Преобразователь энергии текучей среды (варианты)

Преобразователь энергии текучей среды (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области использования возобновляющихся источников энергии, а именно ветровой и гидроэнергии, и преобразования их в другие виды, преимущественно в электрическую энергию.

Известна ветроэнергетическая установка с использованием основного рабочего элемента в виде паруса, установленного на платформе, а платформы соединены, в свою очередь, в состав, начало и конец которого соединены вместе, то есть образуют кольцо. Состав устанавливается на соответствующий размерам платформ круговой путь. Парус имеет наибольший коэффициент использования ветровой энергии. Мощность, развиваемая установкой, отбирается от вала колес платформы [1].

Недостаток указанной ветроэнергетической установки заключается в механической (ручной) первоначальной установке ориентации паруса в зависимости от направления ветра и ручной корректировки его положения при изменении направления ветра. Кроме того, ориентация паруса меняется синхронно на всем протяжении времени прохода платформы по кольцевому пути. За это время парус делает полуоборот (180°) вокруг своей оси (стойки). Такое изменение ориентации лопасти (паруса) на подавляющем отрезке прохождения платформы по кольцевому пути не обеспечивает эффективного отбора энергии ветра.

Известен также ветродвигатель, который по своим конструктивным признакам может быть указан в качестве прототипа предлагаемого преобразователя энергии [2].

Прототип содержит круговую дорогу, платформу, стойку, лопасть, флюгер, узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти.

Платформы вращаются вокруг вертикального центрального вала, от которого движение передается электрогенератору или водяному насосу.

К недостаткам прототипа относится сложность конструкции узла изменения ориентации и фиксации лопасти, что затрудняет его применение. Кроме того, конструкция прототипа не позволяет использовать ее в гидродвигателях.

Технический результат заключается в значительном повышении мощности и чувствительности к слабым потокам, упрощении конструкции преобразователя и расширении области его применения в гидроэнергетических установках.

Указанный результат достигается применением новой конструкции преобразователя энергии (ветродвигателя или гидродвигателя) с использованием основных рабочих элементов в виде плоских вертикальных лопастей (парусов), установленных на платформах, а платформы вращаются вокруг центрального вертикального вала. Мощность, развиваемая установкой, отбирается от центрального вала преобразователя энергии.

Наличие относительно большого количества платформ позволяет значительно удешевить всю конструкцию, т.к. при этом используются однотипные детали. Большая суммарная масса платформ защищает конструкцию от резких порывов ветра и стабилизирует скорость вращения платформ.

При маломощных преобразователях (1-5 кВт) платформы соединены между собой неподвижно и вокруг вертикального выходного вала, установленного на стойке.

При мощности ветродвигателя 5-15 кВт платформы могут быть выполнены в виде тележек на обычных резиновых колесах с воздушным наполнением. Платформы с помощью сцепок и плоских шарниров соединяются в замкнутую цепь и с помощью рычагов скрепляются с центральным валом, от которого отбирается мощность, развиваемая преобразователем (ветродвигателем или гидродвигателем). При таком соединении платформ с центральным колесом число колес может быть сокращено до двух или даже до одного. Они устанавливаются одно за другим по направлению движения платформы, аналогично велосипедным. Наиболее выгодно, когда центральный вал через мультипликатор подключается непосредственно к электрогенератору (или к насосу).

Мощность такого ветродвигателя (или гидродвигателя) будет зависеть от мощности, развиваемой единичной платформой, и количества соединенных между собой платформ и практически не ограничена в пределах экономической целесообразности.

Преобразователь энергии текучей среды содержит неподвижную стойку с выходным валом, платформы с плоскими лопастями, в корневой части которых установлены узлы изменения ориентации и фиксации положения лопастей. Платформы закреплены неподвижно вокруг выходного вала и содержат дополнительно центральную, периферийные звездочки и цепь. При этом периферийные звездочки установлены на узлах изменения ориентации и фиксации положения лопастей и через цепь кинематически связаны с центральной звездочкой, установленной на неподвижной стойке с возможностью поворота и фиксации углового положения.

Преобразователь энергии среды содержит указатель течения среды (флюгер), который устанавливается на неподвижной стойке с возможностью свободного вращения, и неподвижно связан с центральной звездочкой.

Преобразователь энергии текучей среды содержит дополнительно кинематически связанные второй вертикальный вал, второй ярус вертикальных плоских лопастей, а также первые и вторые обгонные муфты и ведущие шестерни, кинематически связанные через ведомую шестерню с электрогенератором (насосом). При этом ступицы первой и второй обгонных муфт неподвижно соединены с первым и вторым валами, а обоймы их - с шестернями соответственно.

