|
початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2059881
СПОСІБ ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ ПОТОКОВ СУЦІЛЬНИХ СРЕД
І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ
Ім'я винахідника: Кикнадзе Геннадій Іраклійович; Гачечиладзе Іван Олександрович; Олейников Валерій Григорович
Ім'я патентовласника: Кикнадзе Геннадій Іраклійович; Гачечиладзе Іван Олександрович; Олейников Валерій Григор'єва
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1992.05.28
Використання: у вітроенергетиці, зокрема для перетворення енергії вітру в механічну енергію в вітроенергетичних агрегатах. Суть винаходу: перетворений потік направляють через конфузорно камеру, утворену оболонками обертання за двома системами гвинтових каналів. У першій системі каналів потік закручується і передає свою енергію турбіні, яка встановлена на осі, розміщеної на опорній конструкції. У другій - потік направляють по гвинтовим каналах, де формують потік зі зниженим тиском, який забезпечує транспортування першого потоку, що вийшов з турбіни. Система каналів може бути забезпечена напрямними лопатками, виконаними у вигляді рухомих елементів. Пристрій забезпечений електрогенератором, який може бути розміщений в будь-якій зоні, системою плаваючих підвісів, стабілізатором числа обертів і тепловим акумулятором.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до енергетики і, зокрема до способів і пристроїв для перетворення енергії потоку суцільного середовища в механічну енергію. Винахід може бути використано в вітро- і гідроенергетиці в різних гідравлічних і газодинамічних системах, наприклад, при використанні руху рідини, газу, двофазних або багатокомпонентних середовищ для виробництва механічної енергії. Найуспішніше винахід може бути використано в вітроенергетичних установках, руслових (безгребельні) і приливних ГЕС, а й при утилізації енергії термоіндуцірованних потоків, в тому числі ініційованих сонячним нагріванням.
Відомі способи концентрації потужності потоку вітру за рахунок приміщення в потік пристроїв у вигляді дефлекторів конфузорно або диффузорного типів, що розміщуються співвісно з напрямком вітру і підсилюють його швидкість, а отже, і потужність потоку, спрямованого на агрегати зазначених вище типів. Відомі й дифузори або конфузор, напрямні на вітроколесо потік з площі, більшій, ніж ометаєма площа вітроколеса.
Загальним для таких способів є те, що в потоці суцільного середовища, наприклад, води або повітря рентабельність їх використання в тих чи інших вітроенергетичних системах залежить від величини середньої швидкості потоку V. Для вітроенергетичних агрегатів ця швидкість складає V 8-12 м / с. Крім цього, під час руху по тракту пристрою, що реалізує той чи інший спосіб енергоперетворення, і при взаємодії потоку суцільного середовища з елементами цього пристрою генеруються вторинні течії у вигляді вихорів, на освіту яких витрачається енергія потоку; внаслідок цього потік відчуває додаткове динамічний опір, що знижує ефективність перетворення його енергії. Іншими словами, оскільки в потоці при взаємодії з елементами енергоагрегату або при русі потоку по його такту утворюються вторинні вихрові течії на тлі основного руху потоку, ККД перетворення обмежений втратами енергії на вихреобразование.
Так, відомий спосіб перетворення енергії потоку суцільного середовища в механічну енергію, при якому потоку надають обертальний момент, направляючи його в вхідну камеру і систему каналів, створюють в ньому знижений тиск, забезпечуючи тим самим підсос середовища з зовнішнього простору і концентрацію потужності в формованому потоці, а потім перетворять накопичену таким чином енергію руху потоку за допомогою механізму обертального дії (Rangwalla AA Hsu C.Т. Power coefficient of Tornado-Type Wind Turbines./ Journal Energy. 1983. v.7, No 6, p. 735-737; Hsu CTH Ide. Performance of Tornado Type Wind Turbines with radial Supply. Journal Energy, v. 7, No 6, 1983, p. 452-453.).
Пристрої, що використовують цей спосіб, звуться (TWES Tornado Wind Energy Systems) і являють собою вежі, всередині яких утворюється торнадоподібні закручене перебіг. Ця течія виникає, як вказувалося, за рахунок ВТокіо повітря всередину вежі через одну або безліч щілин, що утворюють довільний, але постійний для даної конструкції кут з локальним радіусом вежі. Щілини в башті відкриті з навітряного боку і закриті з підвітряного. Проходячи крізь ці щілини, вітер набуває тангенціальну складову швидкості, що означає виникнення закрученого течії всередині вежі. У ядрі такого потоку утворюється зона зниженого тиску, що забезпечує всмоктування всередину вежі додаткових мас повітря, що надходять через її нижній торець, що встановлюється на спеціальний пристрій-піддавали.
