close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6314

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6314
(13) C1
(19)
7
(51) F 03B 7/00,
(12)
F 03D 3/00, 7/00, 9/00
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
УСТРОЙСТВО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
ПОТОКА
(21) Номер заявки: 970180
(22) 1997.03.28
(46) 2004.06.30
(71) Заявитель: Коваленко Владимир Эдуардович; Коваленко Эдуард Петрович (BY)
(72) Авторы: Коваленко Владимир Эдуардович; Коваленко Эдуард Петрович
(BY)
(73) Патентообладатель: Коваленко Владимир Эдуардович; Коваленко Эдуард
Петрович (BY)
BY 6314 C1
(57)
1. Устройство использования кинетической энергии потока, содержащее установленный
на катамаране ротор с полой осью, разделенной поперечной перегородкой на всасывающую
и нагнетательную полости, емкости переменного объема, каждая из которых соединена жесткой связью с рабочей лопастью с боковыми плоскостями, выполненными выпуклыми с
одной стороны и вогнутыми с другой и расположенными в одностороннем окружном направлении, электрогенератор, вентили, отличающееся тем, что полая ось ротора выполнена с возможностью вращения с ротором и кинематически связана с электрогенератором,
подвижные стенки парных емкостей переменного объема, расположенные симметрично относительно полой оси, жестко соединены между собой тягами, а каждая емкость переменного объема соединена с всасывающей и нагнетательной полостями отверстием соответственно с всасывающим и нагнетательным обратными клапанами, торцы отводов всасывающей и нагнетательной полостей герметично установлены соответственно в подводящем и
отводящем трубопроводах, выполненных невращающимися вокруг своей продольной оси, а
вентили установлены в отводах всасывающей и нагнетательной полостей.
Фиг. 1
BY 6314 C1
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ротор выполнен с возможностью установки его оси как в горизонтальном, так и вертикальном положении на различном расстоянии от ватерлинии катамарана, рабочие лопасти выполнены съемными, а тяги пропущены через направляющие, жестко установленные на внешней поверхности полой оси.
3. Устройство по пп. 1 или 2, отличающееся тем, что катамаран снабжен поплавками,
выполненными в виде баллонов с возможностью использования в качестве аккумуляторов
давления газа, соединенных через вентили с отводящим и подводящим трубопроводами и
имеющих выпускные газоотводы с вентилями.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что при вертикальной установке полой оси
ротор размещен над или под катамараном, установленным на съемных парах колес, полая
ось ротора выполнена кинематически связанной с возможностью отключения с одной из
съемных пар колес, а также с возможностью отключения с электрогенератором, нижние
торцы трубопроводов выполнены с возможностью опоры и поворота на объемном шарнире, установленном на двух опорах, смонтированных на катамаране.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что расстояние l между рабочими лопастями каждой их пары удовлетворяет соотношениям
l ≥ 5b при b < h
l ≥ 5h при h < b,
где b - ширина рабочей лопасти;
h - высота рабочей лопасти.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что расстояние L между боковыми плоскостями рабочей лопасти удовлетворяет соотношению
L ≥ 5d,
где d - ширина боковой плоскости.
7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что емкости переменного объема расположены в обтекаемой формы корпусе, установленном на полой оси ротора и имеющем отверстия для продольного смещения жестких связей.
8. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что при горизонтальном положении оси ротора каждая пара лопастей, соединенных тягами, выполнена с возможностью смещения
под действием их силы тяжести на расстояние сдвига подвижной стенки емкости переменного объема.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что лопасти выполнены в виде имеющих
повышенную массу полусфер или полуцилиндров, направленных вогнутой стороной в одну сторону по окружности.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что часть ротора расположена ниже ватерлинии за обтекателем для перегораживания потока.
(56)
SU 1809157 A1, 1993.
SU 1076614 A, 1984.
SU 1126711 A, 1984.
FR 2717862 C1, 1995.
US 4222238 A, 1980.
Изобретение относится к способам и устройствам использования для перекачки текущих сред за счет кинетической энергии потока воздуха или жидкости.
Задачей изобретения является повышение КПД при изменении высоты всасывания и
выталкивания среды независимо от направления натекания потока на рабочие лопасти в
плоскости, перпендикулярной им, и расширение возможностей использования устройства.
Задача решается тем, что подвижные стенки двух емкостей переменного объема, расположенных симметрично относительно оси, жестко соединены между собой тягами, а
2
BY 6314 C1
каждая емкость переменного объема соединена с всасывающей полостью отверстием с
всасывающим обратным клапаном, а с нагнетательной полостью отверстием с нагнетательным обратным клапаном. Торцы отводов всасывающей и нагнетательной полостей
оси, выполненной вращающейся с ротором, герметично установлены в соответственно
подводящем и отводящем трубопроводах, выполненных невращающимися вокруг своей
оси, или торец отвода только нагнетательной полости герметично установлен в отводящем трубопроводе. Ротор выполнен имеющим две или более пары емкостей переменного
объема, а отводы всасывающей и нагнетательной полостей снабжены вентилями.
