Двигатель для утилизации энергии текущей среды
Полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть использована для преобразования энергии текущей среды в электрическую. Двигатель для утилизации энергии текущей среды содержит каркас 1 и корпус 2, выполненный в виде трубы с открытыми участками. На оси 4, установленной через подшипниковые узлы 5 в корпусе 1, размещены, по меньшей мере, три турбоколеса. Первое 6 и третье 8 по направлению потока турбоколеса жестко закреплены на оси 4, а второе турбоколесо 7 - через подшипниковый узел. Поток текущей среды, например, воды, воздействует на лопатки всех турбоколес, приводя их во вращение. Идентичные турбоколеса 6 и 8 начинают вращаться в одну сторону, а турбоколесо 7, являющееся их зеркальным отображением - в другую. Вращательное движение турбоколеса 7 через цепную передачу 11 передается на вспомогательный вал 10 отбора мощности, а турбоколес 6 и 8 - на основной вал 9 отбора мощности. Поскольку валы 9 и 10 связаны между собой через идентичные шестерни 12, то все турбоколеса вращаются синхронно. Лопатки соседних турбоколес перемещают зоны с повышенным и пониженным давлением соответственно. При встрече этих зон движущиеся навстречу друг другу потоки из зон повышенного давления устремляются в зоны пониженного давления с образованием вихрей. Поскольку движение лопаток всех турбоколес синхронизировано, то скорость потока через двигатель увеличивается, и, следовательно, увеличивается его мощность, что является техническим результатом полезной модели. Дальнейшее повышение мощности установки возможно за счет увеличения числа турбоколес. В этом случае все нечетные по направлению потока турбоколеса закрепляются на оси жестко, а все четные - через подшипниковые узлы. 1 н.п. ф-лы, 4 ил.
Полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть использована для преобразования энергии текущей среды в электрическую, например, в бесплотинных гидроэлектростанциях.
Известен двигатель для утилизации энергии текущей среды (RU 2166664 C1, F03В 9/00, 2000 г.), который не требует плотин и реализует получение энергии при низких скоростях потока за счет использования встречного движения разнонаправленных лопаток. Устройство имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что его конструкция не позволяет обеспечить требуемую мощность и имеет малый срок службы (из-за того, что лопатки движутся на роликах в пазах гибких направляющих с вращением каждой на собственной оси).
Наиболее близким к полезной модели является двигатель для утилизации энергии текущей среды, содержащий два турбоколеса, представляющих собой взаимное зеркальное отображение (RU 90131 U8, F01D 15/00, 2009 г.). Устройство позволяет получить более высокие мощности и имеет достаточный срок службы. Однако при использовании в турбодетандерной установке его конструкция требует организации двух встречных потоков текущей среды, что в бесплотинных гидроэлектростанциях не реализуемо. Кроме того, для получения необходимой выходной мощности при низких скоростях потока текущей среды (что характерно для бесплотинных гидроэлектростанций) наличия двух турбоколес недостаточно.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является увеличение мощности устройства и величины отношения отдаваемой мощности к цене гидроэлектростанции.
Технический результат достигается за счет того, что в двигателе для утилизации энергии текущей среды, содержащем корпус и жестко фиксированный в потоке каркас, на котором закреплена через подшипниковые узлы направленная вдоль потока продольная ось, на которой закреплены, как минимум, три турбоколеса, вращательное движение которых передается на основной и связанный с ним вспомогательный вал отбора мощности, причем первое по направлению потока и третье идентичные турбоколеса, закреплены на оси жестко, а второе турбоколесо закреплено на продольной оси через дополнительный подшипниковый узел, при этом соседние турбоколеса, представляющие собой взаимное зеркальное отображение, кинематически связаны так, что вращаются встречно и синхронно. При выполнении двигателя с пятью турбоколесами первое, третье и пятое по направлению потока турбоколеса закреплены на оси жестко, а второе и четвертое закреплены на продольной оси через дополнительные подшипниковые узлы.
На Фиг.1, 2, 3 представлена конструкция устройства при использовании трех турбоколес.
На Фиг.1 изображен общий вид конструкции. На Фиг.2 - вид слева. На Фиг.3 - вид сверху.
На Фиг.4 представлена конструкция устройства при использовании пяти турбоколес.
