Способ использования энергии потока среды и энергопреобразующее устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам и средствам для преобразования энергии потоков различной физической природы и может быть использовано для преобразования энергии потоков ветра или воды. Способ осуществляют путем преобразования энергии потока во вращательное движение энергопреобразующего устройства, которое содержит ориентированный по потоку среды вал и закрепленный на нем вращающийся энергопреобразующий элемент, выполненный в виде по меньшей мере одной лопасти с обтекателем, имеющим симметричный относительно его поперечной плоскости аэродинамический профиль, и установленный так, что плоскость симметрии его поперечного сечения проходит через продольную ось вала. Лопасть прикреплена к выходному торцу обтекателя так, что одна из боковых поверхностей обтекателя и наружная поверхность лопасти образуют единую аэродинамическую поверхность, при этом плоскость лопасти смещена относительно продольной оси вала. При размещении энергопреобразующего устройства в потоке среды создается разность давлений относительно внутренних и наружных поверхностей лопастей, что приводит к повышению давления у внутренних поверхностей лопастей и вращению энергопреобразующего устройства при простоте конструкции. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии и средствам для преобразования энергии потоков различной физической природы и может быть использовано для преобразования энергии потока ветра или воды.

Известен способ преобразования энергии потока ветра в механическую энергию вращения ветроприемного устройства, содержащего полужесткие лопасти с возвратными пружинами, закрепленные на бесконечной цепи, натянутой на барабаны, которые расположены в горизонтальной плоскости, при этом складывающиеся полужесткие лопасти, удерживаемые в рабочем положении гибкими стяжками, установлены на тележках, зацепленных за бесконечную цепь с возможностью передвижения по несущему рельсу, гибкие стяжки, в свою очередь, закреплены за промежуточные тележки, также зацеплены за бесконечную цепь с возможностью передвижения по несущему рельсу, при этом полужесткие лопасти для холостого хода складываются и удерживаются в сложенном состоянии фигурной опорой, все устройство ориентируется под углом α=20-45° к направлению ветра, а для остановки ветродвигателя - под углом α=90° к ветру, см патент РФ №2231685.

Известен способ использования энергии потока среды путем преобразования энергии потока среды во вращательное движение энергопреобразующего устройства, характеризующийся тем, что энергопреобразующее устройство выполняют в виде укрепленной на валу конструкции, включающей по меньшей мере две перемещающиеся или две вращающиеся и две перемещающиеся поверхности, после чего устанавливают энергопреобразующее устройство в поток среды, ориентируя его вал и плоскости поверхностей конструкции вдоль потока среды, обеспечивают перемещение или соответственно перемещение и вращение поверхностей в двух противоположных друг другу направлениях, при этом за счет образования на этих поверхностях разности давлений обеспечивают возможность вращения конструкции энергопреобразующего устройства, с вала которого осуществляют съем энергии, см. патент РФ №2296881.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при их использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа первого независимого объекта заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность преобразования энергии потока среды, в частности энергии ветра.

Целью изобретения является повышение эффективности преобразования энергии потока среды различной физической природы за счет упрощения конструкции энергопреобразующего устройства и использования эффекта перепада давления на поверхностях лопастей помещенного в поток среды энергопреобразующего устройства.

Сущность первого независимого объекта заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения поставленной цели.

Способ использования энергии потока среды путем преобразования энергии потока среды во вращательное движение энергопреобразующего устройства, в котором энергопреобразующее устройство устанавливают в поток среды, ориентируя ось его вала вдоль потока среды, и обеспечивают возможность вращения энергопреобразующего устройства, с вала которого осуществляют съем энергии вращения, характеризующийся тем, что конструкцию энергопреобразующего устройства выполняют в виде укрепленной на валу конструкции, включающей по меньшей одну лопасть с обтекателем, имеющим симметричный относительно его поперечной плоскости аэродинамический профиль, и установленной так, что плоскость симметрии поперечного сечения обтекателя проходит через продольную ось вала, при этом лопасть прикрепляют к выходному концу обтекателя так, что одна из его боковых поверхностей и наружная поверхность лопасти образуют единую аэродинамическую поверхность, при этом лопасть выполняют смещенной относительно продольной оси вала.

