Устройство для преобразования энергии текучей среды

Устройство для преобразования энергии текучей среды

Реферат

 

Использование: в гидроэнергетике в качестве устройства для преобразования энергии текучей среды. Сущность изобретения: к входному и выходному патрубку посредством уплотнительных муфт подключен спиральный трубопровод, выполненный в виде цилиндрической или конической спирали, при этом концы трубопровода направлены по оси спирали в противоположные стороны и подвижно соединены при помощи подшипников и упомянутых с входным и выходным патрубками, причем внутри спирального трубопровода установлены лопасти, постепенно заполняющие его сечение, а сами лопасти могут быть выполнены эластичными, в виде крестов, секторов, круглых пластин или шаров. 5 з.п.ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для преобразования энергии потока текучей среды (жидкости, газа) в энергию вращения ротора.

Известны устройства выполненные из трубопровода в виде цилиндрической спирали [1] и конической спирали [2] используемые в качестве насосов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее плоскую спиральную ленту с прямыми лопастями, установленными перпендикулярно к стенкам ленты с промежутками для прохода поступающей в канал через воронку воды, выходной патрубок на конце канала, ось которого параллельна оси воронки, рабочий вал для отвода мощности [3] Это устройство обладает следующими недостатками: 1) Устройство не универсально, т.е. оно не может быть использовано для преобразования энергии потока газообразной среды.

2) Устройство может работать только в горизонтальном положении плоской спиральной ленты.

3) Конструкция рабочего канала не позволяет выполнить лопасти в разнообразной форме, для эффективного использования энергии текучей среды.

4) Вода, находящаяся в воронке всей тяжестью давит на спираль затрудняя ее вращение.

5) При вращении спирали отработанный поток воды через выходной патрубок разбрызгивается по всему периметру спирали.

6) Невозможен реверс ротора.

Техническим результатом изобретения повышение КПД, расширение области применения и обеспечение реверса ротора.

Для достижения технического результата устройство выполнено из трубопровода в виде цилиндрической или конической спирали, концы которой направленные в противоположные стороны по оси спирали подвижно соединены с входным и выходным патрубками при помощи подшипников и уплотнительных муфт, а в сечениях трубопровода по периметру витков спирали, установлены лопасти, которые могут быть выполнены в виде диаметральных пластин, крестов, секторов, кругов, колец, шаров.

На фиг. 1 схематически показано предлагаемое устройство. Устройство содержит трубопровод 1 в виде цилиндрической спирали, концы которой, направленные в противоположные стороны по оси спирали, подвижно соединены с входным 2 и выходным 3 патрубками при помощи подшипников 4 и уплотнительных муфт 5. Трубопровод может быть выполнен в виде конической спирали (фиг. 2). В сечениях трубопровода, по периметру витков спирали установлены лопасти, которые могут быть выполнены: в виде прямых диаметральных пластин (фиг. 3), в виде крестов (фиг. 4), в виде секторов (фиг. 5), постепенно заполняя сечение трубопровода. Лопасти могут быть выполнены так же в виде круглых пластин (фиг. 6), в виде колец (фиг. 7), в виде шаров (фиг. 8), установленных по центру сечения, диаметр которых меньше, чем диаметр сечения трубопровода. Лопасти могут быть выполнены также эластичными.

Устройство работает следующим образом. Поток текучей среды по входному патрубку 2 поступает в спиральный трубопровод 1, который является ротором устройства. Проходя по виткам спирали поток действует с силой F=PS на лопасти, установленные в сечениях трубопровода (P давление потока, S - площадь поверхности лопасти). Сила F направлена по касательной к окружности витка спирали в точке ее приложения, поэтому на месте расположения лопасти на ротор действует вращающий момент M_i=F_iR_i, где R_i плечо силы, равное радиусу витка спирали в точке приложения силы F_i. Из моментов M_i складывается вращающий момент ротора в целом. Отработанный поток выходит наружу через выходной патрубок 3. Поскольку, спираль вращается в направлении течения потока, то снабдив устройство вентилями (не показаны), переключающим поток с входного патрубка к выходному, можно обеспечить реверс ротора. В этом случае, роль входного патрубка выполняет выходной патрубок, а роль выходного патрубка входной. Устройство позволяет повысить КПД за счет более эффективного использования кинетической энергии потока текучей среды. Выполнение лопастей эластичными обеспечивает равномерную передачу энергии потока ротору. Устройство может работать в любом пространственном положении. Нагрузкой ротора может быть генератор электрического тока.

На основе предлагаемого устройства могут быть выполнены ветроэнергетические и гидроэнергетические установки. Поток воздуха или воды подается в устройство по сужающему воздухо- или водозаборнику (фиг. 9), что увеличивает скорость потока и уменьшает его потери.

Устройство может быть использовано также в качестве газовой и паровой турбин.

Кроме того, устройство может найти применение в автомобилестроении, в особенности в электромобилестроении, в качестве преобразователя энергии встречного потока воздуха движущемуся автомобилю в механическую энергию, а затем в электрическую, для подзарядки аккумуляторной батареи. Такое применение устройства повысит эффективность электромобиля.

Источники информации 1. Авт. свид. СССР N 1002682, Мкл. F 04 F 7/00.

2. Патент СССР N 1657067, Мкл. F 04 F 11/00.

3. Патент СССР N 16030, Мкл. F 03 B 3/08. 2 4

Формула изобретения

1. Устройство для преобразования энергии текучей среды, содержащее входной и выходной патрубки, подключенный к ним спиральный канал с диаметрально установленными внутри канала лопастями, постепенно заполняющими его сечение, и подшипники, отличающееся тем, что устройство снабжено уплотнительными муфтами, а канал образован трубопроводом, выполненным в виде цилиндрической или конической спирали, при этом концы трубопровода направлены по оси спирали в противоположные стороны и соединены посредством подшипников и уплотнительных муфт с входным и выходным патрубками.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лопасти выполнены в виде крестов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лопасти выполнены в виде секторов.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лопасти выполнены в виде круглых пластин, установленных по центру сечения трубопровода.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лопасти выполнены в виде шаров, установленных по центру сечения трубопровода.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопасти выполнены эластичными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9