Способ утилизации энергии текущей среды и устройство для его осуществления



Способ утилизации энергии текущей среды и устройство для его осуществления
Способ утилизации энергии текущей среды и устройство для его осуществления
Способ утилизации энергии текущей среды и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2542164:

Навасардян Ашот Александрович (RU)

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к средствам преобразования энергии текущей воды в электрическую энергию, и может быть использовано для установки в русла рек. В способ утилизации энергии текущей среды поток текучей среды направляют в диффузор 11, в котором увеличивают его скорость, затем подают внутрь канала 3, где дополнительно ускоряют за счет постепенного уменьшения площади поперечного сечения канала 3, затем преобразуют кинетическую энергию потока в механическую мощность путем подачи потока на, по меньшей мере, одно рабочее колесо 5 с лопатками 6, которое располагают в канале 3, после чего поток замедляют. Лопатки 6 рабочего колеса 5 выполняют сужающимися по ширине от входной до выходной кромки, верхнюю боковую поверхность выполняют выпуклой, а выходную кромку смещают относительно входной. Изобретение направлено на повышение коэффициента утилизации энергии текущей среды. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к средствам преобразования энергии текущей воды в электрическую энергию, и может быть использовано для установки в русла рек.

Известна «ВИХРЕВАЯ ПРЯМОТОЧНАЯ ГИДРОТУРБИНА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕЧЕНИЙ РЕК И ПРИЛИВОВ» по патенту RU 2359149 C1, 20.06.2009, F03B13/26, состоящая из полого несущего вала-цилиндра с регулируемым балластом, позволяющим гидротурбине погружаться в воду полностью или всплывать из нее на поверхность, на котором размещены лопасти-полуцилиндры, к торцам которых прикреплены кольцевые емкости с балластом, обеспечивающим нейтральную плавучесть гидротурбине, отличающаяся тем, что на несущий вал-цилиндр устанавливаются равномерно по его длине несколько дисков или плоских цилиндров с пазами на ободе, в которые крепятся лопасти, имеющие вид боковой поверхности полого цилиндра, отсеченной продольной плоскостью, таким образом, чтобы диски были вписаны во внутренние концы лопастей, образуя свободное центральное пространство между дисками поверхностью несущего вала-цилиндра и концами лопастей, а их наружные концы, стянутые узкими кольцами-обручами, образовали многолопастный цилиндр, основания которого полностью закрыты емкостями с балластом, обеспечивающим нейтральную плавучесть гидротурбине, жестко соединенными с торцами лопастей и полым несущим валом-цилиндром. Поток, проходя вдоль С-образной лопасти как со встречной, так и с тыльной сторон турбины, создает в изгибе вращающий момент.

Известен «Двигатель для утилизации текущей среды» по патенту RU 109348 U1, 10.10.2011, F03B 13/10. Описанное в прототипе техническое решение состоит из погружного корпуса, установленного на фундаменте на дне реки, с жестко связанной надводной площадкой, на которой размещены цепные привода от рабочих колес к электрогенератору. В подводной части корпуса установлены два рабочих колеса, причем направление лопаток имеет зеркальное отображение. При движении потока воды через рабочие колеса создается крутящий момент на обоих колесах, направленных противоположно друг другу, и соответственно колеса гидротурбины начинают вращаться противоположно друг другу. Вращение колес передается цепной передачей на два вала отбора мощности, которые кинематически связаны с электрогенератором.

Поток текущей среды, например воды, воздействует на лопатки турбоколес. В результате турбоколеса начинают вращаться на валу в разные стороны. Вращательное движение турбоколес передается на валы отбора мощности, которые связаны через шестерни, благодаря чему турбоколеса оказываются кинематически жестко связанными. В результате турбоколеса вращаются синхронно и встречно. Под воздействием потока на «внешний» плоскости лопатки турбоколеса создается повышенное давление, а на противоположной стороне лопатки - пониженное давление. Таким образом, между лопатками соседних турбоколес образуются две зоны, - одна с повышенным, а другая с пониженным давлением, причем эти зоны движутся навстречу друг другу. При определенном расстоянии между лопатками, при встрече зон повышенного и пониженного давления, движущихся встречно, образуются вихри, ускоряющие движение потока. В результате скорость потока на выходе пары лопаток увеличивается, а поскольку турбоколеса вращаются синхронно, то указанный механизм действует упорядоченно, увеличивая мощность двигателя, которая через соответствующую передачу поступает на вал отбора мощности и далее на электрогенератор.

