепляется от ветви 7 и посредством захвата 6, установленного на одном из его концов, закрепляется на сбегающей ветви 8 и транспортируется против потока Устройство имеет также манипуляторы для автоматического переключения поплавков 2с и 14 з п ф-лы, 12 ил to (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51) 5 F 03 В 17/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCKOMY СИИ,ЦЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4403243/29 (22) 23.02.88 (46) 15.03.91. Бюл. № 10 (75) Ю. А. Грудин (53) 621.224 (088.8) (56) Патент США № 3887817, кл. F 03 В 13/10, опублик. 1975. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В МЕXAH ИЧЕС КУЮ ЭН ЕРГИ Ю И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к гидроэнергетическому машиностроению. Цель изобретения — повышение КПД преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию. Устройство для преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию содержит вал 1 отбора мощности, бесконечный рабочий орган, натянутый на поворотных шкивах 3 и 4, закрепленных выше и ниже по потоку и связанных с валом 1 отбора мощности, и плавучие тела, выполненные в виде протяженных в одном направлении поплавков 5, закрепленных
„„SU... 1634814 д1 на рабочем органе посредством фиксирующих элементов, выполненных в виде захватов 6, с возможностью их перемещения по потоку и транспортировки против потока с одновременным изменением лобового сопротивления. Захваты 6 установлены с возможностью фиксации поплавка одним из них на ветви 7 рабочего органа, движущейся по потоку, и его ориентации поперек потока, отцепления от ветви 7 до достижения поплавком 5 шкивов 3 или 4 и его фиксации на ветви 8 рабочего органа, движущейся против потока с одновременным разворотом поплавка 5 вдоль потока. Поплавки 5, закрепленные поперек потока, под воздействием последнего перемещаются по потоку н приводят во вращение шкивы 3 и 4.
По достижении поплавков шкивов 3 и 4 каждый поплавок 5 отцепляется от ветви 7 и посредством захвата б, установленного на одном из его концов, закрепляется на сбегающей ветви 8 и транспортируется против потока. Устройство имеет также манипуляторы для автоматического переключения поплавков. 2 с. и 14 з. и. ф-лы. 12 ил.
1634814! ><>бр(генис о«(,)()i Tt:H h и.fp()çH(>ðãñ T)I кому 1;illiHH()(троению, а именно к конгрл кции ги,)роэ.(екгрогенераторон . 1 )ь и.<об>!)с. < Ния ши ь>illå)IH<. КПД !
». < > б р,", 5 < > H; l! !1,1 э И; i) f >! )1 I l () r r ) h;l i (K v H и C j)(<5 Л\t Л ):(!l it (hУ «) il .<>Р I )< К)
11;! фи< 1 и:30брижc)<0 у тр< ))ство, нид к ; ).;! ф«< 2 Tr> жс. (<ид (верху; на
< и«и,;),>)< у. Tp<>1!"1 t>;i рабочего оргаI -i . "".л(а р<3 >M(1(3(.ния ман((ну..:(! О; н; II 1 фl)г > схема концевого Mà- !0
<1, ();.i >I..;,; l!> I!() PHOI 0 Ma < > i, ii:> Н(8 11!ки», попер(чнь<и, .<", (! пер«чн !й разрез, на
< li, . < I< — " )ы ра
<>; < >f)p;t и>ванин энергии (), М X<) I!(1ЧЕСK),.(0 ЭН P ()н(: );,л 1 <><.Оор(3 мощн(кти, бес,,>(,P ) )... >,IIX I t,IH IIа 20 ,«(гн(.. )<, 1(! . 5 )I 1, (и(,рсплеHilhlx
> Г I li« . !, и ih ? > Ii<)<с!)с,((зО)1 v )0((3(Ix зле .; ..!!It I)<(!ll IX i< (>И ((3 :(3<)Т <,)Р « .< )i<) < Ь« IX II(j><. Л1(:,!Е( i г ilji< ili K )> I : ) h .l < Од (i(5 p (и i i )i(! X! И 3 l< 1 . (< ><<>О)50 (О <. T H(3 < си и Я ..5<(хват ы ,(с)(1,(,:<О.<л)0<к (<>сl! ю (!)икса>ц <и 30 ,ll3i>, i I.!Л«1, .!«Л l!ill I!<>(<)hg, и (>(i <)РИ(Н |,;,«;, )> ", <:;,К,!. » «Сli )СliffH )Г !T()H ) ...-«,,I:l iir I .r>м > шhlfнон 5 ! I <1,,<,>((():! И;;,>СI Hll ii Р,(()ОЧЕI 0 ОР< «, < . (< << III>0) ll li )к I О.1 i<0(ÇP<. 3 > „.: li()l! I:iHê;I вдоль н(>тока, <((<11 )l >) I < i i(i I<)jii>lt М<>! ) I f)hl l l, V <1 <3)I()(5„1(Hbl ГО!)И« !,, Г < ;)!<; !,I< )