Преобразователь энергии подвешен на горизонтальной балке лопастями вниз. Каждый узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти содержит дополнительную звездочку. При этом все звездочки платформ цепью связаны с центральной звездой, установленной на неподвижной оси вращения выходного вала и связанной неподвижно с указателем и фиксатором угла поворота.

При этом узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти содержит фланец с кулачками, опорные подшипники, верхнюю и нижнюю полумуфты сцепные, кинематически связанные первую, вторую внутренние звездочки, верхнюю и нижнюю сегментные звездочки, внутреннюю цепь, фланец сцепления, вторую пружину, а также внешнюю звездочку и связанное с ней неподвижно нижнее коромысло. Коромысло установлено на оси с возможностью свободного вращения, и на его концах симметрично установлены две половины лопасти с возможностью поворота до 90° во взаимнопротивоположных направлениях. При этом нижние полумуфты сцепные неподвижно связаны с соответствующими внутренними звездочками и кулачковым фланцем, установленным с возможностью продольного смещения и взаимодействующим с опорными подшипниками, кроме того, внутренние звездочки через вторую цепь взаимодействуют с верхними и нижними сегментными звездочками, которые связаны неподвижно с соосным фланцем сцепления. Фланец сцепления через вторую пружину взаимодействует с платформой. Кроме того, верхние полумуфты сцепные связаны неподвижно с соответствующими половинами лопасти.

Выходной вал и оси вращения лопастей ориентированы горизонтально, а плоскость вращения лопастей вертикальна и параллельна плоскости ориентации флюгера. При этом флюгер выполнен в виде усеченного конуса, который взаимодействует с центральной звездочкой и лопастями.

Платформы вращаются на колесах вокруг выходного вала по кругу, а узел изменения ориентации и фиксации положения одинарной лопасти содержит соосно установленные фланец лопасти, фланец ориентации и фланец с защелками, при этом на второй втулке, связанной неподвижно с первой звездочкой, фланец ориентации установлен неподвижно, а фланец с двумя защелками - с возможностью свободного вращения, кроме того, фланец с защелками через пружину накопителя энергии взаимодействует с платформой, а через две защелки - с двумя отжимными подшипниками, установленными на платформе, при этом первая звездочка через соответствующую цепь взаимодействует с центральной звездочкой, неподвижно установленной на втулке флюгера.

Узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти включает в себя ведущий фланец с двумя кулачками и двумя парами пальцев разной длины, фланец с фиксированной ориентацией с двумя отверстиями и фланец ведомый с четырьмя отверстиями, которые взаимодействуют с соответствующими двумя парами пальцев, неподвижно закрепленными в ведущем фланце, который, в свою очередь, через кулачки взаимодействует с отжимными подшипниками, установленными на корпусе платформы. Узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти содержит кинематически связанные фланец с фиксированной ориентацией, пружину и фланец лопасти, а также третью и четвертую периферийные звездочки, вторую центральную звездочку, штангу с подшипником и собачку, при этом каждая лопасть состоит из двух половин, шарнирно установленных между верхним и нижним коромыслами, в корневой части которых неподвижно установлены периферийный звездочки, кинематически связанные со второй центральной звездочкой, неподвижно связанной с фланцем лопасти, при этом первая звездочка неподвижно связана с фланцем с фиксированной ориентацией и нижним коромыслом, кроме того, фланец лопасти через фиксатор и штангу взаимодействует через барабан с наклонным пазом, и шток с пальцем - с флюгером конической формы, шарнирно установленным на оси вращения выходного вала преобразователя.

Преобразователь энергии текучей среды содержит платформы с плоскими вертикальными лопастями, в корневой части которых установлены узлы изменения ориентации и фиксации положения лопасти. При этом преобразователь содержит дополнительно два колеса, шарнирно установленных на вертикальных стойках вдоль течения среды (воды), а также сцепки, шарнирно связанные друг с другом и взаимодействующие с узлами изменения ориентации и фиксации положения лопастей, которые, в свою очередь, взаимодействуют через первые и вторые периферийные звездочки с центральными звездочками соответствующих колес.