Наиболее близким по технической сути являются описанные в патенте DE 2010018806 А1, 03.11.2011, Е02В 9/00 способ утилизации энергии текущей среды, характеризующийся тем, что поток текучей среды направляют в канал, где ускоряют за счет постепенного уменьшения площади поперечного сечения канала, затем преобразуют кинетическую энергию потока в механическую мощность путем подачи потока на рабочее колесо с лопастями, после чего поток замедляют, и устройство для утилизации энергии текущей среды, характеризующееся тем, что содержит открытый с двух торцов сужающийся канал, в котором расположено рабочее колесо с лопатками, при этом выходное отверстие канала снабжено расширяющимся соплом.

Все существующие решения утилизируют только кинетическую энергию потока, которая составляет не более 1кВт с площади 1 м2 сечения реки при скорости потока V=1 м/с. Существующие конструкции лопаток лопаточных машин, применяемых для утилизации энергии потока текучей среды, а также конструкции самих гидрогенераторов неспособны обеспечить эффективный отбор потенциальной энергии потока. Кроме того, на сегодняшний день неизвестны способы, связанные с применением для отбора энергии потока лопаточных машин, в которых применяются лопатки с искривленным профилем поперечного сечения.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение коэффициента утилизации энергии текущей среды.

Поставленная задача решена за счет способа утилизации энергии текущей среды, характеризующегося тем, что поток текучей среды направляют в диффузор, в котором увеличивают его скорость, затем подают внутрь канала, где дополнительно ускоряют за счет постепенного уменьшения площади поперечного сечения канала, затем преобразуют кинетическую энергию потока в механическую мощность путем подачи потока на, по меньшей мере, одно рабочее колесо с лопатками, которое располагают в канале, после чего поток замедляют, при этом лопатки рабочего колеса выполняют сужающимися по ширине от входной до выходной кромки, верхнюю боковую поверхность выполняют выпуклой, а выходную кромку смещают относительно входной; поток замедляют за счет резкого увеличения поперечного сечения канала и реализующего способ устройства бесплотинного для утилизации энергии текущей среды, характеризующегося тем, что содержит открытый с двух торцов сужающийся канал, в котором расположено, по меньшей мере, одно рабочее колесо, снабженное лопатками; лопатки снабжены входной и выходной кромками, а также одной выпуклой боковой поверхностью, при этом лопатки выполнены сужающимися по толщине от входной до выходной кромки, а выходная кромка смещена относительно входной; входное отверстие канала снабжено диффузором, выходное отверстие канала снабжено расширяющимся соплом; лопатки рабочего колеса содержат одну вогнутую боковую поверхность; лопатки рабочего колеса содержат одну плоскую боковую поверхность; канал выполнен коническим; лопатки снабжены открытой полостью, расположенной на боковой поверхности, противоположной выпуклой поверхности.

Суть технического решения иллюстрирована чертежами, где на фиг. 1 - устройство для утилизации энергии текущей среды, на фиг. 2 - профиль поперечного сечения лопатки, на фиг. 2 - профиль поперечного сечения лопатки с крюкообразной полостью.

На фиг. 1 изображены устройство 1 для утилизации энергии текущей среды, поток 2, канал 3, лопаточная машина 4, рабочие колеса 5, лопатки 6, входная кромка 7, выходная кромка 8, выпуклая боковая поверхность 9, противолежащая боковая поверхность 10, диффузор 11, сопло 12, открытая полость 13, зона 14 завихрения.

Устройство для утилизации энергии текущей среды выполнено следующим образом.

