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)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2075635

енергоустановки

Ім'я винахідника: Власов В.І.
Ім'я патентовласника: Товариство з обмеженою відповідальністю "Новолипецький металургійний комбінат"
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.11.12

Використання: в області вітро-і гідроенергетиці як автономного енергоджерела. Суть винаходу: підвищення ефективності перетворення, збільшення одиничної потужності агрегату, спрощення кінематичної схеми і трансмісії при впливі декількох приймачів енергії на один електрогенератор, а й отримання джерела гарантованого електроживлення значної потужності. Технічний результат забезпечується тим, що енергоустановки включає в себе первинний перетворювач 1 у вигляді приймачів енергії 10, рухливо закріплених на штоках 11, 12 гідроциліндрів 7, 8, 9, вторинний перетворювач 2 у вигляді двох маслонасосів 15, 16, колінчаті вали яких з'єднані непроскальзивающей передачею співвідношенням 1: 2, і електрогенератор 4. Повідомлення змінюваних обсягів гідроциліндрів 7, 8, 9 первинних перетворювачів 1 і циліндрів вторинного перетворення Маслопровод 3 утворює жорсткий кінематичний зв'язок всіх рухомих елементів енергоустановки, при якій махові руху приймачів енергії в рухомому потоці спричиняють обертання колінчастих валів вторинного перетворювача 2 з підсумовуванням їх потужності і, навпаки, обертання колінчастих валів вторинного перетворювача 2 викликає махові руху приймачів енергії поперемінно на різні сторони від напрямку потоку, що рухається і повернення їх у вихідне положення гострої торцевої кромкою з мінімальним опором рухається потоку.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області вітро-і гідроенергетики і може бути використано в якості робочих органів вітроенергетичних установок (ВЕУ) і гідроелектростанцій (ГЕС) для перетворення енергії вітру або потоку води в електричну енергію.

Як відомо, робочі органи ВЕУ і ГЕС виконуються у вигляді так званих вітроколіс і гідротурбін. Їх теорію розробив ще на початку XX століття Н.Е. Жуковський. Він визначив значення максимально можливого коефіцієнта використання енергії рухомого потоку ідеальних коліс. КПВ виявився рівним 59,3% Сучасні вітро- і гідродвигуни мають КПВ приблизно на 15% нижче ідеального, тобто не перевищують 45% (див. наприклад, 1, стор. 77, 78).

Тому основними недоліками вітрових електростанцій є низька ефективність вітродвигуна і незначна одинична потужність агрегатів ВЕУ, а ГЕС не можуть працювати при малих перепадах швидкісного напору води, вимагають будівництва висотних дорогих гідромеханічних споруд (гребель) і затапліванія великих площ цінних культурних земель, що порушує природну рівновагу фізико -географічний систем, змінює клімат, умови відтворення рибного господарства і судноплавства (1, стор. 96-100; 2, стор. 8, 9).

Все це обмежує масштаби використання вітрової енергії і потенційні можливості гідроресурсів.

В даний час ГЕС виробляє менше 19% споживаної в країні електроенергії, майже немає малих ГЕС (3, стор. 24, 25), малоефективні приливні гідроелектричним станції (ВЕЗ), не використовується енергія рівнинних річок.

Відомі й енергоустановки, в яких застосовуються вітродвигуни з вертикальною силовий віссю, силова вісь з'єднана з електрогенератором і обертається вертикальними вітрилами, які надіті на рухливі горизонтальні стрижні, що повертаються в підшипниках.

При зворотному ході вітрил проти вітру їх лобове опір зменшується за рахунок повороту в горизонтальній площині на 90 ^o навколо стрижнів під дією направляючого диска, кутове положення якого визначається флюгером (4, стор. 4).

На подвійний примусовий поворот робочих площин навколо стрижнів витрачається значна частка роботи активної ділянки, що знижує ККД такої енергоустановки.

Можливості підвищення одиничної потужності агрегату і обмежені лінійними розмірами і кількістю вітрил, закріплених тільки на одній силовій осі.

Дослідження патентної та технічної літератури показує, що ефективність використання енергії рухомого потоку легалізованих приладів ще недостатня для широкого застосування навіть при ускладненні і подорожчанні всього агрегату (див. Наприклад, 5).

Найбільш близьким технічним рішенням енергоустановки (прототипом) є ВЕУ [6] містить встановлені на щоглі (силовий осі) з можливістю орієнтації на потік поворотні робочі органи прямокутної форми, забезпечені півосями, і пов'язаний з ними за допомогою трансмісії енергогенератор. Щогла забезпечена горизонтальними поворотними жолобами в формі вісімки і горизонтальними поворотними напрямними, а кожен робочий орган паралельними стрижнями, розміщеними в направляючих. Його піввісь забезпечені котками, встановленими в жолобах, а трансмісія взаємодіючими з нею важелями, встановленими з можливістю обертання навколо осей, що проходять через центри петель жолобів.