Преобразователь содержит вертикальный вал с радиальными рычагами, вертикальные плоские лопасти, в корневой части которых установлены узлы изменения ориентации и фиксации положения лопасти, а также периферийные звездочки, кинематически связанные с центральной звездочкой, установленной на указателе направления течения текучей среды (реки). При этом преобразователь содержит дополнительно второй вал с радиальными рычагами, кинематически связанные вторые периферийные звездочки и центральную звездочку, установленную на вновь введенном втором указателе направления течения среды, кроме того, лопасти связаны друг с другом сцепками, взаимодействующими с наконечниками рычагов и узлами изменения ориентации и фиксации положения лопастей.

Узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти содержит кулачковый фланец с двумя параллельными пластинками, неподвижно связанный с соответствующей периферийной звездочкой, кинематически связанные верхний, нижний фланцы и пружину, а также подпружиненные рычаги с фиксаторами, шарнирно установленные на сцепке и взаимодействующие с кулачковым фланцем и через фиксаторы с нижним фланцем.

Узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти содержит верхний фланец с сегментным упором, двумя отжимными подшипниками и храповиком, подпружиненный фланец лопасти с кулачками, четырьмя отверстиями и пазами, установленный на втулке лопасти с возможностью продольного смещения, а также фиксирующий палец, неподвижно закрепленный в сцепке и взаимодействующий с отверстиями фланца лопасти, кулачки которого взаимодействуют с отжимными подшипниками, при этом наконечник храповика взаимодействуют с пазами фланца лопасти, а наконечник рычага - с сегментным упором верхнего фланца.

На втулках лопастей преобразователя установлены понтоны.

Оси вращения валов колес и лопастей ориентированы горизонтально и содержат дополнительно вторую пару колес и вторую замкнутую цепь из сцепок, ориентированную параллельно первой и взаимодействующую с лопастями, при этом оси вращения колес шарнирно установлены на четырех вновь введенных стояках, кроме того, один (или два) выходной вал кинематически связан с электрогенератором (насосом), неподвижно установленным на одном (или двух) из стояков.

На обоих концах осей вращения лопастей шарнирно установлены катки, взаимодействующие с четырьмя тросами, натянутыми попарно параллельно с двух сторон от колес.

Каждая лопасть ориентирована перпендикулярно и соединена неподвижно с соответствующей сцепкой.

На фиг.1 изображена конструкция первого варианта преобразователя энергии, установленного в потоке воды (реке), где

1 - бетонное основание;

2 - стойка неподвижная;

3 - стойка выдвижная;

4 - упорное кольцо;

5 - упорный подшипник;

6 - подпорки;

7 - центральный вал;

8, 9 - ведущая и ведомая шестерни;

10 - электрогенератор (насос);

11 - неподвижная подставка;

12 - герметичный корпус;

13 - рычаги;

14 - стойка лопасти;

15, 16 - первая и вторая половины лопасти;

17 - оси вращения двух половин лопасти;

18 - коромысло верхнее;

19 - центральная звездочка;

20 - периферийные звездочки (звездочки платформ);

21 - цепь первая;

22 - узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти.

На фиг.2 изображена конструкция первого варианта узла изменения ориентации и фиксации положения лопасти, где позиции 12-21 те же, что на фиг.1;

23 - крышка платформы;

24 - ролики;

25 - второй упорный подшипник;

26 - втулки лопасти;

27 - коромысло нижнее;

28 - кронштейн;

29 - внутренние звездочки;

30, 31 - верхняя и нижняя сегментные звездочки;

32 - вторая (внутренняя) цепь;

33, 34 - первая и вторая пружины;

35, 36 - верхняя и нижняя муфты сцепные;

37 - фланец сцепления;

38 - кулачковый фланец;

39 - кулачки;

40 - подшипники.

На фиг.3 изображена кинематическая связь между внутренними звездочками 29 и сегментными звездочками 30 и 31, создаваемая с помощью второй (внутренней) цепи 32.

На фиг.4 изображена конструкция совмещенного (гибридного) ветро-, гидропреобразователя энергии, где

41, 42 - первый и второй ярусы преобразователя энергии, каждый из которых идентичен преобразователю энергии, представленному на фиг.1, 2 и 3, содержит одни и те же признаки, кроме того на фиг.4 приведены дополнительно:

43 - упорные кольца;

44, 45 - первый и второй выходные валы;

46, 47 - первая и вторая обгонные муфты;

48, 49 - первая и вторая ведущие конические шестерни;

50 - ведомая коническая шестерня;

51 - электрогенератор (насос);

52 - флюгер конический.

На фиг.5 изображена конструкция второго подводного варианта преобразователя энергии, где подводная часть аналогична конструкции, представленной на фиг.1 и 2, а надводная часть содержит:

53 - лопасти одинарные;

54 - горизонтальная балка с подпорками;

55 - кронштейн;

56 - указатель угла поворота с фиксатором;

57 - центральная звездочка;

58 - выходной вал;

59 - коническая пара шестерен;

60 - электрогенератор (насос);

61 - подвески;

62 - подшипник упорный.

На фиг.6 изображена третья конструкция преобразователя энергии, где платформы вращаются в вертикальной плоскости. Оси вращения лопастей ориентированы горизонтально.

На фиг.6 представлены:

63 - кольцо упорное;

64 - подшипник упорный;

65 - выходной вал;

66, 67 - ведущая и ведомая шестерни;

68 - электрогенератор (насос);

69 - подставка;

70 - цилиндр;

71 - вращающаяся втулка;

72 - конический флюгер;

73, 74 - первый и второй рычаги;

75 - пружина флюгера;

76 - блочок;

77 - трос;

78 - палец;

79 - стержень;

80 - противовес.

На фиг.7 изображен вид В по фиг.6 на узел генератора.

На фиг.8 изображен вид А по фиг.6 на узел взаимодействия конического флюгера 72 на центральную звездочку 57, где позиции 72-79 те же.

Конструкция узла изменения ориентации и фиксации положения одинарной лопасти в преобразователях энергии на фиг.5 и 6 выполнена по упрощенной схеме, представленной на фиг.9.

На фиг.9 изображена конструкция ветряного варианта преобразователя энергии с третьим вариантом выполнения узла изменения ориентации лопасти, где

81 - платформа;

82 - колеса;

83 - ось вращения лопасти;

84 - рычаг соединительный;

85 - лопасть одинарная;

86 - втулка лопасти;

87 - фланец лопасти;

88 - первая звездочка;

89 - первая цепь;

90 - втулка вторая (первой звездочки);

91 - фланец ориентации;

92 - фланец с защелками;

93 - защелки;

94 - пружины защелок;

95 - рычаг защелки;

96 - пазы фланца ориентации;

97 - пазы фланца лопасти;

98 - кронштейны;

99 - подшипники;

100 - пружина-накопитель энергии.

На фиг.10 изображен вид А-А по фиг.9, где позиции 93-99 те же, что на фиг.9.

На фиг.11 изображена конструкция четвертого варианта узла изменения ориентации и фиксации положения одинарной лопасти, где позиции 83-100 те же, что на фиг.9 и фиг.10;

101 - фланец ведущий;

102 - фланец ведомый;

103 - фланец с фиксированной ориентацией;

104, 105 - первые и вторые пальцы;

106 - кулачки;

107 - подшипники отжимные;

108 - первые и вторые фиксирующие отверстия.

На фиг.12 изображена конструкция вращающейся платформы с пятым вариантом конструкции изменения ориентации и фиксации положения лопасти из двух половинок, где позиции 81-110 те же, что на фиг.9;

109, 110 - нижнее и верхнее коромысла;

111 - колпак цилиндрический;

112 - вторая центральная звездочка;

113 - третья цепь;

114 - фланец с фиксированной ориентацией;

115 - фланец лопасти;

116, 117 - третья и четвертая звездочки;

118 - собачка;

119 - подшипник;

120 - вилка;

121 - штанга;

122, 123 - первая и вторая половины лопасти.

На фиг.13 изображен вид А-А по фиг.12, где позиции 86-121 те же, что и на фиг.12;

124 - пазы;

125 - пружина собачки;

126 - рычаг собачки;

127 - ушки.

На фиг.14 изображена кинематическая связь между второй центральной звездочкой 112 и третьими 116 и четвертыми 117 звездочками, которая осуществляется с помощью третьей цепи 113.

На фиг.15 представлена конструкция центрального узла преобразования энергии, где

128 - стойка флюгера;

129 - вал выходной;

130, 131 - ведущая и ведомая шестерни;

132 - электрогенератор (насос);

133 - флюгер конический;

134 - цилиндрическая втулка;

135 - стержни;

136 - упор;

137 - горизонтальный рычаг флюгера;

138 - паз;

139 - палец;

140 - трос;

141 - блочок;

142 - центральная звездочка;

143 - шток;

144 - пружина флюгера;

145 - цилиндр с наклонным пазом.

На фиг.16 изображен общий вид сверху на преобразователь энергии, где позиции 85-133 те же, что и на фигурах 10, 14;

146 - вращающиеся платформы;

147 - лопасти плоские;

148 - рычаги;

149 - сцепки;

150 - штанга;

151 - подшипник;

152 - центральная звездочка;

153 - периферийные звездочки.