Устройство 1 для утилизации энергии текущей среды содержит корпус, в котором размещен открытый с двух противоположных торцов канал 3. Канал 3 выполнен сужающимся от входного отверстия к выходному, т.е. площадь поперечного сечения канала постепенно уменьшается. Опционально канал 3 выполнен коническим. В канале 3 расположена лопаточная машина 4, содержащая, по меньшей мере, одно рабочее колесо 5, снабженное лопатками 6. Рабочих колес 5 может быть от одного до четырех, в зависимости от скорости потока 2, с вращением смежных колес 5 в противоположных направлениях. Лопатки 6 снабжены входной 7 и выходной 8 кромками, а также одной выпуклой по существу верхней боковой поверхностью 9. Профиль лопаток 6 выполнен изогнутым таким образом, что выходная кромка 8 смещена в плоскости поперечного сечения лопатки 6 по направлению от выпуклой боковой поверхности 9 относительно входной кромки 7. Противолежащая выпуклой 9 по существу нижняя боковая поверхность 10 выполнена либо вогнутой, либо плоской, в зависимости от предполагаемой скорости потока 2. Опционально лопатки 6 снабжены открытой крюкообразной в сечении полостью 13, расположенной на боковой поверхности 10, противоположной выпуклой поверхности 9. Рабочие колеса 5 установлены с возможностью передачи вращения на единый связанный с генератором вал. Генератор опционально установлен в непосредственной близости от устройства. Входное отверстие в канал снабжено диффузором 11. Выходное отверстие из канала снабжено расширяющимся соплом 12.

Способ утилизации энергии текущей среды осуществляют следующим образом.

Поток 2 текучей среды направляют в канал 3, где ускоряют за счет постепенного уменьшения площади поперечного сечения канала 3. Затем преобразуют кинетическую энергию потока в механическую мощность путем подачи потока 2 на, по меньшей мере, одно рабочее колесо 5, содержащее лопатки 6. Лопатки 6 снабжены входной 7 и выходной 8 кромками, а также одной выпуклой по существу верхней боковой поверхностью 9. Профиль лопаток 6 выполнен изогнутым таким образом, что выходная кромка 8 смещена в плоскости поперечного сечения лопатки 6 по направлению от выпуклой боковой поверхности 9 относительно входной кромки 7. После чего поток 2 замедляют. Поток 2 замедляют опционально за счет резкого увеличения поперечного сечения канала 3.

Устройство для утилизации энергии текущей среды работает следующим образом.

Водный поток со скоростью V1 подают в диффузор 11, где вода предварительно увеличивает скорость потока 2. Затем поток 3 подают внутрь канала 3 с постепенно уменьшающейся площадью поперечного сечения. За счет сужения канала 3, например его конусности, поток 2 дополнительно разгоняют до рабочей скорости V2 и подают на лопатки рабочего колеса 5. Поток, попадая на лопатки 6 рабочего колеса 5, отдает потенциальную энергию P1, которая образуется за счет разности скоростей потока под и над лопаткой 6. Разность скоростей потока 2 под и над лопаткой 6 образуется за счет наличия в лопатке 6 одной выпуклой боковой поверхности 9 и противоположной ей вогнутой или плоской боковой поверхности 10.

Р1=CFqV2/2S,

CF - коэффициент подъемной силы, безразмерная величина, определяется экспериментальным путем; q - плотность кг/м3; S - площадь лопатки м2; V - скорость потока м/сек.

Из уравнения видно, что чем больше плотность потока и разница скоростей, тем больше будет подъемная сила, так как знаменатель величина постоянная.

Приближенный расчет через разницу давлений без учета площади лопатки и иных сил:

P1 - давление под лопаткой; Р2 - давление над лопаткой; V1 - скорость потока под лопаткой; V2 - скорость потока над лопаткой; q - плотность кг/м3.

При скорости потока V=1 м/сек V1 - менее 0,5 м/сек; V2 - 1,3 м/сек,

Р=845-125=720 кг/см2,

720×9,8=7кВт.

Затем водный поток 2, за счет искривленного профиля, а также сужения по толщине от входной до выходной кромки лопатки 6, меняет направление на 45°-90°, тем самым отдавая кинетическую энергию Рк. При высокой скорости потока 2 под лопаткой 6 образуется вакуум, который придаст рабочему колесу 5 противоположное направление вращения, для устранения вакуума на плоской или вогнутой поверхности лопатки 10 устанавливают дополнительные открытые крюкообразные полости 13. В случае наличия открытых крюкообразных полостей 13 в лопатках 6 данные полости 13 уменьшают скорость потока 2 и образуют зоны 14 завихрения.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение коэффициента утилизации энергии текущей среды за счет способа утилизации энергии текущей среды, характеризующегося тем, что поток текучей среды направляют в диффузор, в котором увеличивают его скорость, затем подают внутрь канала, где дополнительно ускоряют за счет постепенного уменьшения площади поперечного сечения канала, затем преобразуют кинетическую энергию потока в механическую мощность путем подачи потока на, по меньшей мере, одно рабочее колесо с лопатками, которое располагают в канале, после чего поток замедляют, при этом лопатки рабочего колеса выполняют сужающимися по ширине от входной до выходной кромки, верхнюю боковую поверхность выполняют выпуклой, а выходную кромку смещают относительно входной; поток замедляют за счет резкого увеличения поперечного сечения канала и реализующего способ устройства бесплотинного для утилизации энергии текущей среды, характеризующегося тем, что содержит открытый с двух торцов сужающийся канал, в котором расположено, по меньшей мере, одно рабочее колесо, снабженное лопатками; лопатки снабжены входной и выходной кромками, а также одной выпуклой боковой поверхностью, при этом лопатки выполнены сужающимися по толщине от входной до выходной кромки, а выходная кромка смещена относительно входной; входное отверстие канала снабжено диффузором, выходное отверстие канала снабжено расширяющимся соплом; лопатки рабочего колеса содержат одну вогнутую боковую поверхность; лопатки рабочего колеса содержат одну плоскую боковую поверхность; канал выполнен коническим; лопатки снабжены открытой полостью, расположенной на боковой поверхности, противоположной выпуклой поверхности.