Авторами відомих робіт і іншими дослідниками (див. Наприклад, So RMC On Vortex Wind Power. Journаl of Fluids Engineering, 1978, v.100, p. 79-82) помилково вважається, що поле швидкості в TWES характеризується розподілом, характерним для вихору Бюргерса (Burgers JM A mathematical model illustrating the theory of turbulence. Advances Appl. Mechan. 1948 v.1. p. 157-199). Однак реалізація цього способу у відповідних пристроях вказує на серйозні втрати, викликані описаним вище відсутністю умов для зшивання ліній струму в струменях, що втікають через щілини всередину торнадо-вежі, з лініями струму в формованому торнадоподібні перебігу.
Недоліком цього способу перетворення енергії і пристроїв, на ньому заснованих, є те, що при цьому рух потоку в вигляді окремих струменів по каналах або обсягами, в які його направляють, характеризується нестационарностью ліній струму, їх різкими вигинами і, як наслідок, освітою вторинних вихрових течій, що призводять до втрат енергії потоків і низькому ККД пристрою, що реалізує згаданий спосіб.
З гідродинамічної точки зору, що використовується і перетворений потоки суцільного середовища змушене утворюють в собі не тільки необхідні для реалізації способу лінії струму, але і безліч нестаціонарних паразитних траєкторій. Це відбувається через неузгодженість формування потоку по згаданому способу з природними режимами плавного безвихрового течії суцільних середовищ, прикладом чого може служити утворення смерчів в природі.
Відомий спосіб перетворення енергії потоку суцільних середовищ, що полягає в тому, що перетворений потік направляють у внутрішній аксіально-симетричний обсяг за двома системами траєкторій, що сходяться до осі симетрії цього обсягу, перша з яких формує закручене протягом безпосередньо перед зоною перетворення обертального моменту і механічної енергії, здійснює концентрацію механічної енергії і обертального моменту в аксіально-симетричному обсязі і подальше перетворення в тому ж обсязі механічної енергії і обертального моменту, а друга система траєкторій формує потік зі зниженим тиском, що забезпечує евакуацію суцільного середовища, що минає з зони перетворення енергії і обертального моменту, перша система траєкторій спочатку заповнює область простору, обмежену двома поверхнями обертання, а потім приймає вид гвинтових спіралей.
Відомо пристрій для перетворення енергії природних потоків, що містить конфузорно камеру, дві системи каналів, розміщених симетрично центральної осі пристрою, перша з яких виконана з осями у вигляді гвинтових ліній, турбіну з обтічником, плавно зв'язаних з центральним внутрішнім обтічником, електрогенератор, пов'язаний з турбіною за допомогою центральній осі, що проходить через центральний обтічник, і опорну конструкцію.
Недоліками зазначених способу і пристрою є: друга система траєкторій не має осьової закрутки, а тому створює слабке зниження тиску в області, в яку надходить потік закінчується із зони перетворення енергії; в зазначеному пристрої не описана форма вертикальних перегородок першої системи каналів, що може забезпечити високу ефективність перетворення енергії потоку суцільного середовища в цьому пристрої.
В основу винаходу покладено завдання створення способу та пристрою для перетворення потоку суцільного середовища і енергії його руху, при яких в потоці суцільного середовища формувалися б траєкторії руху, що дозволяють максимально перетворити енергію потоку в механічну енергію при мінімальному утворенні шкідливих вторинних течій і втрати на гідросопротівленіе при взаємодії з елементами пристрою, що реалізує такий спосіб, а й зменшити розміри зони перетворення енергії. Кроті того, передбачалося організувати рух використовуваного потоку таким чином, щоб забезпечити евакуацію (відсмоктування) відпрацьованого потоку, який віддав частину своєї енергії відповідного приймача.
