Преобразователь энергии потока

Преобразователь энергии потока относится к энергетике и может быть использован для преобразования энергии потока ветра или воды в механическую или электрическую. Устройство содержит входной конфузор, входной корпус-диффузор с направляющими лопастями и три диска с реактивными лопастями, два из которых вращаются и кинематически связаны с генератором, а третий неподвижный диск расположен между ними и закреплен на корпусе преобразователя. Лопасти входного конуса-диффузора и неподвижного диска имеют одинаковый наклон (крутку) лопастей, а лопатки вращающихся дисков имеют противоположную крутку лопастей. Дополнительный диффузор с обтекателем на выходе устройства образуют отсасывающую трубу виде расширяющегося кольцевого конуса. Предлагаемое техническое решение увеличивает коэффициент использования энергии потока ветра или воды и может найти широкое применение в автономных системах энергопитания.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПОТОКА

Полезная модель относится к энергетике и может быть использовано для получения механической или электрической энергии от потока ветра или потока воды.

Известны ветродвигатели содержащие корпус с диффузором и установленное в корпусе ветроколесо с лопастями (см. патент США 3883750, кл. 290-55, опубл. 1975 [1] и патент США 4309146, кл. 290-55, опубл. 1987 [2]).

В данных устройствах не обеспечивается высокий перепад давлений, от которого зависят мощность и КПД преобразования энергии потока.

Известны также в гидроэнергетике микро-миниГЭС ленточного типа, в которых поток, отработав на поверхностях первых по ходу движения лопастях, подается на отклоняющие лопасти и участвует в передаче энергии на следующий ряд лопастей (см. Lieban E., Lieban J. Vorrichtung Jur Umwandlung der kinetishen Energie eines beschleunigten Fluids in elektrishe Energie, заявка ФРГ 252934 от 2.07.75 г. [3] и статью Leyland D.W. Equipment for small hydro Schemes a review of progress, International Water Power and Dam Construction, 1987, 39, 20-24 [4]). Гидроустановка «лифт Шнайдера» [4] широко применяется в США на небольших реках и водотоках.

Однако использование подобных конструкций в качестве ветродвигателей неэффективно в силу того, что плотность воздуха более чем в восемьсот раз меньше плотности воды.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является «Энергетическая установка» (см. патент Российской Федерации 2205291, кл. F03Д 1/00, патентообладатель: Тамбовский военный авиационный инженерный институт [5]), выбранная в качестве прототипа.

В данной конструкции отбор мощности производится на периферийной наружной части входного конуса-диффузора, отклоняющие лопасти которого закручивают и направляют поток на маховичный вращающийся диск с лопастями противоположной крутки, соединенный с генератором.

Однако и в данном устройстве коэффициент использования энергии потока невелик, так как происходит однократное преобразование поступательного движения потока в крутящий момент вала и, соответственно, - в выходную мощность генератора. Большая часть потока (в прототипе - ветрового) будет обходить входной диффузор как препятствие по его краям и полезно не будет использоваться.

Техническим результатом предложенного изобретения является увеличение коэффициента использования энергии потока и, как следствие, - единичной мощности энергетической установки.

Сущность полезной модели заключается в том, что «Преобразователь энергии потока», содержащий входной корпус-диффузор с неподвижными отклоняющими лопастями, маховичный вращающийся диск с лопастями противоположной крутки, кинематически связанный с генератором, дополнительно снабжен входным конфузором, неподвижным диском, закрепленном в корпусе, дополнительным подвижным диском, находящимся на общем валу с маховичным диском, выходным диффузором корпуса с обтекателем. Неподвижный диск расположен между подвижными (вращающимися) дисками и имеет тот же наклон (крутку) лопастей, что и наклон лопастей входного конуса-диффузора.

Наклон лопастей вращающихся дисков имеет противоположную крутку. Такое пространственное положение лопастей всех узлов устройства, а также разряжение на его выходе, создаваемое отсасывающей трубой из выходного диффузора 4 и обтекателя 9 позволяют существенно увеличить коэффициент использования энергии потока.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется графически, где на Фиг.1 изображен «Преобразователь энергии потока, а на Фиг.2 - схема прохождения потока через его лопасти под разными углами.

Устройство содержит корпус 1, который установлен на опоре или поворотной мачте 2, имеет входной и выходной раструбы: конфузор 3 и диффузор 4. В корпусе установлены и закреплены на реактивных лопастях 5 неподвижный входной конус-диффузор 6, на реактивных лопастях 7 неподвижный диск 8 и на своих стойках - обтекатель 9 и генератор 10, причем вал последнего соединен непосредственно с подвижными (вращающимися) дисками 11 и 12, имеющими свои лопасти 13 и 14, а через подшипники вал генератора соединен с неподвижным диском и с обтекателем потока. Ориентация на поток ветра или воды может осуществляться, например, с помощью флюгера 75.

Фиг.2 иллюстрирует взаимное пространственное положение закрепленных (неподвижных) и подвижных лопастей, принадлежащих соответственно (слева направо): конусу-диффузору 6, подвижному диску 11, неподвижному диску 8 и подвижному диску 12.

«Преобразователь энергии потока» работает следующим образом. Поток ветра или воды поступает в конфузор 3, растекается по наружной поверхности неподвижного входного конуса-диффузора 6, причем лопасти 5 закручивают поток на периферию окружности конуса, где образуется зона высокого давления, и подают его на лопасти 13 подвижного диска 11, который начинает вращаться. Лопасти 13, расположенные под углом к лопастям 5, изменяют направление потока (см. Фиг.2), Попадая на лопасти 7 неподвижного диска 8, поток еще раз изменяет свое направление и поступает далее также под углом на лопасти 14 подвижного диска 12, который вращается согласно в том же направлении, что и диск 11, передавая через общий вал суммарный вращающий момент на генератор 10.

Диффузор 4 на выходе устройства совместно с поверхностью обтекателя 9 образует отсасывающую трубу в виде расширяющегося кольцевого конуса. Это позволяет создать на выходе устройства дополнительное разряжение и увеличить мощность проходящего через него потока.

Установка преобразователя по направлению на поток осуществляется флюгером 15 или другим известным методом.

Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить коэффициент использования энергии потока ветра или воды и может найти широкое применение в качестве автономного источника энергии для широкого спектра мощностей.

Например, в качестве микроГЭС данная установка, установленная в русле реки, может обеспечить электропитание бакенов и навигационных знаков для судоходства.

Более мощные подобные гидро- и ветроустановки, размещаемые на быстротоках воды или в зоне постоянных ветров, могут быть спроектированы под задачи Заказчиков.

В процессе работы над устройством был изготовлен и испытан макет ветроустановки с диаметром дисков 300 мм, подтвердивший заявленные преимущества.

Преобразователь энергии потока, содержащий в корпусе входной конус-диффузор с неподвижными отклоняющими лопастями, маховичный вращающийся диск с лопастями противоположной крутки, закрепленный через подшипники на валу и соединенный с генератором, отличающийся тем, что дополнительно введены входной конфузор, неподвижный закрепленный в корпусе диск и дополнительный вращающийся диск с лопастями противоположной крутки, а также - выходной диффузор корпуса с обтекателем потока, причем неподвижный диск расположен между маховичным и дополнительным дисками, вращающимися на общем валу, кинематически связанным с генератором.