1. Способ утилизации энергии текущей среды, характеризующийся тем, что поток текучей среды направляют в диффузор, в котором увеличивают его скорость, затем подают внутрь канала, где дополнительно ускоряют за счет постепенного уменьшения площади поперечного сечения канала, затем преобразуют кинетическую энергию потока в механическую мощность путем подачи потока на, по меньшей мере, одно рабочее колесо с лопатками, которое располагают в канале, после чего поток замедляют, при этом лопатки рабочего колеса выполняют сужающимися по ширине от входной до выходной кромки, верхнюю боковую поверхность выполняют выпуклой, а выходную кромку смещают относительно входной.

2. Способ утилизации энергии текущей среды по п. 1, отличающийся тем, что поток замедляют за счет резкого увеличения поперечного сечения канала.

3. Устройство бесплотинное для утилизации энергии текущей среды, характеризующееся тем, что содержит открытый с двух торцов сужающийся канал, в котором расположено, по меньшей мере, одно рабочее колесо, снабженное лопатками; лопатки снабжены входной и выходной кромками, а также одной выпуклой боковой поверхностью, при этом лопатки выполнены сужающимися по толщине от входной до выходной кромки, а выходная кромка смещена относительно входной; входное отверстие канала снабжено диффузором, выходное отверстие канала снабжено расширяющимся соплом.

4. Устройство бесплотинное для утилизации энергии текущей среды по п. 3, отличающееся тем, что лопатки рабочего колеса содержат одну вогнутую боковую поверхность.

5. Устройство бесплотинное для утилизации энергии текущей среды по п. 3, отличающееся тем, что лопатки рабочего колеса содержат одну плоскую боковую поверхность.

6. Устройство бесплотинное для утилизации энергии текущей среды по п. 3, отличающееся тем, что канал выполнен коническим.

7. Устройство бесплотинное для утилизации энергии текущей среды по п. 3, отличающееся тем, что лопатки снабжены открытой полостью, расположенной на боковой поверхности, противоположной выпуклой поверхности.



 

Похожие патенты:

Мини-гэс // 2533281
Изобретение относится к преобразователям энергии потока, расположенным вдоль него и отбирающим гидравлическую энергию на расстоянии, определенном длиной преобразователя.

Устройство относится к области энергетики и предназначено для получения электрической энергии от водных потоков: ручьев, рек, морских течений и приливов, а также воздушных потоков.

Изобретение относится к гидроэнергетике, конкретно к способам использования водных ресурсов для генерирования электрической энергии, и может быть использовано для получения электрической энергии, пригодной для снабжения небольших поселков, метеостанций, обсерваторий и других удаленных объектов.

Изобретение относится к области гидроэнергетики. Гидроаккумулирующая электростанция на равнинных реках содержит русловые гидроэнергоагрегаты, включающие осевые насосы, приводящиеся во вращение русловыми гидроколесами через мультипликаторы.

Изобретение относится к использующей течение воды энергоустановке. Энергоустановка (10) предназначена для размещения под водой и содержит лопасти или лопатки (12), прикрепленные к вращающейся замкнутой цепи (14), и по меньшей мере один генератор (60), предназначенный для выработки электроэнергии и соединенный с замкнутой цепью (14).

(57) Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к установкам по использованию энергии стока рек. Гидроэлектрическая станция по выработке электроэнергии состоит из блока лопастных винтов 6 осевого типа, размещенных внутри корпуса 7 и сопла.