Таке виконання значно знижує аеродинамічний опір переміщенню робочих органів в потоці і збільшує ефективність роботи енергоустановки, але наявність напрямних жолобів і скользяще-поворотних шарнірів з паралельними стрижнями ускладнює кінематичну схему і конструкцію ВЕУ в цілому, особливо при об'єднанні кількох робочих органів на одне навантаження, і робить скрутній експлуатацію ВЕУ через великі відкритих ділянок поверхні тертя, що знижують ресурс енергоустановки.

Метою винаходу є спрощення кінематичної схеми і трансмісії установки при впливі декількох робочих органів на одну загальну навантаження (електрогенератор, насос і т.д.), підвищення ресурсу та спрощення технічного обслуговування при експлуатації такої установки.

Мета досягається відмовою від напрямних жолобів у вигляді вісімок, скользяще-поворотних шарнірів і паралельних стрижнів, а й трансмісії з вилкоподібний важелями, взаємодіючими з півосями робочих органів.

Суть винаходу полягає в тому, що енергоустановки виконана у вигляді гідросистеми, що включає в себе три гідроциліндра первинного перетворювача для кожного приймача енергії і три циліндра загального вторинного перетворювача. Змінні обсяги циліндрів первинного і вторинного перетворювачів повідомлені між собою Маслопровод. У первинному перетворювачі центральний гідроциліндр шарнірно закріплений за рамі, з'єднаний зі штоками бокового гідроциліндра, що впливає на центральний як на хитку кулісу, і його шток шарнірно з'єднаний з приймачем енергії. Кут повороту площини приймача енергії по відношенню до штоку і напрямку руху потоку змінюється під впливом штока третього гідроциліндра, і рухливо закріпленого на загальній рамі. Рама, в свою чергу, рухливо закріплена на силовий осі, яка може збігатися з віссю центрального циліндра. Вторинний перетворювач являє собою два об'єднаних непроскальзивающей передачею поршневих маслонасоса, передавальне відношення з'єднує їх редуктора 1: 2. Два циліндра маслонасоса паралельні, а третій, повідомлений з боковим гідроциліндром первинного перетворювача, перпендикулярний ім. Довжина приймача енергії вибирається сумірною з величиною його поступального переміщення перпендикулярно напрямку потоку, що рухається. Для самоорієнтації на рухомий потік первинні перетворювачі розташовуються на загальних рамах попарно опозитно і симетрично щодо направлення потоку. Для створення рівномірного обертального моменту на валу вторинного перетворювача, сполученого з електричним генератором, всі приймачі енергії рівномірно зрушені по фазі руху.

Енергоустановка призначена для роботи переважно з асинхронізованому синхронним генератором по а. с. N 1503643, кл. H 02K 17/26, 1986, мають властивість накопичувача і забезпечує незалежність якості електроенергії від швидкості потоку.

Проведений патентний пошук показав відсутність енергоустановок з пропонованої сукупністю ознак.

Таким чином, в даному випадку відомі елементи об'єднані новими зв'язками, надають енергоустановки нові властивості, що проявилися в позитивних ефектах, внаслідок чого рішення на думку автора має винахідницький рівень.

Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показана кінематична схема роботи енергоустановки; на фіг. 2-9 показані положення первинного і вторинного перетворювачів за два оберти вихідного вала через кожні 90 ^o; на фіг. 10 показаний варіант об'єднання послідовним з'єднанням будь-якої кількості пар первинних перетворювачів з одним загальним вторинним перетворювачем і електрогенератором.

Енергоустановка складається принаймні з одного первинного перетворювача 1, вторинного перетворювача 2, що з'єднують з маслопроводов 3 і електричного генератора 4.

Первинний перетворювач енергії 1 містить раму 5, рухливо закріплену на силовий осі 6, на якій і рухомо закріплюються центральний гідроциліндр 7, бічний гидроцилиндр 8 і третій гидроцилиндр 9, що визначає кут повороту площини приймача енергії 10.

Приймач енергії 10 середньою частиною рухомо закріплений на штоку 11 центрального гідроциліндра 7 і штоку 12 гідроциліндра 9. Відстань l дорівнює величині несиметрії лівої і правої петель вісімки траєкторії, а відстань між осями закріплення центрального гідроциліндра 8 і третього гідроциліндра 9 на рамі 5 дорівнює половині цієї несиметрії , тобто шток 11 центрального гідроциліндра 7, шток 12 гідроциліндра 9 і шток 13 бокового гідроциліндра 8 протилежними кінцями жорстко з'єднані з поршнями 14, виконаними в робочих камерах гідроциліндрів 7, 8 і 9.