; и,:., (Il(li0K,)з,l>l j l i 10((i Hli. !< Л< i!<)I ()Iili > K()80ГО ТpO! <,,1 «. )!(Ill! (и(II(th<1 5;<НО). Же.(об 12 !Икивов 3 Н! II1 >Л!ОжН <> Th<0 Одl(013p(меН ) )(i) holi" <(KT i < . .! I) i л!)! Г<)(л1И ((иткал1и Тр0()(Иб<)к>(Н;IН (((> 1(0(ii р! с(ч(- 45 ) i i) )i ; <,i< ! i < i il .)г к;), и i« i hHæ I г(>ii 3 h< >k> l(. Г! Ii >il. (;! ВКИ ) >, « (НОН.! РНЫ 3< . Т,i!(>« ><> <;! (< I«."ИИЯ )«>)Iif«NIH )!« I>< Дfhi )РI (>t> Ь 1)РИ Д<5)<æ< <НН ИРОТИ(3 1101)< . и i I!ii < ()(I ilh)lilHX Ht T13H>< I () ; ).!0
Л < ) (><>)<, но с«(р ки г не!.< д!>ижн)!е уио1);с I:tliiil! Ii i(»h< !I(!>е. )!!Нн!>ами 3 н 4 с возможностью контакта с захватами 6 при их подходе к шкивам 3 и 4. Каждый из захватов 6 выполнен в виде двух подпружиненных с торцов раздвижных клиновидных зажимов 19 и 20, размещенных в корпусе 21 с образованием между ним и наклонными поверхностями зажимов 19 и 20 двух зазоров 22 и 23 и подпружинен->ых тел качения 24, расположенных в зазорах 22 и 23 с возможностью контакта с корпусом 2! и зажимами 19 и 20, причем последние установлены с возможностью перемещения вдоль рабочего органа 2. Устройство имеет также механизм съема и установки захватов на рабочем органе 2, выполненном в виде установленных на каж(ом из поплавков 5 двух концевых, средH(.f 0 и упорного манипуляторов 24, 25 и 26, 27 гидравлическими приводами (не показаны), причем захваты 6 закреплены на манипуляторах 24- 26. При этом средний и упорный манипуляторы 25 и 26 выполнены в ни,((соответственно раздвижных вертикального и наклонного ш:оков 27 и 28, а концевые 24 — в виде закрепленного на конце раздвижного штока 29 консольного рычага 30, причем рычаг установлен с возможностью )п>ворота вокруг раздвижного штока 29, и:(кл<>нный IHToK 27 — с возможностью поворота и и:(л(енения угла наклона носредствол(!!ривода 31, а захваты среднего, упори >гo и крайних манипуляторов 24 — 26 заКрЕНЛОНЫ СоотВЕтетВЕННО На КОНцаХ раэдВИжных штоков 27, 28 и консольных рыча:Ов 3(j. Упорный манипулятор 26 может быть закреплен на среднем манипуляторе 25. Устройство может быть также снабжено источником . 52 постоянного тока с электродами 32, расположенными в воде в зоне рас(<>ложения устройства и подключенными к . Оложигельному полюсу 34 источника 32, и >л(ктрогенераторами 35, связанными с валал(и 9 и 10 посредством редукторов 36. ! Iр(образование энергии потока в механическую энергию и работа устройства осу(цествляется следующим образом. Поплавки 5, закрепленные поперек потока (ахватом 6 на бесконечном элементе 14, код воздействием потока перемещаются по потоку и приводят в движение элемент 14, ко<Орый, в свою очередь, вращает шкивы 3 и 4 и валы 9 и 10, с которых крутящий моv нт нередается на выходные валы 1 и через к дл кторы, 56 на электрогенераторы 35.! Iри подходе каждого из поплавков 5, <акре)(ленных на элементах 14, к шкивам 4 захваты 6 упираются своими раздвижными к.(иновидными зажимами 19 и 20 в упор 18, чтО приводит к их сме пению вдоль элемента 14 и освобождению захвата 6. После этого посредством одного из концевых манипуляторов 24 либо штока 27 подводят конец поплавка 6 под сбегающую ветвь 16 элемен1634814 Формула тобретения 55 та 13 либо 14 и осуществляют фиксацию поплавка на этом элементе. Обеспечение необходимой пространственной ориентации захватов 6 относительно элементов 13 и 15 осуществляют путем поворота консольных рычагов 30 и изменения длины раздвижных штоков 29 посредством гидропривода. Причем поплавки 5 концами при использовании манипуляторов 24 или 27 могут быть закреплены либо на элементе 13, либо 15. В результате поплавки 5 ориентируются вдоль потока и элементами 13 и !5 транспортируются вверх по потоку. Поскольку поплавки 5 выполнены с длиной, значительно большей их ширины, затраты энергии на их перемещение против потока незначительны. По мере достижения поплавками 5 шкивов 3 посредством концевых, среднего и упорного манипуляторов 24 26 попл а вки разворачиваются поперек потока, захваты, установленные на среднем и упорном манипуляторах 25 и 26, заводятся под элемент 14 и фиксируются на нем. Одновременно с этим захват 6, установленный на конце поплавка 5, начинает контактировать с упорами 18, установленными перед шкивами 3, освобождая зажимы 19 и 20, и цикл повторяется. Выполнение огибающей желоба 2 в виде параболы и обеспечение контакта с желобом 2 двух — трех витков троса 11 позволяет улучшить сцепление троса 11 со шкивами 3 и 4 и тем самым снизить потери энергии при передаче крутящего момента. Упорный манипулятор 26 позволяет обеспечить предварительную фиксацию поплавка 9 и более точное его позиционирование в направлении вдоль элемента 14 за счет обеспечения изменения угла наклона штока 28 посредством привода 31. Использование в составе установки источника 32 постоянного тока, положительный полюс 34 которого подключен к электродам 33, расположенных в воде в зоне расположения установки, позволяет повысить коррозионную стойкость элементов установки. Предложенное устройство позволяет максимально эффективно для преобразования энергии использовать всю ширину потока и обеспечить его автономную работу в автоматическом режиме. 1. Способ преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию, включающий размещение в потоке плавучих тел, закрепление каждого из них на бесконечном рабочем органе, натянутом на шкивах, размещенных выше и ниже по потоку, перемещение плавучих тел по потоку под воздействием последнего, изменение направления их движения с одновременным умень5 45 шепнем лобового сопрогивления и последующую транспортировку плавучих тел против потока с приведением во вращение шкивов посрсдством рабочего органа, отличающийся гем, что, с целью повышения КПД преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию, в качестве плавучих тел используют протяженные в одно! направлении поплавки, изменение лобового сопротивления поплавков при их движении IIu и против потока осуществляют их разворотом соответственно поперек н вдоль Roтока, а смену направления движения поп.гавков производят до достижения ими шкии>в, для чего каждый из поплавков поочередно открепляют от ветви рабочего органа, движущейся в одном направлении, а d.-креплягот на ветви рабочего органа, движущейся в г<ротHI<îïoëîæhoì направлении. 2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что при транспортировке поплавков против потока их зякреплякгт на бесконечном рабочем органе только одним концом с возм<гжностг ю разворота поплавков вдоль потока под воздейс1вием последнего. 3 Устройство для преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию, содержащее вал отбора мощности, бесконечный рабочий орган, натянутыЙ ня поворотных шкивах, закрепленных выше и ниже по потоку н связанных с вялом отбо pd мощности, и плавучие тела, закрепленные па рабочем органе посредством фиксирующих элементов с возможностью их перемещения по потоку и гранспортировки против гготокя с одновременным изменением лобового сопротивления при смене направления двнжсHèÿ, îT.Ili÷à 4. Устройс1во по II. 3, oIличающеее» тем, что шкивы уставов ге<гьг пя горизонтальных валях. 