Устройство содержит (Фиг.1, 2, 3, 4) каркас 1, жестко фиксированный в потоке, корпус 2, выполненный в виде трубы с открытыми участками, наружную площадку 3, продольную ось 4, подшипниковые узлы 5, предназначенные для крепления оси на каркасе, первое турбоколесо 6, жестко закрепленное на оси 4, второе турбоколесо 7, закрепленное на оси 4 через подшипниковый узел, третье турбоколесо 8, жестко закрепленное на оси 4, основной 9 и вспомогательный 10 валы отбора мощности, цепные передачи 11, шестерни синхронизации 12, генератор 13. При использовании пяти турбоколес (Фиг.4) на оси 4 дополнительно установлены четвертое 14 и пятое 15 турбоколеса.
Устройство работает следующим образом.
Поток текущей среды, например, воды, воздействует на лопатки турбоколес 6, 7, 8 (в варианте с тремя турбоколесами).
Поскольку турбоколеса 6 и 8 идентичны и жестко закреплены на оси 4, которая закреплена на каркасе 1 на подшипниковых узлах 5, турбоколеса 6 и 8 начинают вращаться под воздействием потока. Турбоколесо 7, являющееся зеркальным отображением турбоколес 6 и 8, закрепленное на оси 4 через подшипниковый узел, начинает вращаться навстречу турбоколесам 6 и 8. Вращательное движение турбоколеса 7 через цепную передачу 11 передается на вспомогательный вал 10 отбора мощности, а вращательное движение турбоколес 6 и 8 передается на основной вал 9 отбора мощности, соединенный с генератором 13.
Поскольку валы 9 и 10 связаны между собой через идентичные шестерни 12 (Фиг.3), то все турбоколеса вращаются синхронно, при этом соседние турбоколеса вращаются встречно. Лопатки соседних (6-7 и 7-8) турбоколес перемещают зоны текущей среды: одни с повышенным давлением, другие - с пониженным давлением. При встрече этих зон, движущихся навстречу друг другу, поток из зоны повышенного давления устремляется в зону пониженного давления с образованием вихрей.
Поскольку движение лопаток всех турбоколес синхронизировано, то данный процесс носит не стохастический, а упорядоченный характер. В результате скорость потока через двигатель увеличивается, и, следовательно, увеличивается его мощность.
Дальнейшее повышение мощности установки возможно за счет увеличения числа турбоколес, например, до пяти (Фиг.4). В этом случае первое 6, третье 8 и 15 (все нечетные по направлению потока) турбоколеса закрепляются на оси жестко, а второе 7 и четвертое 14 (все четные по направлению потока) - через подшипниковые узлы. Каждое из турбоколес кинематически связано с основным и вспомогательным валами отбора мощности в соответствии с их номерами.
-Работа двигателя с пятью и более турбоколесами аналогична работе двигателя с тремя турбоколесами, но обеспечивает еще большее увеличение скорости проходящего через двигатель потока и скорости вращения основного вала, следствием чего является увеличение передаваемой электрогенератору 13 мощности, причем это реализовано без существенного усложнения установки и, следовательно, ее стоимости.
Установлено, что при применении трех турбоколес мощность установки увеличивается более, чем на 50%, при этом цена гидроэлектростанции увеличивается только на 20-30%, а при применении пяти турбоколес мощность увеличивается более, чем в два раза, при этом цена установки возрастает примерно на 50%, что подтверждает достижение технического результата.
Благодаря высокой отдаваемой мощности при относительно низкой стоимости установки полезная модель может быть рекомендована для использования в бесплотинных гидроэлектростанциях.
1. Двигатель для утилизации энергии текущей среды, содержащий корпус и жестко фиксированный в потоке каркас, на котором закреплена через подшипниковые узлы направленная вдоль потока продольная ось, на которой закреплены как минимум три турбоколеса, вращательное движение которых передается на основной и связанный с ним вспомогательный валы отбора мощности, причем первое по направлению потока и третье идентичные турбоколеса закреплены на оси жестко, а второе турбоколесо закреплено на продольной оси через дополнительный подшипниковый узел, при этом соседние турбоколеса, представляющие собой взаимное зеркальное отображение, кинематически связаны так, что вращаются встречно и синхронно.
2. Двигатель для утилизации энергии текущей среды по п.1, отличающийся тем, что при его выполнении с пятью турбоколесами первое, третье и пятое по направлению потока турбоколеса закреплены на оси жестко, а второе и четвертое закреплены на продольной оси через дополнительные подшипниковые узлы.