На фиг.17 изображен вид сверху на конструкцию преобразователя энергии, размещенную в потоке воды, где

154, 155 - колеса;

156 - рычаги;

157 - звездочки;

158 - лопасти;

159 - сцепки;

160 - центральная звездочка;

161 - цепь;

162 - неподвижные стойки.

На фиг.18 изображена конструкция второго варианта узла изменения ориентации и фиксации положения лопасти, где

163 - кронштейн;

164 - ось вращения звездочки;

165 - плоскопараллельные пластины;

166 - фланец кулачковый;

167 - прямоугольный торец;

168 - фланец нижний;

169 - пружина аккумулирующая;

170 - фланец верхний;

171 - рычаг;

172 - фиксатор;

173 - шарнир;

174 - пружина;

175 - втулка;

176 - понтон (герметичная камера);

177 - втулка лопасти.

На фиг.19 изображен вид А (сверху) по фиг.18, где позиции 191-206 те же, что на фиг.18.

На фиг.20 изображена конструкция второго варианта узла изменения ориентации и фиксации положения лопасти гидропреобразователя энергии по фиг.17, где позиции 156-167, 177 те же, что на фиг.17, 19;

178 - упорная втулка;

179 - пружина;

180 - фланец лопасти;

181 - палец направляющий;

182 - верхний фланец;

183 - кулачки;

184 - подшипники отжимные;

185 - храповик;

186 - сегментный упор;

187 - палец фиксирующий;

188 - отверстия фиксирующие;

189 - наконечник рычага 156;

190 - упор рычага.

На фиг.21 изображен вид на узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти по фиг.20 сверху, где позиции те же, что на фиг.17-20.

На фиг.22 изображен вид наконечника рычага 156 с упором 190.

На фиг.23 изображено положение храповика 185 относительно фланца 180, где

191 - наконечник храповика;

192 - радиальные канавки.

На фиг.24 изображен гидровариант преобразователя энергии с горизонтальными осями вращения лопастей, где

193, 194 - первая и вторая пары колес;

195 - стояки;

196 - оси вращения колес;

197 - оси вращения лопастей;

198 - плоские лопасти;

199 - сцепки;

200 - рычаги;

201 - узлы измерения ориентации и фиксации положения лопастей;

202 - электрогенератор (насос);

203 - подставка;

204 - тросы;

205 - катки.

На фиг.25 изображен вид сверху на преобразователь энергии, изображенный на фиг.24.

Преобразователь энергии текучей среды, представленный на фиг.1, может функционировать как гидродвигатель, так и ветродвигатель. В зависимости от этого меняется место размещения электрогенератора (насоса) (см. фиг.14 и 16).

Преобразователь энергии функционирует следующим образом.

На фиг.1 представлена конструкция преобразователя энергии (гидроварианта), установленного в реке или море.

Упорная стойка 2, вмонтированная в бетонный блок 1, устанавливается на дне реки или моря. Выдвижная стойка 3 позволяет регулировать высоту установки лопастей 15 преобразователя. Над упорным подшипником 5 установлены подпорки 6 для каждого корпуса платформы 12 отдельно. Узлы изменения ориентации и фиксации положения лопастей 22 размещены внутри герметичных корпусов 12 обтекаемой формы.

Центральный вал 7 насажен на вертикальную стойку и соединен горизонтальными рычагами 23 с герметичными корпусами. Герметичность корпусов облегчает их вес и защищает от коррозии размещенные внутри него элементы конструкции.

Для передачи энергии вращательного движения выходного вала 7 на электрогенератор 10 (или насос) используются ведущая 8 и ведомая 9 конические шестерни. Электрогенератор установлен на подставке 11, приваренной к торцу выдвижной стойки 3.

Так как направление течения реки постоянное, а скорость течения меняется редко, то в небольших пределах предусмотрена установка центральной звездочки 19 на стойке 3 с фиксированием ее углового положения при помощи болта. Угловое положение центральной звездочки с помощью первой цепи 21 передается на звездочки платформ 20, кинематически связанные с узлами изменения положения лопастей 22 (см. фиг.2).

Данный узел обеспечивает автоматическую установку первой 15 и второй 16 половин лопасти перпендикулярно течению реки на активном участке вращения платформы и вдоль течения реки на пассивном участке.

Каждая из половинок лопасти 15, 16 вращается вокруг своей оси 17, верхние концы которых шарнирно соединены с верхним коромыслом 18.

Коромысло 18, в свою очередь, установлено на вертикальной стойке лопасти 14 с возможностью свободного вращения.

На каждой платформе 12 в корневой части лопасти установлены узлы изменения ориентации и фиксации положения лопасти 22.

При повышении скорости течения реки выше установленной достаточно изменить угловое положение центральной звездочки 19. Это приводит к изменению углового положения звездочек платформ 20 и смещению точек а и б изменения ориентации лопастей на границах активного и пассивного участков их вращения вокруг их центрального выходного вала 7 (129 на фиг.15).

Изменение фазы переключения активного и пассивного участков траектории вращения платформ приводит к уменьшению скорости их вращения вокруг центрального вала, т.е. к сохранению прежней скорости его вращения, но при большей скорости течения реки.

Узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти 22 размещен внутри герметичного корпуса 12 и имеет конструкцию (первый вариант), представленную на фиг.2. Звездочки платформ 20 установлены неподвижно на вертикальных стойках лопастей 1. Стойки лопастей проходят через центры крышек платформ 23, вращающихся на роликах 24 по корпусу платформы 12. Уплотнительные прокладки для обеспечения герметичности корпуса не приведены на фиг.2.

Периферийные звездочки 20 платформ, установленные в каждом узле изменения ориентации и фиксации положения лопасти, через цепь 21 кинематически связаны с центральной звездой 19 (см.фиг.1).

Стойка 14 шарнирно установлена в центре корпуса 12 на втором упорном подшипнике 25. На стойке неподвижно закреплены нижнее коромысло 27, верхняя 30 и нижняя 31 сегментные звездочки, фланец сцепления 37, а также установлен кулачковый фланец 38 с возможностью продольного смещения по стойке.

На концах нижнего коромысла 27 симметрично стойке 14 устанавливаются первая и вторая половины лопастей 15 и 16 с возможностью свободного вращения вокруг своих осей 17. Верхние концы вращения двух половин лопасти шарнирно связаны с верхним коромыслом 18, вращающимся вокруг вертикальной стойки 14.

В корневой части втулок лопасти 26 неподвижно установлены внутренние звездочки 29, связанные второй (внутренней) цепью 32 с верхними 30 и нижними 31 сегментными звездочками по кинематической схеме, представленной на фиг.3. Оси вращения 17 двух половин лопастей могут быть закреплены к нижнему 27 и верхнему 18 коромыслам неподвижно (см. фиг.2).

В этом случае две половины лопасти неподвижно установлены на соответствующих втулка 26, свободно вращающихся на осях 17.

Внешняя звездочка 20 и связанное с ней неподвижно нижнее коромысло 27 установлены на стойке лопасти 14 с возможностью свободного вращения. На концах коромысел 18, 17 вертикально установлены две половины лопасти с возможностью поворота до 90° во взаимно противоположных направлениях.

На фиг.2 внутренние звездочки 29 установлены неподвижно с помощью кронштейна 28 соосно втулкам 26 в их корневой части, кроме того, на втулка 26 каждой половины лопасти неподвижно закреплены соответствующие верхние сцепные полумуфты 35. При этом нижние полумуфты 36, неподвижно связанные с кулачковым фланцем 38, свободно перемещаются вверх и вниз по втулкам 26. Первая пружина 33, установленная на стойке 14 между нижним коромыслом 27 и кулачковым фланцем 38, обеспечивает сцепление верхних 35 и нижних 36 полумуфт друг с другом, фиксируя ориентацию двух половин лопасти на активном и пассивном участках траектории вращения платформы вокруг центрального вала 7.

Нижние полумуфты сцепные 36 неподвижно связаны с соответствующими внутренними звездочками 29 и шарнирно - с кулачковым фланцем 38, установленным на стойке лопасти 14 с возможностью продольного смещения. Кулачковый фланец 38 взаимодействует с опорными подшипниками 40. Кроме того, внутренние звездочки через вторую (внутреннюю) цепь 32 взаимодействуют с верхними и нижними сегментными звездочками 30, 31. Сегментные звездочки 30, 31 неподвижно связаны с соосно установленным фланцем сцепления 37. Указанный фланец 37 через вторую накопительную пружину 34 взаимодействует с корпусом платформы 12.

В определяющих точка а и б траектории вращения платформ кулачки 39, закрепленные в диаметрально противоположных точках по периметру кулачкового фланца 38, взаимодействуют с подшипниками 40. Эти подшипники установлены на корпусе 12 так, что дважды за период вращения платформы, наталкиваясь на кулачки 39, выводят полумуфты 35 и 36 из сцепления друг с другом.

При этом заведенная на 180° вторая пружина 34 поворачивает с помощью фланца сцепления 37 на половину оборота соосно и неподвижно связанные с ним сегментные звездочки 30 и 31. Цепная связь между сегментными звездочками 30, 31 и внутренними звездочками 29, приведенная на фиг.3, обеспечивает изменение ориентации двух половинок лопасти 15, 16 на угол ±90° через каждые пол-оборота платформы. Для этой цели диаметр делительной окружности сегментных звездочке и внутренних звездочек 29 берется в соотношении 1:2.

Кроме того, зубцы верхней и нижней сегментных звездочек занимают менее половины их окружности и расположены на разных уровнях с двух противоположных сторон окружности.

Когда входят в сцепление со второй цепью 32 зубцы одной сегментной звездочки, зубцы второй звездочки должны быть свободны, т.е. не должны находиться в сцеплении с цепью и наоборот.

Кинематическая цепная связь между сегментными звездочками 30 и 31 и внутренними звездочками 29 (см. фиг.3) обеспечивает периодическое изменение направления ориентации двух половин лопасти при постоянном направлении вращения фланца сцепления 37. Когда входит в сцепление верхняя сегментная звездочка, цепь поворачивает правую половину лопасти на угол +90°, левую на -90°. Через полпериода вращения в сцепление входит нижняя сегментная звездочка и цепь меняет свое направление движения на обратное. При этом правая половина лопасти поворачивается вокруг своей оси на -90°, а левая - на +90°.

Таким образом, на активном участке обе половины лопасти устанавливаются перпендикулярно направлению течения реки (ветра), а на пассивном участке - вдоль указанного направления.

Направление течения реки задается и фиксируется с помощью центральной звездочки 19. Направление течения реки, заданное фиксированной ориентацией центральной звездочки 19 относительно неподвижной стойки 3, с помощью первой цепи 21 передается на все периферийные звездочки платформ 20.

Центральная звездочка и звездочки платформ имеют одинаковые диаметры и количество зубцов. Несмотря на вращение платформ вокруг центрального вала, звездочки платформ 20 и неподвижно связанные с ними коромысла 18, 27 и кулачковые фланцы 38 сохраняют свою ориентацию в пространстве. Сила давления текучей среды (воды или ветра) на лопасти с помощью рычагов 13 передается на центральный вал. Момент вращения пропорционален площади лопасти и длине рычага, а также количеству лопастей, находящихся на активном участке.

На фиг.4 представлен "гибридный" вариант преобразователя энергии, где на один генератор передается энергия вращения двух ярусов лопастей.

Первый ярус преобразует энергию текучей воды (реки или волн моря), а второй ярус - энергию ветра. Принципы работы обоих ярусов идентичены друг другу и конструкция их аналогична описанным выше конструкциям на фиг.1, 2 и 3.

Первый ярус лопастей работает в воде, где направление течения не меняется. Поэтому центральная звездочка 19 устанавливается на стойке 3 неподвижно.

Второй ярус работает от ветра, направление и скорость которого меняются произвольно. Поэтому центральная звездочка 19 второго яруса устанавливается на втулке флюгера 52. Изменение направления и скорости ветра приводит к изменению углового положения центральной звездочки, а это, в свою очередь, - к смещению активного и пассивного участков (точек а и б) на траектории вращения платформ (см. описание фиг.14).

Указатель течения среды (флюгер) 52 устанавливается на неподвижной стойке с возможностью свободного вращения и неподвижно связан с центральной звездочкой.

Вращение выходных валов 44 и 45 первого и второго ярусов преобразователя с помощью соответствующих обгонных муфт 46 и 47 и ведущих конических шестерен 48 и 49 передается на единую ведомую коническую шестерню 50.

Для этой цели ступицы первой и второй обгонных муфт необходимо соединить неподвижно с соответствующими валами, а обоймы их - с соответствующими шестернями.

Обгонные муфты 46, 47 выполнены на конструкции типа I [3]. Эта конструкция муфт обеспечивает автоматическую развязку работы двух ярусов лопастей. Если, например, нет ветра, то верхняя обгонная муфта 47 разъединяет верхнюю ведущую шестерню 49 от выходного вала 45. Шестерня 49 при этом будет отключена от ведомой шестерни 50.

Под нагрузкой генератор (насос) 51 и связанная с ним шестерня крутятся медленно. При этом обгонные муфты обеспечивают одновременное включение обеих ведущих шестерен и параллельную работу двух ярусов преобразователя.