Поставлена задача вирішується тим, що в способі перетворення енергії потоків суцільних середовищ, перетворений потік направляють у внутрішній аксіально-симетричний обсяг за двома системами траєкторій, що сходяться до осі симетрії цього обсягу, перша з яких формує закручене протягом безпосередньо перед зоною перетворення обертального моменту і механічної енергії , здійснює концентрацію механічної енергії і обертального моменту в аксіально-симетричному обсязі і подальше перетворення в тому ж обсязі механічної енергії і обертального моменту, а друга система траєкторій формує потік зі зниженим тиском, що забезпечує евакуацію суцільного середовища, що минає з зони перетворення енергії і обертального моменту, перша система траєкторій спочатку заповнює область простору, обмежену двома поверхнями обертання, а потім приймає вид гвинтових спіралей, у другій система траєкторій здійснюють закручування потоку, при цьому прилеглим до поверхонь обертання траєкторіях першої системи траєкторій спочатку надають форму по залежностям 
а потім траєкторіях першої системи траєкторій надають вид гвинтових спіралей із залежностей 
друга система траєкторій утворюється в результаті взаємодії направляється потоку з увігнутою поверхнею обертання, причому прилеглим до цієї поверхні обертання траєкторіях другої системи траєкторій надають форму відповідно до залежності 
а потім траєкторіях другої системи траєкторій надають вид гвинтових спіралей із залежностей 
де r, 
, Z циліндричні координати, в яких вісь z збігається з віссю осесимметричного обсягу, де формується закручений потік;
R про відстань від осі осесимметричного обсягу до початку гвинтових траєкторій;
R ~ 1/5 R o радіус осесимметричного
обсягу в зоні виходу з нього сформованого закрученого течії;
NR o відстань від осі осесимметричного обсягу до початку конфузорной поверхні обертання, N> 2
З 2 постійна величина, пов'язана з висотою Z і радіусом R осесимметричного обсягу: C 2 ~ 
З 1, З 3 константи, що виражаються через константу С 2;
З 4i,C 5i константи, що змінюються в зазначених вище діапазонах; 10i і 20i значення кута на початку i-й гвинтовий траєкторії відповідно з першої і другої системи; 
відносини обертальної і радіальної компонент швидкості на радіусі R відповідно для першої та другої систем гвинтових траєкторій;
З 6, С 7 константи, що змінюються в зазначених вище діапазонах;
З 8i <ZR 2 константа, яка не перевищує твір висоти Z осесимметричного обсягу, де формується закручений потік, на квадрат його радіуса R;
C 9i <Z константа, менша висоти осесимметричного обсягу, де формується закручений потік або одного порядку з цією висотою.
Такий спосіб забезпечує придушення вихрових течій в потоці на ділянці його руху по радіально сходяться в одному конфузорно траєкторіях і концентрацію енергії потоку, що виражається в збільшенні його швидкості та зменшення сумарної площі поперечного перерізу конфузорно траєкторій. При русі потоку по першій системі гвинтових траєкторій відбувається подальше згасання вторинних вихрових течій, збільшення ступеня концентрації енергії потоку, а й формування в ньому компонент швидкості, відповідних закрученим природним течіям, наприклад, смерчів, виру. Забезпечення закрутки при проходженні першої системи траєкторій формує концентрований стійкий закручений потік з ефективним перетворенням перепаду тиску в кінетичну енергію руху частинок і у обертальний момент, необхідні для повної передачі енергії приймача обертального моменту і енергії.
При русі потоку по другій системі траєкторій і відбувається загасання вторинних вихрових течій, формування компонент швидкості потоку, відповідних закрученим природним течіям. При цьому відбувається інтенсивне падіння тиску в пріосевой зоні завдяки прискоренню часток, придбання ними обертальної компоненти швидкості, зниження гідравлічних втрат і високої стійкості формованого закрученого потоку, що перешкоджають утворенню вторинних вихрових течій.
Стійкий закручений потік, що формується після проходження першої системи траєкторій, надходить в зону перетворення обертального моменту і енергії шляхом взаємодії потоку з приймачем моменту і енергії. Змінюючи свій обертальний момент, потік впливає моментом сил на приймач моменту і енергії, завдяки чому і відбувається передача енергії приймача. При такому способі перетворення енергії закрученого сформованого потоку суцільного середовища мінімізується генерація вторинних вихрових течій в зоні перетворення енергії, зменшується нерівномірність полів тиску, виникають додатковим масові сили інерції, обумовлені обертанням середовища, що дозволяє максимально ефективно перетворити енергію потоку.
Відпрацював потік, що виходить із зони перетворення енергії, надходить в зону зниженого тиску, що створюється обертовим потоком, сформованим при проходженні другої системи траєкторій. При цьому відбувається інтенсивне висмоктування відпрацьованого потоку із зони перетворення і його евакуація в зовнішній простір завдяки пониженому тиску і підвищеної кінетичної енергії потоку, що надходить по другій системі каналів і і прямує в зовнішній простір.
Рух вихідного потоку по конфузорно траєкторіях і двома системами траєкторій характеризується плавним переходом від поля швидкості вихідного потоку до полю швидкості формованого потоку, малим вихреобразование і ефективної концентpация енергії в силу вибору форми цих траєкторій, що призводять до формування закрученого потоку, аналогічного природним закрученим течіям.
Остання обставина і означає природність і стійкість ліній струму в тому сенсі, що потік, який почав рухатися по згаданим траєкторіях, має тенденцію продовжувати такий рух без необхідності докладання суттєвих зусиль для утримання потоку на описаних вище траєкторіях. Рух по таким траєкторіях характеризується стійким балансом сил інерції і градієнтів тиску, що знижує гідравлічні втрати на вихреобразование і дозволяє досягти високої концентрації енергії потоку в зоні її перетворення.
Поставлена задача і вирішується за допомогою пристрою для перетворення енергії природних потоків, що містить конфузорно камеру, для системи каналів, розміщених симетрично центральної осі пристрою, перша з яких виконана з осями у вигляді гвинтових ліній, турбіну з обтічником, плавно зв'язаних з центральним внутрішнім обтічником, електрогенератор , пов'язаний з турбіною за допомогою центральної осі, що проходить через центральний обтічник, і опорну конструкцію, друга система каналів виконана з осями у вигляді гвинтових ліній, при цьому конфузорно впускная камера утворена оболонками обертання, що задаються в циліндричних координатах залежностями для нижньої оболонки 
причому верхня оболонка конфузорной камери служить одночасно напрямної поверхнею для частини потоку, що надходить у другу систему каналів, а просторове положення осей каналів першої системи траєкторій задається залежностями
де r, , Z циліндричні координати з віссю Z, що збігається з центральною віссю пристрої;
Z висота осесимметричного внутрішнього обсягу пристрою;
R його радіус в зоні виходу сформованого закрученого течії;
R o ~ 5R відстань від осі симетрії пристрою до місця входу потоку в системи каналів;
NR o відстань від осі осесимметричного обсягу до початку оболонок, що утворюють конфузорно вхідну камеру, N> 2
i індекс, нумерує осі в системах каналів в порядку знизу вгору;
n максимальне значення індексу i;
j індекс, нумерує осі в системах каналів в порядку обертання навколо центральної осі пристрою; 10j і 20j значення кута на початку j-й гвинтовий траєкторії відповідно з першої і другої системи;
n 1 максимальне значення індексу i для першої системи;
n максимальне значення індексу i для другої системи; ставлення обертальної і радіальної компонент швидкості на радіусі R відповідно для першої та другої систем гвинтових траєкторій;
n 1 і n 2 максимальні значення індексу j для першої і другої систем каналів відповідно.
Центральний внутрішній обтічник має форму, яка описується залежністю
Z ц З ц / r 2,
C ц (1-4) · 10 -4 ZR 2.
Системи каналів забезпечені направляючими лопатками, виконаними у вигляді рухомих елементів, автоматично звужують вхід у першу і другу систему каналів при перевищенні витратою потоку номінального значення.
Електрогенератор розміщений в будь-якій зоні пристрою, або над турбіною, або під нижньою оболонкою конфузорной впускний камери.
Пристрій забезпечений системою плаваючих підвісів, що складаються з магнітів, що забезпечують поздовжнє дистанціювання вузлів пристрою, електромагнітів з системою управління, що компенсують поперечні і поздовжні коливання обертових частин пристрою.
Пристрій забезпечений стабілізатором числа обертів і маховиком, пов'язаними з центральною віссю пристрою.
Пристрій забезпечений тепловим акумулятором, що використовують енергію сонця або інших джерел тепла, встановленим над маховиком і службовцям для підігріву і стимулювання висхідних потоків суцільного середовища, причому поверхню теплового акумулятора направляє висхідний потік в конфузорно вхідну камеру у вигляді попередньо закручених струменів суцільного середовища.
Опорна конструкція має не менше трьох точок опори і жорстко пов'язана з поверхнею конфузорной впускний камери, забезпечена гніздами для установки і фіксації механічних систем, центральної осі пристрою, магнітних підвісів і вузлів пристрою, а й забезпечує необхідну орієнтацію всього пристрою, його розташування на поверхні землі, в напірних комунікаціях або в гідравлічних каналах.
Застосування зазначеного пристрою забезпечує ефективне перетворення потоку у впускний конфузорной камері за рахунок зазначених профілів утворюють її оболонок, що виражається в концентрації, або згущення, ліній струму надходить в неї потоку, при цьому практично не утворюється вторинних вихрових течій, відривних або застійних зон, і потік плавно підводиться до першої системі гвинтових каналів. Якщо який надходить у конфузорно вхідну камеру турбулентному потоці є значні пульсації швидкості (підвищений рівень турбулентності надходить в пристрій потоку), то завдяки обраній формі оболонок впускний камери відбувається квазіламінарізація потоку при його перебігу у впускний камері. Виконання впускний камери у вигляді двох оболонок, що мають симетрію щодо осі пристрою, дозволяє пристрою працювати при будь-якому напрямку натекающего на нього потоку. Тим самим виключається необхідність орієнтувати вхідну камеру проти натекающего потоку.
Надходження суцільного середовища в другу систему каналів відбувається в результаті взаємодії з верхньою оболонкою конфузорной камери, що служить направляючої поверхнею для цієї частини потоку. Зазначений профіль верхньої оболонки конфузорной камери забезпечує збільшення витрат через другу систему каналів, що підсилює евакуацію відпрацьованого потоку з турбіни, підвищуючи ефективність роботи пристрою.
