Приводной механизм



Приводной механизм
Приводной механизм

 


Владельцы патента RU 2478829:

Вишневский Вадим Семенович (RU)

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии, в частности к устройствам, использующим энергию текущей воды и преобразующим ее в электрическую или механическую энергию. Приводной механизм содержит размещенное в неравномерном потоке воды симметричное крыло 1 с боковыми стенками 2, ось 3 которого установлена в шарнирных опорах 4 на задних концах траверс 5, присоединенных передними концами посредством шарниров 6 к опорной конструкции 7, а также связанный с осью крыла 1 посредством трансмиссии 8 исполнительный механизм 9. Механизм 9 снабжен размещенной в верхней части крыла 1 над заполняющей его нижнюю часть водой 10 упругой воздушной подушкой 11, рычагом 12, закрепленным на крыле 1, и вертикальными тягами 13. Тяги 13 связаны нижними концами с установленными на оси 3 подшипниками 14 и присоединены верхними концами посредством рессор 15 к конструкции 7. Между конструкцией 7 и рычагом 12 установлены последовательно упругий элемент 16 и регулятор 17 положения крыла 1. В стенках 2 выполнены отверстия 18. Верх отверстий 18 расположен ниже верхней точки профиля крыла 1 и совпадает с уровнем 19 заполняющей его воды 10 и нижней границей подушки 11, которая выполнена в виде эластичной оболочки 20, заполненной воздухом 21. Изобретение направлено на повышение эффективности за счет параметрического усиления поворотных колебаний крыла приводного механизма. 2 ил.

 

Данное устройство относится к устройствам для преобразования в электрическую или механическую энергию природных возобновляемых источников энергии, таких, как энергия морских и речных течений, потоков воды при сбросе ее с плотин водоемов и гидроэлектростанций, а также потоков воды за движущимися судами. Это устройство может служить приводом для исполнительных рабочих механизмов типа электрогенераторов и насосов. Кроме того, оно может быть использовано в пропульсивных движителях судов.

Известна электроэнергетическая установка с использованием кинетической энергии потока воды по патенту WO 9812433 А1, кл. 6 F03B 13/20, содержащая каскад профилированных гидродинамических профилей, закрепленных на упругих элементах, размещенных по их продольной оси и связанных вертикальными стержнями, также закрепленными нижними концами на упругих элементах, установленных вертикально. При этом профили могут совершать не нужные для работы привода продольные и поворотные колебания вокруг поперечных осей профилей, на которые затрачивается энергия набегающего потока.

Недостатком устройства является низкая эффективность вследствие малых амплитуд поворотных колебаний вокруг продольных осей профилей, что не позволяет получить крутящие моменты, необходимые для привода электрического преобразователя.

Известен волновой движитель для судов по авт. свид. СССР №946396, кл. В63Н 1/36, 1988 г., содержащий опору в виде стойки, закрепленной на корпусе судна, горизонтально расположенное крыло симметричного профиля, которое шарнирно закреплено на опоре, и рычаги, прикрепленные к крылу и посредством силовых элементов к опоре. Силовые элементы выполнены либо в виде пружин, либо в виде гидроцилиндров. Недостатком устройства является низкая эффективность вследствие того, что крыло выполнено герметичным и, если отсутствуют волны, нуждается во внешнем приводе - гидроцилиндрах, приводимых в действие от источника давления.

Известна энергетическая установка по патенту US 6652232 В, кл. 7 F03В 17/06 от 13.01.2002 г., в которой электроэнергия вырабатывается за счет энергии ветра, воды в реке или приливных течений. Установка содержит элевон и лопасть в виде крыла, имеющего симметричный профиль и установленного с возможностью свободного вращения относительно точки крепления, смещенной вперед относительно нейтральной оси. Угол атаки лопасти изменяют путем регулирования положения элевона. Недостатком устройства является низкая эффективность вследствие малых амплитуд поворотных колебаний, так как крыло выполнено герметичным и в нем отсутствует воздушная подушка и переливающаяся при поворотных колебаниях вода.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является приводной механизм по патенту US 6323563 ВА, кл. 7 F03В 13/10 от 25.07.2000 г., содержащий размещенное в неравномерном потоке воды симметричное крыло с боковыми стенками, закрепленное в шарнирных опорах на задних концах траверс, которые присоединены передними концами посредством шарниров к опорной конструкции, а также связанный с крылом посредством трансмиссии исполнительный механизм. В качестве исполнительного механизма используется генератор, вырабатывающий электроэнергию. Существенным недостатком устройства является его низкая эффективность вследствие того, что в боковых стенках крыла отсутствуют отверстия, крыло выполнено герметичным и не содержит перемещающейся в нем под воздействием потока воды воздушной подушки и переливающейся воды, что не позволяет получить параметрическое усиление поворотных колебаний крыла.

Целью данного изобретения является повышение эффективности приводного механизма за счет параметрического усиления поворотных колебаний крыла.

Эта цель достигается тем, что приводной механизм, содержащий размещенное в неравномерном потоке воды симметричное крыло с боковыми стенками, ось которого концами посредством шарниров к опорной конструкции, снабжен размещенной в верхней части крыла над заполняющей его нижнюю часть водой упругой воздушной подушкой, а также закрепленным на крыле рычагом и вертикальными тягами, которые связаны нижними концами с подшипниками, установленными на оси крыла, и присоединены верхними концами посредством рессор к опорной конструкции, между которой и рычагом установлены последовательно упругий элемент и регулятор положения крыла, в боковых стенках которого по длине хорды, равной удвоенной величине скорости набегающего потока, выполнены отверстия, верх которых расположен ниже верхней точки профиля крыла примерно на 0,2 толщины крыла и совпадает с уровнем заполняющей его воды и с нижней границей воздушной подушки, которая выполнена в виде эластичной оболочки и заполнена воздухом, а опорная конструкция выполнена в виде двух арок, которые закреплены на основании по бокам крыла.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен приводной механизм на виде сбоку. На фиг.2 - вид по стрелке В.

Приводной механизм содержит размещенное в неравномерном потоке воды, набегающем со скоростью V, симметричное крыло (1) с боковыми стенками (2), ось (3) которого установлена в шарнирных опорах (4) на задних концах траверс (5), которые присоединены передними концами посредством шарниров (6) к опорной конструкции (7), а также связанный с осью (3) крыла посредством трансмиссии (8) исполнительный механизм (9). Для повышения эффективности за счет параметрического усиления поворотных колебаний крыла приводной механизм снабжен размещенной в верхней части крыла над заполняющей его нижнюю часть водой (10) упругой воздушной подушкой (11), а также закрепленным на крыле (1) рычагом (12) и вертикальными тягами (13). Вертикальные тяги (13) связаны нижними концами с установленными на оси (3) подшипниками (14) и присоединены верхними концами посредством рессор (15) к опорной конструкции (7), между которой и рычагом (12) последовательно установлены упругий элемент (16) и регулятор (17) положения крыла. В боковых стенках (2) крыла по длине хорды, равной удвоенной величине скорости набегающего потока, выполнены отверстия (18). Верх отверстий (18) расположен ниже верхней точки профиля крыла примерно на 0,2 толщины крыла и совпадает с уровнем (19) заполняющей его воды (10) и нижней границей упругой воздушной подушки (11), которая выполнена в виде эластичной оболочки (20), заполненной воздухом (21). Опорная конструкция (7) выполнена в виде двух арок (22), закрепленных на основании (23), при этом крыло (1) размещено между арками (22).

Приводной механизм работает следующим образом.

При погружении приводного механизма крыло (1), подвешенное посредством тяг (13) на рессорах (15), которые установлены на арках (22) опорной конструкции (7), заполняется водой через отверстия (18), сжимая упругие рессоры (15).

При полном погружении крыло (1) заполняется водой (9) до уровня (19), совпадающего с верхом максимальных отверстий (18) в боковых стенках (2) и нижней границей воздушной подушки (11), выполненной в виде эластичной оболочки (20), заполненной воздухом (21). Ось (3) поворота крыла, проходящая через точку О, размещена впереди его центра масс С, и крыло по мере заполнения водой поворачивается совместно с рычагом (12) в подшипниках (4) и (14) по часовой стрелке, сжимая упругий элемент (16). Поэтому установка крыла в горизонтальное положение производится посредством регулятора (17) положения крыла за счет дополнительного сжатия упругого элемента (16), воздействующего на рычаг (12).

Под действием неравномерного потока воды, набегающего со скоростью V, крыло (1) совершает поворотные колебания вокруг оси О на собственной частоте , где c2 - жесткость упругого элемента (16), а - длина рычага (12), Im - средняя величина момента инерции крыла. Крыло также совершает вертикальные колебания по оси у на жесткости c1 рессор (15), установленных на арках (22) опорной конструкции (7).

При поворотных колебаниях полностью заполненного крыла вода в нем не переливается, поэтому момент инерции постоянный и не зависит от угла поворота и времени.

При поворотных колебаниях не полностью заполненного крыла (1) вода (10) в нем попеременно переливается в сторону периферийных участков, а воздушная подушка (11) перемещается в противоположном направлении по отношению к воде и изменяет форму. За один полупериод поворотных колебаний крыла упругая воздушная подушка смещается в одно из крайних положений и возвращается в среднее положение, а за полный период совершает это дважды, то есть частота перемещений воздушной подушки равна 2ω0. Условный момент инерции воды в объеме воздушной подушки составляет: , где ρ - плотность воды, vn - объем воздушной подушки, r(t) - условный радиус инерции воды в объеме воздушной подушки. Радиус инерции r(t) минимален при горизонтальном положении крыла (отрезок ОА на фиг.1) и значительно увеличивается при его повороте за счет того, что воздушная подушка получает значительные перемещения с частотой 2ω0 параллельно хорде крыла при высоте воздушной подушки, примерно равной 0,2 толщины крыла. При перемещениях воздушной подушки радиус инерции r(t) и момент инерции также изменяются с частотой 2ω0, причем величина существенно изменяется во времени, так как она пропорциональна величине r(t) во второй степени. Поэтому момент инерции не полностью заполненного водой крыла, определяемый как разность момента инерции полностью заполненного крыла и момента с частотой 2ω0.

При вертикальных колебаниях крыла траверсы (5), шарнирно закрепленные в точках О и N (в шарнирных опорах (4) и шарнирах (6)), поворачиваются относительно точки N, удерживая крыло от перемещений по оси х. У крыла, совершающего вертикальные колебания в потоке воды, происходит изменение угла атаки. При этом вследствие переменной во времени разности скоростей на верхней и нижней поверхностях крыла возникает система распределенных по длине его хорды присоединенных вихрей и постоянно сходящих с задней кромки свободных вихрей. Присоединенные вихри перемещаются вдоль профиля крыла и создают пульсации давления, которые воздействуют через отверстия (18) в стенках (2) на воздушную подушку (11), сжимают ее и перемещают с частотой 2ω0. При этом набегающий поток совершает работу на сжатие воздушной подушки и перемещение ее. При сжатии воздушной подушки ее объем уменьшается и замещается водой, что вызывает увеличение динамического момента и угла поворота крыла. При этом увеличивается перемещение воздушной подушки, и происходит дальнейшее замещение свободного объема жидкостью. Динамические воздействия на периферийные участки крыла происходят в такт с колебаниями. Вследствие существенной модуляции момента инерции крыла при высоте воздушной подушки, составляющей примерно 0,2 толщины крыла, происходит параметрическое усиление его поворотных колебаний, и на частоте 2ω0 возникает параметрический резонанс, если работа внешней системы (неравномерного потока) превышает потери энергии в колеблющемся крыле. Параметрические колебания возникают только в не полностью заполненном водой крыле при наличии упругой воздушной подушки. В результате, наряду с кинетической энергией набегающего потока используется энергия присоединенных вихрей.

Максимальные амплитуды поворотных колебаний достигаются, когда неравномерный поток воды перемещается за одну секунду на длину, равную половине хорды крыла, что аналогично нагрузке моментом. При этом величина скорости потока совпадает с величиной половины длины хорды крыла, или величина хорды крыла совпадает с удвоенной скоростью набегающего потока. Можно «настроить» крыло на известную заранее скорость набегающего потока (например, на скорость течения) с тем, чтобы получить максимальные амплитуды поворотных колебаний на частоте параметрического резонанса. Интенсивные колебания крыла передаются через трансмиссию (8) на исполнительный механизм (9) (генератор электрического тока или насос). Таким образом, при значительном увеличении амплитуд колебаний на частоте параметрического резонанса существенно возрастает эффективность приводного механизма.

1. Приводной механизм, содержащий размещенное в неравномерном потоке воды симметричное крыло с боковыми стенками, ось которого установлена в шарнирных опорах на задних концах траверс, которые присоединены передними концами посредством шарниров к опорной конструкции, а также связанный с осью крыла посредством трансмиссии исполнительный механизм, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет параметрического усиления поворотных колебаний крыла, он снабжен размещенной в верхней части крыла над заполняющей его нижнюю часть водой упругой воздушной подушкой, а также рычагом, который закреплен на крыле, и вертикальными тягами, связанными нижними концами с подшипниками, установленными на оси крыла, и присоединенными верхними концами посредством рессор к опорной конструкции, между которой и рычагом установлены последовательно упругий элемент и регулятор положения крыла, в боковых стенках которого по длине хорды, равной удвоенной скорости набегающего потока, выполнены отверстия, верх которых расположен ниже верхней точки профиля крыла примерно на 0,2 толщины крыла и совпадает с уровнем заполняющей его воды и нижней границей упругой воздушной подушки, которая выполнена в виде эластичной оболочки, заполненной воздухом.

2. Приводной механизм по п.1, отличающийся тем, что опорная конструкция выполнена в виде двух арок, которые закреплены на основании по бокам крыла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидроэнергетике и касается установок, использующих течение воды для производства электроэнергии. .

Изобретение относится к гидроэнергетике и служит для преобразования энергии русловых потоков реки в электрическую энергию. .

Изобретение относится к гидроэнергетике и касается установок, использующих речные течения для производства электроэнергии. .

Изобретение относится к области ветро- и гидроэнергетики. .

Изобретение относится к области энергетики, а именно к турбинам, предназначенным для извлечения энергии из потока воды, например, с целью выработки электроэнергии. .

Изобретение относится к системам осевых турбин и эжекторов. .

Изобретение относится к гидроэнергетике, служит, в частности, для преобразования энергии русловых потоков реки в электроэнергию и для подъема воды. .

Изобретение относится к установке для выработки электроэнергии, приводимой в действие потоком воды. .

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в волновых энергетических установках. .

Изобретение относится к энергетике, в частности к прибойным гидроветроэлектростанциям, и предназначено для выработки электроэнергии за счет преобразования энергии прибойного потока и энергии отливов у берегов морей, океанов и крупных водоемов, а также энергии воздушного потока.

Изобретение относится к области малой гидроэнергетики, а конкретнее к проточным бесплотинным микрогидроэлектростанциям, предназначенным для преобразования речного потока в электроэнергию при использовании гидротурбин, погруженных в воду мелких рек и ручьев.

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии, в частности, для выработки электроэнергии путем использования энергии морских волн за счет образующихся вертикальных подъемов и спадов волн.

Изобретение относится к ветроволновой энергетике и может быть использовано для получения электрической энергии. .

Изобретение относится к области морской гидротехники и может быть использовано для преобразования морских течений в электрическую энергию. .

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетики, в частности к устройствам, представляющим собой электрогенераторы для производства электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электротехники, разрабатывающей устройства генерирования электроэнергии от возобновляемых источников. Приливно-волновая электростанция выполнена на базе двух турбин 1 и 2. Каждая из турбин 1 и 2 имеет по меньшей мере два диска 3, связанных между собой осями 4, на которых шарнирно закреплены лопатки 5, перемещение которых ограничено основным и дополнительным фиксаторами 6 и 7. Обе турбины 1 и 2 шарнирно установлены на единой оси 8, закрепленной в раме 9, часть которой фиксирована на дне, а другая часть включает площадку 10 на поверхности, где размещаются редуктор 11 и генератор 12. В одной турбине основные фиксаторы 6 расположены с правой стороны лопаток 5, тогда как у другой турбины основные фиксаторы 6 расположены с левой стороны лопаток 5. Смежные диски 3 турбин 1 и 2 снабжены основными коническими шестернями, между которыми установлены дополнительные конические шестерни, шарнирно закрепленные на оси 14, перпендикулярной единой оси 8 турбин 1 и 2. К одной из дополнительных конических шестерен жестко присоединён вал отбора мощности 13, выходящий на площадку 10 на поверхности. Изобретение направлено на обеспечение повышенного КПД за счет работы турбин в трех квадратах и при любом направлении потока при одновременном сохранении простоты конструкции. 6 ил.
Наверх