На фиг.5 приведена конструкция второго подводного варианта преобразователя энергии.

Эта конструкция отличается тем, что лопасти одинарные и узлы изменения ориентации и фиксации положения имеют упрощенную конструкцию, представленную на фиг.9, 10. Эта конструкция используется также в третьем и четвертом вариантах преобразователя, представленных на фиг.6 и 9.

Второй вариант конструкции преобразователя подвешивается над уровнем реки или моря с помощью горизонтальной балки с подпорками 54.

Электрогенератор (или насос) 60 устанавливается над балкой. Вся тяжесть подводной части преобразователя приходится на упорный подшипник 62. В зависимости от направления и скорости течения воды устанавливается и фиксируется угловое положение центральной звездочки 57. Для этой цели используется кронштейн 55 и указатель угла поворота центральной звездочки с фиксатором (болтом) 56. Указатель поворота 56, неподвижно связанный с центральной звездочкой 57, установлен на оси вращения выходного вала. При этом каждый узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти содержит дополнительную звездочку. Кроме того, все звездочки платформ цепью связаны с центральной звездочкой 57.

Угол поворота центральной звездочки определяет положение точек а и б на траектории вращения платформ, где происходит изменение ориентации лопастей. Смещая положение активного и пассивного участков траектории вращения текучей среды (реки или ветра) платформ относительно направления течения, можно регулировать скорость вращения выходного вала преобразователя.

Экспериментально можно установить однозначное соответствие между скоростью течения реки и угловым положением центральной звездочки 57, при котором скорость вращения выходного вала не меняется. Это позволяет отградуировать шкалу, где указатель поворота с фиксатором 56 будет указывать на скорость, при которой будет обеспечена номинальная скорость вращения выходного вала 58 и номинальная мощность электрогенератора 60.

Для подключения электрогенератора (или насоса) используется коническая пара шестерен 59.

Для согласования скорости вращения выходного вала с номинальной скоростью вращения электрогенератора используется мультипликатор (на фиг.5 не указан). При использовании винтового водяного насоса, который работает при любых скоростях вращения винта, необходимость в применении мультипликатора отпадает.

Третий вариант конструкции преобразователя энергии, представленный на фиг.6, может быть использован как гидродвигатель, так и ветродвигатель.

Отличие его от второго варианта (фиг.5) заключается в том, что платформы с одинарными лопастями 53 вращаются вокруг горизонтального выходного вала 65 в вертикальной плоскости. Эта плоскость параллельна плоскости ориентации флюгера 72.

Оси вращения лопастей ориентированы горизонтально, узлы изменения ориентации и фиксации положения одинарных лопастей выполнены, как и для второго варианта преобразователя, по упрощенной конструкции, представленной на фиг.9 и 10.

В отличие от второго варианта в данной конструкции предусмотрена автоматическая регулировка скорости вращения выходного вала 65 преобразователя при изменении скорости течения текучей среды.

В остальном данная конструкция преобразователя выполнена аналогично конструкции второго варианта преобразователя, представленной на фиг.5.

На вертикальной стойке неподвижно закрепляется упорное кольцо 63, на котором устанавливается упорный подшипник 64 и вращающаяся втулка 71. Весь механизм преобразователя монтируется на этой вращающейся втулке 71. Для компенсации веса вращающихся платформ с лопастями может быть использован противовес 80, прикрепленный к втулке 71 с противоположной стороны (см. фиг.7).

Флюгер конической формы 72 и электрогенератор 68 с подставкой 69 также установлены с 2-х противоположных сторон относительно втулки 71, закреплены к ней и вращаются вместе.

Флюгер конической формы 72 ориентирует плоскость вращения лопастей относительно направления ветра.

Конструкция конического флюгера приводится на фиг.14 и подробно описана в прототипе [2].

Давление ветра (или воды) на боковую поверхность усеченного конуса флюгера с помощью рычагов 73, 74 стержня 79 и пальца 78 меняет ориентацию центральной звездочки 57.

При слабом ветре пружина 75 приводит рычаг 74 в крайне правое положение по часовой стрелке (см. фиг.8). Трос 77, перекинутый через блочок 76, установленный на конце первого рычага, подтягивает конический флюгер 133 с помощью пальца 139 в крайнее левое положение и прижимает его к упору 136.

Положение второго рычага 74 при этом соответствует номинальной скорости ветра. Через стержень 79 и палец 78 ориентация рычага 74 передается и меняет ориентацию центральной звездочки 57.

При слабом ветре (меньше номинального) граница раздела активного и п