У першій системі каналів здійснюється подальша концентрація швидкості і кінетичної енергії потоку. Вибір осей каналів цієї системи згідно зі згаданими співвідношенням практично виключає утворення вторинних течій в кожному з каналів і, крім того, після злиття потоків з кожного каналу першої системи каналів утворюється стійкий потік з мінімальним рівнем турбулентності, що і дозволяє досягти високого ступеня концентрації швидкості потоку.
Перша система каналів, таким чином, формує закручений потік і направляє його в зону входу в простір турбіни, забезпечивши необхідний обертальний момент потоку і сконцентрувавши його енергію для подальшого перетворення в турбіні.
У межлопаточном просторі турбіни надходить потік розділяється на окремі потоки, що передають її лопаток, що розділяє потік, свій момент кількості руху.
У другій системі каналів і здійснюється концентрація швидкості і кінетичної енергії потоку, що надходить в неї в результаті взаємодії натекающего течії з верхньої оболонкою конфузорной камери. Вибір осей каналів другої системи каналів за вказаними залежностям зменшує утворення вторинних вихорів, сприяючи ефективному перетворенню тиску в швидкість, завдяки чому тиск сильно падає при злитті потоків з цієї системи навколо і вище області виділення з турбіни.
Знижений тиск в зоні закінчення, що виходить в результаті цього, сприяє збільшенню витрати через турбіну, крім того, ефект підвищення швидкості динамічно сприяє видаленню відпрацьованого потоку із зони закінчення.
Вихід закручений потік, який закінчується з пристрою у відкритий простір, який має залишкову закрутку завдяки другій системі каналів, взаємодіє з оточуючий пристрій зовнішнім рухомим потоком, наприклад, в разі коли пристрій використовується в якості вітро- чи гідроенергетичного перетворювача енергії.
Сукупний ефект концентрації потоку і відсмоктування за рахунок виділення з другої системи і взаємодії із зовнішнім потоком призводить до збільшення ефективності перетворення енергії завдяки зменшенню втрат, відсмоктування і згаданого взаємодії, при цьому швидкість обертання турбіни збільшується, і її розмір зменшується внаслідок згущення ліній струму, або концентрації швидкості. Крім того, розширюється діапазон використання робочих потоків, що рухаються з малою швидкістю, так як концентрація їх швидкості призводить до її збільшення в зоні розташування турбіни. Стійкість потоку, забезпечена профілюванням системи каналів відповідно до природних формами руху природних закручених течій, а й плавність полів швидкості і тиску в формованих струменях забезпечують надійність роботи турбіни і всього пристрою в цілому за рахунок зменшення нестаціонарних ефектів навантажень в конструкції.
 |
 |
На фіг. 1 дана схема, що ілюструє пропонований спосіб перетворення енергії потоку суцільного середовища в механічну енергію; на фіг.2 загальний вигляд пристрою з зображенням оболонок вхідний конфузорной камери, оболонок двох систем каналів, турбіни в осьовому перерізі, а й осей каналів обох систем в координатах r, z циліндричної системи координат.
 |
 |
На Фіг.3 проекції осей каналів і циліндричних поверхонь бічних стінок каналів на площину (r, ) Циліндричної системи координат; на фіг.4 оболонки першої системи каналів, оболонки турбіни, обтічник турбіни, центральний обтічник, електрогенератор, система плаваючих підвісів, стабілізатор числа обертів, маховик, центральна вісь пристрою, тепловий акумулятор.
 |
 |
На фіг. 5 направляючі лопатки першої і другої системи каналів; на фіг.6 схема опорної конструкції.
Пропонований спосіб перетворення енергії турбулентного потоку суцільного середовища здійснюється, як це зазначено на схемі на фіг.1, в такий спосіб.
Формується потік направляють за двома системами радіально сходяться конфузорно траєкторій у внутрішній аксіально-симетричний об'єм, перша система траєкторій А-А1, В-В1. А'-А'1. B'-B'1заполняет спочатку область простору, обмежену двома поверхнями обертання Т 1, Т 2, а друга система траєкторій С-С1, D-D1, С'-С'1, D'-D'1 утворюється в результаті взаємодії направляється потоку з увігнутою поверхнею обертання Т 3. Першою системі траєкторій по ходу потоку надають вид гвинтових траєкторій Е-Е1, F-F1, Е'-E'1, F'-F'1, по проходженню якої з частини формованого потоку утворюється закручене протягом безпосередньо перед зоною перетворення обертального моменту і механічної енергії К, концентріруемих в ньому за рахунок злиття струменів в процесі їх руху по першій системі траєкторій А-А1, в-В1, А'-А'1, B'-B'1, E-E1, F-F1, E ' -E'1, F'-F'1. Другий системі траєкторій по ходу потоку потім надають вид гвинтових траєкторій G-G1, Н1-Н1, G'-G'1, H'-H'1, після проходження яких з частини формованого потоку за рахунок злиття струменів в процесі їх руху по другій системі траєкторій С4С1, D-D1, С'-C'1, D'-D'1, G-G1, H-H1, G'-G'1, H'-H'1 і утворюється закручене протягом зі зниженим тиском , що забезпечує ежекцію середовища, що минає з зони перетворення її обертального моменту і енергії К.
Пристрій для перетворення енергії потоку суцільного середовища містить конфузорно вхідну камеру 1, виконану у вигляді оболонок обертання. Канали згруповані в дві системи. Перша система каналів утворена оболонками обертання 2 (фіг.2, 4, 5) і циліндричними поверхнями 3 (фіг.3). Друга система каналів утворена аналогічно першої системі каналів оболонками обертання 4 (фіг.2, 5) і циліндричними поверхнями 3 (фіг.3). Осі 5 осі першої системи каналів в координатах rz (фіг.2), осі 6 осі першої системи каналів в координатах r, (Фіг.3). Осі 7 осі другої системи каналів в координатах r, z (фіг. 2). Осі 6 осі другої системи каналів в координатах r, (Фіг.3).
Всередині пристрою утворюється внутрішній аксіально-симетричний об'єм 8 (фіг.2, 3, 4, 5).
Пристрій містить турбіну 9 (фіг.2, 4, 6), розташовану в аксіально-симетричному обсязі, лопатки і оболонки якої мають форму, що забезпечує зміна обертального моменту закрученого потоку, що проходить через турбіну.
Верхня оболонка впускний камери 1 (фіг.2, 5) одночасно служить направляє для частини подається потоку, що надходить у другу систему каналів.
Пристрій може містити внутрішній центральний обтічник 10 (фіг.4), обтічник турбіни 11 (фіг.4), що має форму, плавно сполучається з формою центрального внутрішнього обтічника, направляючі лопатки 12 першої системи каналів (фіг. 5) і напрямні лопатки 13 другої системи каналів (фіг.5), що виконуються у вигляді рухомих елементів, автоматично звужують вхід у першу і другу системи каналів при перевищенні витратою потоку номінального значення.
Пристрій може оснащуватися електрогенератором 14 (фіг.4,6), розміщеним в будь-якій зоні пристрою, або над туpбіной, або під нижньою оболонкою конфузорной впускний камери, з ротором, пов'язаним з турбіною 9 (фіг.2, 4, 6) за допомогою центральної осі 15 (фіг.4, 6), що проходить через центральний обтічник 10 (фіг. 4), системою плаваючих підвісів, що складаються з магнітів 16 (фіг. 4, 6) і електромагнітів 17 і 18 (фіг.4).
Пристрій може оснащуватися стабілізатором числа обертів 19 (фіг.4, 6), пов'язаних з центральною віссю 15 пристрою, і маховиком 20 фіг.4, 6). Пристрій може містити тепловий акумулятор 21 (фіг.4, 6), що встановлюється над маховиком 20 (фіг.4, 6) або поєднаний з ним.
Пристрій може оснащуватися опорною конструкцією 22 (фіг.6), що має не менше, ніж три точки опори, жорстко пов'язаної з поверхнею конфузорной впускний камери 1, що служить для установки і фіксації механічних систем, магнітних підвісів і вузлів пристрою, а й для забезпечення необхідної орієнтації всього пристрою в просторі.
Пропоноване пристрій, представлений на фіг.2, 3, 4, 5, 6, працює таким чином. При надходженні потоку під вхідну камеру 1 (фіг.2, 5, 6) потік рухається до першої системі каналів. При цьому завдяки зазначеної вище формі оболонок впускний камери відбувається квазіламінарізація потоку і його концентрація, що виражається в згущенні ліній струму цього потоку. У другу систему каналів потік надходить в результаті взаємодії з верхньою оболонкою конфузорной впускний камери.
У першій системі каналів здійснюється подальша концентрація швидкості і кінетичної енергії потоку. Вибір осей 5 і 6 каналів цієї системи згідно зі згаданими співвідношенням практично виключає утворення вторинних течій в кожному з каналів і, крім того, після злиття потоків з кожного каналу першої системи каналів утворюється стійкий потік I (фіг.2) з мінімальним рівнем турбулентності, що дозволяє досягти високого ступеня концентрації швидкості потоку. Перша система каналів формує закручений потік I (фіг.2) і направляє його в зону входу в межлопаточное простір турбіни 9 (фіг.2), забезпечивши необхідний обертальний момент потоку і сконцентрувавши його енергію для подальшого перетворення в турбіні.
У межлопаточном просторі турбіни 9 розділений на окремі потоки надійшов в турбіну потік передає їй свій момент кількості руху.
У другій системі каналів і здійснюється подальша концентрація швидкості і кінетичної енергії потоку (фіг.2), що надходить в неї. Вибір осей каналів другої системи каналів за вказаними залежностям зменшує утворення вторинних вихорів, сприяючи ефективному перетворенню тиску в швидкість, завдяки чому тиск сильно падає при злитті потоків з цієї системи навколо і вище області виділення з турбіни, тобто в області потоку Р (фіг.2).
Знижений тиск в зоні закінчення, що виходить в результаті цього, сприяє збільшенню витрати через турбіну 9, крім того, ефект швидкості потоку Р (фіг.2) динамічно сприяє видаленню відпрацьованого потоку із зони закінчення.
Вихід закручений потік Р (фіг.2), дія якого закінчується з пристрою у відкритий простір, який має залишкову закрутку завдяки другій системі каналів, взаємодіє з оточуючий пристрій зовнішнім рухомим потоком, наприклад, в разі коли пристрій використовується в якості вітро- чи гідроенергетичного перетворювача енергії і сполучається з ним так само, як сполучаються із середовищем зародження природні закручені потоки.
При наявності центрального обтічника 10 (фіг.4) і обтічника турбіни 11 (фіг. 4) пристрій працює аналогічно, причому його ефективність підвищується завдяки зменшенню утворення вторинних вихорів за рахунок форми центрального обтічника і обтічника турбіни.
Направляючі лопатки першої системи каналів 12 (фіг.5) і напрямні лопатки 13 другої системи каналів (фіг.5) автоматично звужують вхід у першу і другу системи каналів при перевищенні витратою потоку номінального значення. Електрогенератор 14 (фіг.4,6) сприймає обертання турбіни 9 (фіг.2, 4, 6) через центральну вісь 15 і виробляє електричну енергію.
Плаваючі підвіси 16 забезпечують плавність і стійкість обертання, причому електромагніти 17 і 18 (фіг.4) перешкоджають розвитку динамічних нестійкостей при обертанні центральної осі 15 за рахунок автоматизованої системи управління.
Стабілізатор числа обертів 19 і маховик 20 забезпечують рівномірність обертання ротора електрогенератора 14.
Тепловий акумулятор 21 накопичує енергію сонця або інших джерел нагріву і стимулює висхідні потоки суцільного середовища шляхом її прогріву, направляючи їх у вигляді попередньо закручених струменів суцільного середовища в конфузорно вхідну камеру.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб перетворення енергії потоків суцільних середовищ шляхом подачі перетворюється потоку у внутрішній аксіально-симетричний обсяг за двома системами траєкторій із забезпеченням за допомогою першої системи закручування течії перед зоною перетворення обертального моменту і механічної енергії і з забезпеченням здійснення концентрації механічної енергії і обертального моменту в аксіально -сімметрічном обсязі і подальшого перетворення в тому ж обсязі механічної енергії і обертального моменту, а за допомогою другої системи формування потоку з пониженням тиску для евакуації суцільного середовища, що минає з зони перетворення, причому перша система траєкторій перед формуванням закрученого течії заповнює простір, обмежений двома поверхнями обертання, що відрізняється тим, що в другій системі траєкторій виробляють закручування течії, при цьому прилеглим до поверхонь обертання траєкторіях першої системи траєкторій спочатку надають форму по залежностям 
а потім траєкторіях першої системи траєкторій надають вид гвинтових спіралей із залежностей
друга система траєкторій утворюється в результаті взаємодії направляється потоку з увігнутою поверхнею обертання, причому прилеглим до цієї поверхні обертання траєкторіях другої системи траєкторій надають форму згідно залежностям
а потім траєкторіях другої системи траєкторій надають вид гвинтових спіралей із залежностей 
де r, , Z циліндричні координати, в яких вісь Z збігається з віссю осесимметричного обсягу, де формується закручений потік;
R 0 відстань від осі осесимметричного обсягу до початку гвинтових траєкторій; 
радіус осесимметричного обсягу в зоні виходу з нього сформованого закрученого течії;
NR 0 відстань від осі осесимметричного обсягу до початку конфузорной поверхні обертання N> 2;
C 2 постійна величина, пов'язана з висотою Z і R радіусом осесимметричного обсягу: C 2 ~ Z · R 2/2;
C 1, C 3 константи, що виражаються через константу C 2;
C 4i, C 5i константи, що змінюються в зазначених вище діапазонах; 10i і 20i значення кута на початку i-й гвинтовий траєкторії відповідно з першої і другої систем; 
відносини обертальної і радіальної компонент швидкості на радіусі R відповідно для першої та другої систем гвинтових траєкторій;
C 6, C 7 константи, що змінюються в зазначених вище діапазонах;
C 8i <ZR 2 константа, яка не перевищує твір висоти Z осесимметричного обсягу, де формується закручений потік, на квадрат його радіуса;
C 9i <Z - константа, менша висоти осесимметричного обсягу, де формується закручений потік, або одного порядку з цією висотою.