При цьому в кожному гидроцилиндре 7, 8 і 9 утворюються по два змінних обсягу штокові і безштокові порожнини. Ці змінені обсяги повідомлені Маслопровод 3 з рівнозначними за обсягом робочими камерами вторинного перетворювача 2 без будь-яких запірних або регулюючих органів.

Вторинний перетворювач 2 являє собою два поршневих маслонасоса 15 і 16, об'єднаних непроскальзивающей передачею таким чином, що частота обертання колінчастого вала маслонасоса 15, що працює на центральний гідроциліндр 7, в два рази більше частоти обертання колінчастого вала насоса 16, що працює на бічній гидроцилиндр 8 і поворотний гідроциліндр 9. Це досягається, наприклад, з'єднанням їх валів двома шестернями 17, мають передавальне відношення 1: 2.

В принципі маслонасосів 15 може мати один циліндр, а маслонасосів 16 два циліндра, розташованих під прямим (для зсуву по фазі руху на 90 ^o) кутом один до одного і повідомлених з гідроциліндрами 7, 8 і 9 Маслопровод 3 як показано на фіг. 2. Але для того, щоб послідовне повідомлення штоковой порожнини центрального гідроциліндра 7 з безштокові порожниною поворотного гідроциліндра 9 забезпечувало еквівалентну по висоті дію гидроцилиндрам 7 і 9, необхідно або зменшення діаметра гідроциліндра 9, як показано на фіг. 2, або компенсація обсягу, зайнятого штоком 11, додатковим циліндром 18 в насосі 15 при однаковому діаметрі всіх гідроциліндрів, як показано на фіг.1.

Дія основного і компенсуючого циліндрів маслонасосів 15 і 16 має бути одночасним, що досягається, наприклад, розташуванням їх шатунів на одному кривошипі.

Енергоустановка з одним первинним перетворювачем 1 працездатна тільки при наявності флюгера або іншого пристрою, примусово орієнтує приймач енергії 10 по потоку, що є істотним недоліком.

Для його усунення на рамі 5 розташовуються попарно по два первинних перетворювача 1. При цьому їх приймачі енергії 10 по висоті силовий осі 6 зміщені не менше ніж на ширину і розташовуються один проти одного щодо направлення потоку, як показано на фіг. 3.

При необхідності отримання значної одиничної потужності установки на вторинний перетворювач 2 послідовним сполученням їх вимірюваних обсягів може бути замкнуто будь-яку кількість первинних перетворювачів 1, як показано на фіг. 3.

Можливо і паралельне повідомлення штокової і безштокові камер первинних і вторинних перетворювачів, але в цьому випадку число циліндрів вторинного перетворювача має відповідати загальному числу гідроциліндрів первинних перетворювачів 1.

Повідомлення Маслопровод 3 змінюваних обсягів гідроциліндрів первинних перетворювачів з рівнозначними обсягами робочих камер вторинного перетворювача 2 і заповнення цих обсягів, наприклад, маслом внаслідок практичної несжимаемости рідини укладають всі рухомі елементи описаної конструкції в жорсткий кінематичний зв'язок, при якій кожному кутовому положенню вала електрогенератора 4 і колінчастих валів маслонасосів 15 і 16 відповідає своє єдине просторове положення поршнів гідроциліндрів 7, 8 і 9, а значить, і точок рухомого закріплення приймачів енергії 10 на штоках 11 і 12 гідроциліндрів 7 і 9 (точок а і б).

Т. е. Тут застосована гідравлічна жорстка кінематична зв'язок, при якій траєкторія руху приймачів енергії складається з поздовжньо-поперечного переміщення штоків гідроциліндрів 7, 8 і 9.

Жорстка кінематична зв'язок елементів енергоустановки визначає взаємозалежність їх просторового положення і зумовлює обертання валу корисного навантаження при переміщенні приймачів енергії 10 під тиском (напором) вітру або потоку води і навпаки: обертання валів маслонасосів 15 і 16 обумовлює переміщення приймачів енергії 10 по найбільш оптимальному закону, аналогічного закону руху робочих органів прототипу, коли точка прикріплення приймача 10 до штоку 11 здійснює вісімкоподібних траєкторію, а сам приймач енергії 10, зробивши корисну роботу руху прямого потоку робочої площиною з одного боку потоку, під дією потоку і корисної роботи вже інших, зсунутих по фазі руху первинних перетворювачів 1 і продовжують обертання валу вторинного перетворювача 2, повертається у вихідне положення для подальшого маха з іншого боку напрямку потоку з кінцевими кромкою під кутом, близьким до нуля, ніж досягаються значно знизився рівень аеродинамічного (гідродинамічного) опору його переміщенню і висока ефективність роботи енергоустановки.

Вищевказане відноситься до n-му кількості пар кинематически пов'язаних між собою через вторинний перетворювач 2 приймачів енергії 10.