Для оценки новизны и изобретательского уровня других независимых объектов заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен преобразователь энергии текучей среды, который содержит неподвижную стойку с выходным валом, платформы с плоскими лопастями, узлы изменения ориентации и фиксации положения лопастей. Платформы закреплены неподвижно вокруг выходного вала и содержат дополнительно центральную, периферийные звездочки и цепь. При этом периферийные звездочки установлены на узлах изменения ориентации и фиксации положения лопастей и через цепь кинематически связаны с центральной звездочкой, установленной на неподвижной стойке с возможностью поворота и фиксации углового положения, см. патент РФ №2280782.

Известно ветроколесо, содержащее горизонтальный вал и закрепленный на нем вращающийся элемент, который выполнен в виде двух соосно расположенных с возможностью синхронного вращения в противоположных друг относительно друга направлениях приводных дисков, ось вращения которых перпендикулярна горизонтальному валу, и кольцевого кожуха по окружностям дисков с зазорами к поверхностям дисков, причем горизонтальный вал проходит в пространстве между дисками по диаметральной оси и соединен с жестко фиксированным в плоскости соосного вращения приводных дисков кольцевым кожухом, см. патент РФ №2124649. В таком ветроколесе при приведении во вращение приводных дисков и размещении его в потоке ветра создается подъемная сила за счет разности давлений около внешних поверхностей соосно вращающихся в противоположных друг относительно друга направлениях приводных дисков, причем наличие кольцевого кожуха исключает проникновение ветрового потока в пространство между дисками, что создало бы препятствие возникновению подъемной силы.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при их использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа второго независимого объекта заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является сложность конструкции энергопреобразующего устройства.

Целью изобретения является упрощение конструкции энергопреобразующего устройства и повышение эффективности работы установки в целом.

Сущность второго независимого объекта заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения поставленной цели.

Энергопреобразующее устройство для осуществления вышеописанного способа, содержащее установленный вдоль потока среды вал и закрепленный на нем энергопреобразующий элемент, выполненный в виде по меньшей мере одной лопасти с обтекателем, имеющим симметричный относительно его поперечной плоскости аэродинамический профиль, и установленный так, что плоскость симметрии поперечного сечения обтекателя проходит через продольную ось вала, при этом лопасть прикреплена к выходному торцу обтекателя так, что одна из его боковых поверхностей и наружная поверхность лопасти образуют единую аэродинамическую поверхность, при этом лопасть смещена относительно продольной оси вала.

В этом состоит совокупность существенных признаков второго независимого объекта изобретения, обеспечивающая достижение поставленной нами цели во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. Кроме этого, второй независимый объект изобретения имеет ряд факультативных признаков, характеризующих его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения, а именно:

- лопасть может быть выполнена в виде плоскости;

- обтекатель может быть выполнен так, что торцы его боковых поверхностей представляют собой криволинейные или ломаные линии, при этом лопасть выполнена с поверхностью, имеющей соответственно криволинейную или ломаную форму;

- устройство может быть снабжено дополнительной аналогичным образом выполненной лопастью с обтекателем, установленной по отношению к основной лопасти осесимметрично относительно продольной оси вала;

- устройство может быть снабжено совокупностью из дополнительных аналогичным образом выполненных лопастей с обтекателями, при этом смежные лопасти размещены на одинаковом расстоянии друг от друга;

- устройство может быть снабжено дополнительными элементами, размещенными за торцом обтекателя и обеспечивающими повышение давления среды на внутреннюю поверхность лопасти.

Заявленное техническое решение является новым, так как заявленные объекты характеризуются единым изобретательским замыслом и наличием новых совокупностей признаков, отсутствующих в известных из уровня техники технических решениях.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленных совокупностей признаков, заключается в том, что благодаря различному создаваемому конструкцией характеру потока среды на внешней и внутренней поверхностях лопасти энергопреобразующего элемента создается разность давлений, которая приводит к вращению энергопреобразующего устройства, энергия которого может быть полезно использована.

Указанное позволяет признать заявляемое техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид заявленного устройства, энергопреобразующий элемент которого состоит из двух симметрично размещенных плоских лопастей с обтекателями, на фиг.2 - вид энергопреобразующего устройства, состоящего из четырех симметрично размещенных энергопреобразующих элементов, каждый из которых содержит две осесимметрично размещенные плоские лопасти.

Энергопреобразующее устройство содержит ориентированный по потоку среды вал 1 и закрепленный на нем вращающийся энергопреобразующий элемент, выполненный в виде по меньшей мере одной лопасти 2 с обтекателем 3, имеющим симметричный относительно его поперечной плоскости аэродинамический профиль, и установленный так, что плоскость его поперечного сечения проходит через продольную ось вала 1. Лопасть прикреплена к выходному торцу обтекателя 3 так, что одна из его боковых поверхностей и наружная поверхность лопасти 2 образуют единую аэродинамическую поверхность, при этом плоскость лопасти 2 смещена относительно продольной оси вала 1. Энергопреобразующий элемент может быть выполнен в виде совокупности аналогичным образом выполненных лопастей 2 с обтекателями 3. За торцом обтекателя 3 могут быть размещены дополнительные элементы (не показаны), обеспечивающие повышение давления среды на внутреннюю поверхность лопасти 2. Они могут быть выполнены, например, в виде дополнительных перегородок и т.п.

Заявленный способ преобразования энергии потока среды с помощью заявленного энергопреобразующего устройства реализуют следующим образом.

При размещении энергопреобразующего устройства в потоке среды за счет того, что боковая поверхность обтекателя и наружная поверхность лопасти образуют единую аэродинамическую поверхность, создается разность давлений около внешних и наружных поверхностей лопастей 2, что приводит к повышению давления у наружных поверхностей лопастей 2 и вращению энергопреобразующего устройства.

Для повышения эффективности использования энергии потока среды устройство может быть снабжено одним или несколькими дополнительными аналогично выполненными энергопреобразующими элементами, а также дополнительными элементами, размещенными за торцом обтекателя 3 и обеспечивающими повышение давления среды на внутреннюю поверхность лопасти 2.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения сомнения не вызывает, поскольку во всех вариантах заявленная установка может быть реализована с применением известных технологий и технических средств.

Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы установки в целом за счет обеспечения возможности совместной работы нескольких конструктивно простых энергопреобразующих элементов, что приводит к более эффективному использованию энергии потока среды различной физической природы, которой может быть поток ветра или поток воды.

1. Способ использования энергии потока среды путем преобразования энергии потока среды во вращательное движение энергопреобразующего устройства, в котором энергопреобразующее устройство устанавливают в поток среды, ориентируя ось его вала вдоль потока среды, и обеспечивают возможность вращения энергопреобразующего устройства, с вала которого осуществляют съем энергии вращения, отличающийся тем, что конструкцию энергопреобразующего устройства выполняют в виде укрепленной на валу конструкции, включающей, по меньшей мере, одну лопасть с обтекателем, имеющим симметричный относительно его поперечной плоскости аэродинамический профиль, и установленной так, что плоскость симметрии поперечного сечения обтекателя проходит через продольную ось вала, при этом лопасть прикрепляют к выходному торцу обтекателя так, что одна из его боковых поверхностей и наружная поверхность лопасти образуют единую аэродинамическую поверхность, при этом лопасть выполняют смещенной относительно продольной оси вала.

2. Энергопреобразующее устройство, содержащее установленный вдоль потока среды вал и закрепленный на нем энергопреобразующий элемент, выполненный в виде по меньшей мере одной лопасти с обтекателем, имеющим симметричный относительно его поперечной плоскости аэродинамический профиль, и установленный так, что плоскость симметрии поперечного сечения обтекателя проходит через продольную ось вала, при этом лопасть прикреплена к выходному торцу обтекателя так, что одна из его боковых поверхностей и наружная поверхность лопасти образуют единую аэродинамическую поверхность, при этом лопасть смещена относительно продольной оси вала.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что лопасть выполнена в виде плоскости.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что обтекатель выполнен так, что торцы его боковых поверхностей представляют собой криволинейные или ломаные линии, при этом лопасть выполнена с поверхностью, имеющей соответственно криволинейную или ломаную форму.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной аналогичным образом выполненной лопастью с обтекателем, установленной по отношению к основной лопасти осесимметрично относительно продольной оси вала.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено совокупностью из дополнительных аналогичным образом выполненных лопастей с обтекателями, при этом смежные лопасти размещены на одинаковом расстоянии друг от друга.

7. Устройство по любому из пп.2-6, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными элементами, размещенными за торцом обтекателя и обеспечивающими повышение давления среды на внутреннюю поверхность лопасти.