5. Устройство по и. 3, отличиюгцееея тем, что шкивы у< "гяновлены ня вертикальных Bd 6. Устройство по пп. 3 >, <гг.гичиющеее<г тем, что бесконечный р бочпй opI«I< выполнен в вид< многовиткового тросd. 7. УстройсTBo по пп. 3 — 6, <гтличающе< е.г тем, что желоб шкива выполнен с возможностью одновр< менпогп контакта с двх мя 1634814 1)(л<и нигка 3)3 .> р<и:3. а огнб>ак)шая поперечl!<ч о сеч< нии желоба имеет форму параб< лы (). Устройство ио пи. 3- 5, отличающееся )ем, <1(> бесконечный рабочий орган выполнен в виде цепи. Ч Устройство пп ии. 3-- 8, отличающееся г(м, по бесконечный рабочий орган выполlI(и i3 ьч)де треx параллельных бесконеч(ых -> l(мен-;>в, ориентированных вдоль по<<>к)3,:1 н, ка кдо vl поплавке установлено по три ахи()та — один в середине, а два (и !:.<»III;3)3, причем при движении против н<>1(>ка 11(>llлавки установлены с возможн<> гью зацеll!åklèH концами посредством захI3;, <)l3 п<>очередно на сбегающих ветвях край1(их 9,1(xlk IIT<>!3, а ири движении Ilo пото, 1;(б< гi3!(>ill(33 ветви среднего эле.,с l! i (I. l() <. (роистио;>о ill!. 3 <), <>т.)ичаю<иеесн : лl, 1 <> (: но (нибж(. и(> н(>подвижны м и ,;, (>а 1, у,,;13<>пленными перед шкивами с н<» iм<>.кн, . (,к) контакта (з))х)3))тами при их К, КИВИЛ<. >г(ройс гi3<> 11(> llll 3 — 131, отличающе(-! (м, гго к()жды и из (и хватов «ы пол нен :. Нч(,ik (нуx нодиружищ.нных с торцов раз1,,>: ЗХ!1(>I Х )(, I <,I
I(< i f) I I V > (v о б р а . 3 < ) 13 i) k i 13 (," 1 м <. ж, l >< ,. lI,3>!<»3IiI lvII (и>верхносгями (ажимов двух .:>.3(>р<>33, il т:- кже иодпружинеl! Ilk>lx тел ка I<."I;1I)1, 1)k) I<>лаж(>klk3 k>I x l3 за 30РН x (Воз мож 11<>стьk<> к(>13 гик).3 с корпу(.ом и зажимами, причем зажимы установлены с возможностью перемещения вдоль рабочего органа. 12. Устройство по пп. 3 — 11, отличающееся тем, что оно снабжено механизмом съема и установки захватов на рабочем органе. l3. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что механизм съема и установки захватов выполнен в виде установленных на каждом из поплавков двух концевых, среднего и упорного манипуляторов с гидравлическими приводами, а захваты закреплены на манипуляторах. 14. Устройство по и. 13, отличающееся тем, что средний и упорный манипуляторы выполнены в виде соответственно раздвижных вертикального и наклонного штоков, а концевые — в виде закрепленного на конце раздвижного штока консольного рычага, причем рычаг установлен с возможностью поворота вокруг раздвижного штока, наклонный шток - с возможностью поворота и изменения угла наклона, а захваты среднего, упорного и крайних манипуляторов закреплены соответственно на концах раздвижных иноков и консольных рычагов. 15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что упорный манипулятор закреплен на среднем манипуляторе. ! 6. Устройство по пп. 3 — 15, отличающее(я тем, что оно снабжено источником постоянного тока с электродами, расположенными в воде в зоне размещения уст3г) ройства и подключенными к положительному полюсу источника. l6348l4 1634814! 634814 1634814 ЩГ 11 Poz 1Z Составитель А. Шпара Редактор М. Келемеш Техред А. Кравчук Корректор И. Эрдейи Заказ 738 Тираж 283 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР П 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат «Патент», г Ужгород, ул. Гагарина, !О) 