Слід зауважити, що, оскільки поворот приймача енергії 10 відбувається органічно під тиском потоку одночасно зі зворотно-поступальним переміщенням точок його закріплення на штоках 11 і 12, тобто зі створенням змінюється від максимуму до нуля крутного моменту на валу корисного навантаження, можлива робота енергоустановки з однією парою опозитно розташованих приймачів енергії 10, якщо будуть створені умови їх переходу через положення (фаза) 3 за інерцією, тому що теоретично для повернення приймача енергії 10 назад у вихідне положення витрат енергії не потрібно.

Таким чином, в кінематичний зв'язок має бути включено дві і більше пари первинних перетворювачів для вирівнювання результуючого моменту на валу корисного навантаження, надійного проходження приймачів енергії 10 через точку нестійкої рівноваги плечей і створення значної одиничної потужності енергоустановки.

Очікуваний ККД запропонованої енергоустановки, якщо знехтувати внутрішніми механічними і гідравлічними втратами в передачах, буде залежати від опору переміщенню робочих органів в потоці.

Для зниження опору руху приймачів енергії 10 назад у вихідне положення назустріч потоку передбачений поворот площині приймачів енергії 10 за допомогою штока 12 гідроциліндра 9 з тим, щоб його впливом забезпечувалося рух не площиною, а торцевою крайкою.

Отже, ККД ідеальної енергоустановки з приймачем енергії 10, що рухається проти потоку строго торцевої кромкою (під нульовим кутом площині до напрямку потоку), буде дорівнює одиниці, оскільки, як уже зазначалося, сам поворот площині приймача енергії 10 відбувається під дією потоку зі створенням корисного моменту , переданого на вал вторинного перетворювача, що видно з кінематичної схеми фіг. 2, і зворотне споживання енергії виключено в будь-якому положенні приймача енергії 10.

Теоретичний ККД ідеалізованої (без внутрішніх втрат) енергоустановки h може бути оцінений по формулі



потоку на площину приймача енергії.

У загальному випадку ККД установки може бути виражений співвідношенням



де k конструктивний коефіцієнт, що характеризує мінімальний аеродинамічний опір приймача енергії при обтіканні його потоком при j = 0;

h _хутро коефіцієнт, що характеризує внутрішні механічні втрати;

h _гідр коефіцієнт, що характеризує внутрішні гідравлічні втрати.

Таким чином, при кутах повороту площині приймача енергії до напрямку руху потоку від 0 до 30 ^o ККД запропонованої установки завжди більше ККД відомих вітроколіс і гідротурбін, тому що лежить в межах h = 1 е 0,5.

До переваг запропонованої енергоустановки слід віднести можливість отримання агрегатів кожної окремої потужності через зняття конструкторсько-технологічного бар'єру, властивого відомим ВЕУ; більш повне використання енергії вітру і потоку води; малу залежність частоти обертання валу корисного навантаження, а із застосуванням генератора по а. с. заявки N 4246840 повну незалежність від швидкості вітру; дію екологічних обмежень; нижчі вимоги до технології виготовлення.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Енергоустановка переважно для використання енергії вітру, рівнинних річок і припливів-течій, що містить розташовані на одній або декількох силових осях самооріентіруемие на рухомий потік приймачі енергії, перетворювачі і пов'язаний з ними за допомогою трансмісії електрогенератор, що відрізняється тим, що вона виконана у вигляді гідросистеми, що включає в себе три гідроциліндра первинного перетворювача для кожного приймача енергії, три основних і три додаткових циліндра загального вторинного перетворювача, порожнини яких відповідно повідомлені між собою Маслопровод, причому в первинному перетворювачі центральний гідроциліндр рухомо закріплений на рамі, що має можливість повороту навколо силової осі, з'єднаний з штоком бокового гідроциліндра, що впливає на центральний, як на хитку кулісу, його шток рухомо з'єднаний з приймачем енергії прямокутної форми, кут повороту площини якого по відношенню до штоку і напрямку руху потоку змінюється під впливом штока третього гідроциліндра, і рухливо закріпленого на загальній рамі, а вторинний перетворювач, колінчастий вал якого з'єднаний з електричним генератором, являє собою два об'єднаних через непроскальзивающей передачу співвідношенням 1: 2 поршневих маслонасоса з двома Паралельно циліндрами і перпендикулярним їм третім циліндром, порожнини якого повідомлені з порожнинами бокового гідроциліндра первинного перетворювача, при цьому довжина приймача енергії вибирається сумірною величиною його поступального переміщення перпендукулярно напрямку рухається потоку, всі приймачі енергії попарно, по-перше, рівномірно зрушені по фазі руху і, по-друге, розташовуються симетрично і опозитно щодо направлення потоку, що рухається.

Версія для друку
Дата публікації 02.04.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів