Силовой агрегат для утилизации энергии текущей среды

Силовой агрегат для утилизации энергии текущей среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к силовым агрегатам для утилизации энергии текущей среды, и может быть использовано для преобразования энергии потока текущей среды, например потока рек, в электрическую.

Известен силовой агрегат для утилизации энергии текущей среды, содержащий плавучее основание в виде катамарана, на котором размещена активная турбина, выполненная в виде установленного на ребро под углом к потоку текущей среды бесконечного ленточного конвейера с закрепленными на его ленте лопастями, и электрогенератор, кинематически связанный с бесконечным ленточным конвейером, причем каждая лопасть выполнена в виде ковша, способного складываться и ложиться на конвейерную ленту при переходе с рабочей на холостую ветвь бесконечного ленточного конвейера и имеющего на внешней поверхности карман для автоматического подъема лопасти потоком среды при переходе ее из холостого в рабочее положение (см. описание изобретения к патенту РФ №2269672, заявл. 17.06.2004, опубл. 10.02.2006, по кл. F03B 9/00).

Так как в образовании мощности силового агрегата участвует не только скорость потока текущей среды, но и общая площадь рабочих органов турбины, на которую воздействует этот поток, то известный силовой агрегат не берет всю энергию текущей среды, во первых, его бесконечный ленточный конвейер установлен под углом к потоку и, во вторых, он имеет холостую ветвь, не участвующую в работе.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому (прототипом) является силовой агрегат для утилизации энергии текущей среды, содержащий несущий каркас, на котором размещена активная турбина с установленными в ней с возможностью вращения двумя вертикальными валами, по краям которых закреплены приводные колеса, связанные между собой верхним и нижним гибкими тяговыми элементами, между которыми размещены лопасти, образуя замкнутый конвейер, расположенный поперек потока, лопасти рабочей поверхностью установлены под углом к направлению потока, замкнутый конвейер снабжен скользящими опорами, взаимодействующими с направляющими, выполненными в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса, а на несущем каркасе размещен электрогенератор, связанный приводом с одним из валов замкнутого конвейера, причем несущий каркас имеет как минимум две пары направляющих, скользящие опоры, взаимодействующие с направляющими, расположены на фронтальной и тыльной боковых кромках лопастей, по крайней мере, одна из направляющих каждой пары на несущем каркасе установлена с возможностью перемещения, а двигатель дополнительно снабжен винтовым механизмом для перемещения указанной направляющей (см. описание изобретения к патенту РФ №2166664, заявл. 19.06.2000, опубл. 10.05.2001, по кл. F03D 5/02).

Выполнение лопастей в виде плоских пластин, установленных наклонно к потоку, и расположение их на ветвях замкнутого конвейера, расположенного поперек потока, не позволяет создать чередование зон для увеличения скорости потока текущей среды и зон повышенного давления для создания гидродинамической кавитации и значительного увеличения КПД силового агрегата. Кроме того, наличие, как минимум, двух пар направляющих, расположение скользящих опор, взаимодействующих с направляющими на фронтальной и тыльной боковых кромках лопастей, а также установка, по крайней мере, одной из направляющих каждой пары на несущем каркасе с возможностью перемещения значительно усложняют конструкцию как механизма поворота лопастей, так и конструкцию силового агрегата в целом, а наличие значительного количества опор скольжения увеличивает сопротивление движению бесконечного конвейера и приводит к потере мощности силового агрегата.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в том, чтобы при прохождении потока через замкнутый конвейер создать чередование зон ускорения текущей среды и зон повышенного давления с образованием гидродинамической кавитации, что позволит дополнительно увеличить скорость движения замкнутого конвейера и мощность силового агрегата. Задача состоит еще и в том, чтобы уменьшить количество скользящих соединений движущегося замкнутого конвейера относительно несущего каркаса, что позволит снизить сопротивление движению бесконечного конвейера и также увеличить его мощность.

Поставленная задача решается тем, что в силовом агрегате для утилизации энергии текущей среды, содержащем несущий каркас, на котором размещена активная турбина с установленными в ней с возможностью вращения двумя вертикальными валами, по краям которых закреплены приводные колеса, связанные между собой верхним и нижним гибкими тяговыми элементами, между которыми размещены лопасти, образуя замкнутый конвейер, расположенный поперек потока, лопасти рабочей поверхностью установлены под углом к направлению потока, замкнутый конвейер снабжен скользящими опорами, взаимодействующими с направляющими, выполненными в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса, а на несущем каркасе размещен электрогенератор, связанный приводом с одним из валов замкнутого конвейера, согласно изобретению, лопасти выполнены в виде установленных вертикально треугольных призм, имеющих в основаниях равнобедренные треугольники, углом при вершине сориентированные в одном направлении, а скользящие опоры и каждая призма своими основаниями жестко связаны с соответствующими верхним и нижним гибкими тяговыми элементами.

Основания треугольных призм расположены по отношению к верхнему и нижнему гибким тяговым элементам вдоль оси симметрии.

Треугольные призмы выполнены с положительной плавучестью.

Выполнение лопастей в виде установленных вертикально треугольных призм, имеющих в основаниях равнобедренные треугольники, углом при вершине сориентированных в одном направлении, а также жесткое закрепление каждой призмы своими основаниями на соответствующих верхнем и нижнем гибких тяговых элементах позволяет создать в активной турбине чередование зон ускорения текущей среды и зон повышенного давления с образованием гидродинамической кавитации, что приводит к дополнительному увеличению скорости движения замкнутого конвейера и мощности силового агрегата.

Жесткое закрепление скользящих опор на верхнем и нижнем гибких тяговых элементах позволяет уменьшить количество скользящих соединений движущегося замкнутого конвейера относительно несущего каркаса, что снижает сопротивление движению бесконечного конвейера и также увеличить его мощность.

Выполнение треугольных призм с положительной плавучестью не требует применения дополнительных плавающих средств для удержания на плаву силового агрегата, что также упрощает конструкцию устройства.

Сущность изобретения поясняется описанием его конструкции и чертежами, где:

на фиг.1 схематично изображен силовой агрегат;

на фиг.2 - то же, вид сбоку.

Силовой агрегат для утилизации энергии текущей среды содержит несущий каркас 1. На каркасе 1 размещена активная турбина с установленными в ней с возможностью вращения двумя вертикальными валами 2 и 3, по краям которых закреплены приводные колеса 4, 5, связанные между собой верхним 6 и нижним 7 гибкими тяговыми элементами. Между этими элементами размещены лопасти, образуя замкнутый конвейер, расположенный поперек потока. Лопасти выполнены в виде установленных вертикально треугольных призм 8, имеющих в основаниях 9 равнобедренные треугольники, углом 10 при вершине сориентированные в одном направлении. Боковые грани 11 треугольных призм 8 составляют рабочую поверхность лопастей и установлены под углом к направлению потока. Замкнутый конвейер снабжен скользящими опорами 12, взаимодействующими с направляющими 13, выполненными в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса 1, а скользящие опоры 12 и каждая призма 8 своими основаниями 9 жестко связаны с соответствующими верхним 6 и нижним 7 гибкими тяговыми элементами, при этом основания 9 треугольных призм расположены по отношению к верхнему 6 и нижнему 7 гибким тяговым элементам вдоль оси симметрии 14.

На несущем каркасе 1 размещен электрогенератор 15, связанный приводом 16 с одним из валов замкнутого конвейера, например с валом 2.

Треугольные призмы 8 выполнены с положительной плавучестью.

Силовой агрегат для утилизации энергии текущей среды работает следующим образом.

Так как треугольные призмы 8 имеют положительную плавучесть, то несущий каркас 1 фиксируют в русле реки, например, с помощью тросов без дополнительных плавающих средств, располагая замкнутый конвейер поперек потока текущей среды.

Текущая среда воздействует на фронтально расположенные к потоку боковые грани 11 треугольных призм 8 обеих ветвей. Треугольные призмы 8 под воздействием потока начинают перемещаться, а верхний 6 и нижний 7 гибкие тяговые элементы, охватывающие приводные колеса 4 и 5, приводят их и соответствующие валы 2 и 3 во вращение. Вращение вала 2 через привод 16 передается на электрогенератор 15, преобразуя энергию потока в электрическую.

Выполнение лопастей в виде треугольных призм 8 создает на входе в замкнутый конвейер сужающиеся каналы, значительно ускоряющие поток движения текущей среды и создающие условия для образования сильного кавитационного поля. Внутри замкнутого конвейера за счет увеличения проходного сечения скорость потока резко падает, происходит кавитационно-кумулятивное воздействие на поток, которое приводит к значительному увеличению давления, в том числе и на рабочую боковую поверхность треугольных призм 8, ускоряющему движение замкнутого конвейера. Далее, на входе во вторую ветвь замкнутого конвейера скорость потока также увеличивается, ускоряя при этом движение активной турбины в целом.

По сравнению с прототипом заявляемое изобретение позволяет создать чередование зон ускорения текущей среды и зон повышенного давления с образованием гидродинамической кавитации, что дополнительно увеличивает скорость движения замкнутого конвейера и мощность силового агрегата. Кроме того, устройство позволяет уменьшить количество скользящих соединений движущегося замкнутого конвейера относительно несущего каркаса, что снижает сопротивление движению бесконечного конвейера и также увеличивает его мощность.

1. Силовой агрегат для утилизации энергии текущей среды, содержащий несущий каркас, на котором размещена активная турбина с установленными в ней с возможностью вращения двумя вертикальными валами, по краям которых закреплены приводные колеса, связанные между собой верхним и нижним гибкими тяговыми элементами, между которыми размещены лопасти, образуя замкнутый конвейер, расположенный поперек потока, лопасти рабочей поверхностью установлены под углом к направлению потока, замкнутый конвейер снабжен скользящими опорами, взаимодействующими с направляющими, выполненными в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса, а на несущем каркасе размещен электрогенератор, связанный приводом с одним из валов замкнутого конвейера, отличающийся тем, что лопасти выполнены в виде установленных вертикально треугольных призм, имеющих в основаниях равнобедренные треугольники, углом при вершине сориентированные в одном направлении, а скользящие опоры и каждая призма своими основаниями жестко связаны с соответствующими верхним и нижним гибкими тяговыми элементами.

2. Силовой агрегат для утилизации энергии текущей среды по п.1, отличающийся тем, что основания треугольных призм расположены по отношению к верхнему и нижнему гибким тяговым элементам вдоль оси симметрии.

3. Силовой агрегат для утилизации энергии текущей среды по п.1, отличающийся тем, что треугольные призмы выполнены с положительной плавучестью.