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией лагерей геологов, охотников, рыбаков, автономных туристов за счет преобразования энергии русловых потоков речек.

Изобретение относится к области гидроэнергетики. Подвижная проточная гидроэлектростанция содержит понтон 1, закрепленный якорями 2, корпус водовода, гидропривод, генератор электрического тока, механизмы управления.

Изобретение предназначено для преобразования энергии текущей среды. Устройство отбора энергии текучей среды, погруженное в последнюю вдоль течения потока, содержит рабочий орган в виде бесконечной гибкой цепи, охватывающей разнесенные на расстоянии друг от друга по крайней мере два зубчатых шкива 2 или звездочки, или в виде ремня 1, охватывающего разнесенные на расстоянии друг от друга по крайней мере два шкива, парашюты 4, связанные с бесконечной гибкой цепью или ремнем 1.

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к устройствам, предназначенным для преобразования энергии потока текучей среды в электрическую энергию. Гидроэлектростанция конвейерного типа, погруженная в текучую среду, включает каркас с, по меньшей мере, двумя парами направляющих и установленными на нем с противоположных сторон с возможностью вращения валами.

Изобретение относится к энергетическим установкам и, в частности, к устройству для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды.

Изобретение относится к области гидроэнергетики. Подвижная проточная гидроэлектростанция содержит понтон 1, закрепленный якорями 2, корпус водовода, гидропривод, генератор электрического тока, механизмы управления.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии. Гидроэлектростанция содержит трубу-водовод 2 с установленной в ней гидротурбиной 6, соединенной с генератором 7.

Установка предназначена для выработки электроэнергии за счет энергии гидравлического потока реки, покрытой льдом. Подвод перекачиваемой среды, воздуха, выполнен в виде коленообразной трубы, вертикальная часть которой жестко зафиксирована во льду и сообщена с атмосферой, а горизонтальная часть с диффузором размещена подо льдом по направлению потока воды.

Изобретение предназначено для получения электрической энергии. Погружная микрогидроэлектростанция для получения электрической энергии включает в себя гидротурбину с вертикальной осью вращения, соединенную с электрическим генератором, формирователи водяного потока, защитное устройство от плавучих предметов.

Изобретение относится к ветро(гидро)энергетике и может быть использовано в качестве источника электроэнергии. Энергоустановка состоит из одного или нескольких энергоагрегатов, содержащих корпус с диффузором, ветроколесо или рабочее колесо с лопастями, электрогенератор, передачу от ветроколеса к электрогенератору, включающую две пары конических шестерен, первый и второй валы.

Изобретение относится к турбинным установкам, которые могут быть использованы для производства электроэнергии. Турбинная установка содержит облопачивание 11, включающее криволинейные лопатки, внутренний конец каждой из которых заделан в полости 14, открытой с одной стороны; и генератор 20, расположенный в полости 14 и соединенный с облопачиванием 11.

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к конструкциям установок для преобразования энергии течения воды в электрическую энергию. Проточный электрогенератор горизонтального типа включает статор и ротор, размещенный на одной оси с турбиной, приводимой в движение силами водного потока.

Изобретение относится к области возобновляемых энергий. Энергосистема имеет ветросиловую или гидросиловую турбину 1, соединенную с генератором 2.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при сооружении низконапорных или безнапорных речных энергетических установок, приливных или ветровых электростанций.

Изобретение может быть использовано в гидроэнергетике в качестве устройства для преобразования энергии самотечного водного потока в электроэнергию. Бесплотинная гидроэлектростанция содержит лопастное колесо и корпус, установленный на опоре. Центральная вертикальная часть корпуса выполнена в виде полого герметичного цилиндра, заполняемого по мере необходимости водой или воздухом. Горизонтальная часть корпуса, жестко соединенная с цилиндром, представляет собой ферму, на которой размещены кольцевая дорожка под опорные ролики лопастного колеса, лопастное колесо, вращающееся вокруг полого цилиндра, опора ведомой звездочки 6 первой ступени кинематической схемы передачи оборотов от лопастного колеса к генератору электроэнергии, боковые заграждения, функционально выполняющие роль входного и выходного диффузоров А, В. Изобретение направлено на повышение коэффициента полезного действия, упрощение конструкции, увеличение единичной мощности. 3 з.п. ф-лы. 2 ил.
Наверх