2. Пристрій для перетворення енергії потоків суцільних середовищ, що містить конфузорно камеру, дві системи каналів, розміщених симетрично центральної осі пристрою, перша з яких виконана з осями у вигляді гвинтових ліній, турбіну з обтічником, плавно зв'язаних з центральним внутрішнім обтічником, електрогенератор, пов'язаний з турбіною за допомогою центральної осі, що проходить через центральний обтічник, і опорну конструкцію, що відрізняється тим, що система каналів виконана з осями у вигляді гвинтових ліній, при цьому конфузорно впускная камера утворена оболонками обертання, що задаються в циліндричних координатах залежностями для нижньої оболонки 
R 
r NR 0;
C 1 = -C 2 / 2R 2
а для верхньої оболонки конфузорной камери залежностями 
R 0 r NR 0; 
причому верхня оболонка конфузорной камери служить одночасно напрямної поверхнею для частини потоку, що надходить у другу систему каналів, а просторове положення осей каналів першої системи траєкторій задається залежностями 
а просторове положення осей каналів другої системи задається залежностями
R r R 0;
i = n 1 + 1,
n 1 +2, ..., n;
j = 1,2, ..., n 2,
де r, , Z циліндричні координати з віссю Z, що збігається з центральною віссю пристрої;
Z висота осесимметричного внутрішнього обсягу пристрою;
R його радіус в зоні виходу сформованого закрученого течії;
R o ~ 5R відстань від осі симетрії пристрою до місця входу потоку в системі каналів;
NR 0 відстань від осі осесимметричного обсягу до початку оболонок, що утворюють конфузорно вхідну камеру,
i індекс, нумерує осі в системах каналів в порядку знизу вгору;
n максимальне значення індексу i;
j індекс, нумерує осі в системах каналів в порядку обертання навколо центральної осі пристрою;
n 1 максимальне значення індексу i для першої системи;
n максимальне значення індексу i для другої системи; 
ставлення обертальної і радіальної компонент швидкості на радіусі R відповідно для першої та другої гвинтових траєкторій; 10j і 20j значення кута на початку j-й гвинтовий траєкторії відповідно з першої і другої систем;
n 1 і n 2 максимальне значення індексу j для першої і другої систем каналів відповідно.
3. Пристрій за п.2, що відрізняється тим, що центральний внутрішній обтічник має форму, яка описується в циліндричних координатах залежністю
Z ц C ц R 2,
де С ц = (1-4) 10 4 ZR 2;
Z і r циліндричні координати;
Z висота осесимметричного обсягу пристрою;
R радіус осесимметричного обсягу пристрою.
4. Пристрій за п.2 або 3, що відрізняється тим, що системи каналів забезпечені направляючими лопатками, виконаними у вигляді рухомих елементів, автоматично звужують вхід у першу і другу систему каналів при перевищенні витрати потоку його номінального значення.
5. Пристрій за п.2, або 3, або 4, що відрізняється тим, що електрогенератор розміщений над турбіною або під нижньою оболонкою конфузорной впускний камери.
6. Пристрій за п. 2, або 3, або 4, або 5, що відрізняється тим, що воно забезпечене системою плаваючих підвісів, що складаються з магнітів з забезпеченням можливості поздовжнього дистанціювання вузлів пристрою, електромагнітів з системою управління для компенсації поперечних і поздовжніх коливань обертових частин пристрою.
7. Пристрій за п.2, або 3, або 4, або 5, або 6, що відрізняється тим, що воно забезпечене стабілізатором числа обертів і маховиком, пов'язаними з центральною віссю пристрою.
8. Пристрій за п.2, або 3, або 4, або 5, або 6, або 7, що відрізняється тим, що воно забезпечене тепловим акумулятором, що використовують енергію сонця або інших джерел тепла, встановленим над маховиком і службовцям для нагрівання висхідних потоків суцільний середовища, причому поверхню теплового акумулятора направляє висхідний потік в конфузорно вхідну камеру у вигляді попередньо закручених струменів суцільного середовища.
9. Пристрій за п.2, або 3, або 4, або 5, або 6, або 7, або 8, що відрізняється тим, що опорна конструкція має не менше трьох точок опори і жорстко пов'язана з поверхнею конфузорной впускний камери, забезпечена гніздами для установки і фіксації механічних систем, центральної осі пристрою, магнітних підвісів і вузлів пристрою із забезпеченням необхідної орієнтації щодо поверхні землі.
Версія для друку
Дата публікації 19.03.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.