Известны обратимые роторные насосы [1, 2]. В корпусе такого насоса эксцентрично
расположен вращающийся ротор. В пазах ротора свободно перемещаются прямоугольные
пластины, прижимающиеся к внутренней поверхности корпуса за счет центробежной силы или специальными пружинами. Рабочей камерой насоса является полость уплотнения
на участке, равном расстоянию между двумя соседними пластинами. Недостатком насоса
при работе в качестве двигателя является то, что он не позволяет использовать кинетическую энергию в открытом потоке идя водоподъема и перекачивать другую текущую среду, кроме той, энергию которой используют.
Известное устройство [3] содержит ротор, заключенный в кожух, со стороны которого
подключен подводящий, а со второй - отводящий водоводы соответственно высокого и
низкого давления. Ротор имеет радиально расположенные лопатки, установленные в
плоскости, перпендикулярной оси водоводов с минимальным зазором относительно кожуха и снабженной боковыми стенками, образующими с лопатками камеры, в каждой из
которых размещена перегородка, разделяющая камеру на наружную и внутреннюю герметичные полости, последняя из которых заполнена газом. Ротор имеет вращающийся полый цилиндр, сообщенный при помощи газоводов с внутренними полостями, а эластичные перегородки, разделяющие полости, соединены жесткой связью.
Недостатком является то, что устройство имеет узкие функциональные возможности,
так как позволяет использовать только энергию перепада давления закрытого потока.
Наиболее близкой по технической сущности к рассматриваемому изобретению является подвижная гидравлическая установка [4], содержащая ротор, полая ось которого разделяется продольной и поперечной перегородкой на всасывающую и нагнетательную полости, емкости переменного объема, каждая из которых соединена жесткой связью с
рабочей лопастью, имеющей боковые плоскости, которые выполнены выпуклыми с одной
стороны и вогнутыми с другой и расположены в одностороннем окружном направлении.
Ротор установлен на катамаране и выполнен с возможностью вращения вокруг оси, выполненной неподвижной и подсоединенной к отводящему трубопроводу с вентилем.
Недостатком этого технического решения является уменьшение КПД при изменении
направления потока на 90° от оптимального до практически равного нулю, а при изменении на перекачиваемую среду выталкивают во всасывающую полость и всасывают из нагнетающей полости, а также узкий диапазон изменения оптимальных высот выталкивания
и всасывания. Так, высота выталкивания зависит только от силы давления потока, натекающего на внешнюю поверхность лопасти, а высота всасывания - от силы давления потока на внутреннюю поверхность лопасти. При всасывании среды в емкость переменного
объема, например, на высоту меньшую, чем это позволяет сделать сила давления на внутреннюю поверхность лопасти, КПД использования этой силы соответственно уменьшается, а следовательно понижается и КПД устройства, а излишняя часть этой силы не может
быть использована для увеличения высотой выталкивания. Аналогично, часть излишней
силы выталкивания не может быть использована для увеличения высоты всасывания.
Кроме того, катамаран позволяет передвигать устройство только по воде, а устройство
имеет узкие функциональные возможности, так как позволяет использовать только кинетическую энергию водного потока.
Решение задачи позволяет повысить КПД и расширить диапазон высот всасывания и
нагнетания, а также расширить функциональные и мобильные возможности устройства.
3
BY 6314 C1
Ротор может быть выполнен с возможностью установки оси ротора как в горизонтальном, так и вертикальном положении на различном расстоянии от ватерлинии катамарана,
рабочие лопасти могут быть съемными, а тяги пропущены через направляющие, жестко
установленные на внешней поверхности оси. Емкости переменного объема могут быть
расположены в обтекаемой формы корпусе, установленном на оси ротора и имеющем отверстия для продольного смешения связей.
При горизонтальном расположении оси на катамаране рабочая лопасть может быть
выполнена в виде одной боковой плоскости, имевшей повышенную массу, причем верхняя часть ротора находится в атмосфере, а нижняя часть ротора расположена ниже ватерлинии катамарана с боковыми плоскостями, направленными внутренней поверхностью в
направлении к носовой части катамарана, или ротор расположен ниже ватерлинии катамарана с нижней его частью, расположенной за обтекателем, к которому жестко подсоединены отведший и подведший трубопроводы, выполненные с возможностью отсоединения как от обтекателя, так и от катамарана, и внутренними поверхностями боковой
плоскости, направленными к кормовой части катамарана, который выполнен имеющим в
качестве поплавков баллоны с возможностью использования в качестве аккумуляторов
давления газа, соединенных с отводящим и подводящим трубопроводами через вентили и
имевшего выпускные газоотводы с вентилями.
При вертикальном положении оси ротор может быть размещен над и под катамараном, а его ось выполнена кинематически связанной с возможностью отключения с электрогенератором и с одной из съемных пар колес, на которых установлен катамаран. Нижние торцы трубопроводов выполнены с возможностью опоры и поворота на объемном
шарнире, установленном на двух опорах, смонтированных на катамаране. Отводящий и
подводящий патрубки с вентилями соединены с соответственно отводящим и подводящим
трубопроводами через соответствующие гибкие шланги, а тросы выполнены упругоэластичными и съемными.
Объемный шарнир может иметь две взаимно перпендикулярные оси, в середине одной
из которых жестко установлен нижний торец внешнего трубопровода и торцы которой
поворачиваются и опираются в раздвоенной части второй оси, торцы которой выполнены
опирающимися и поворачивающимися в двух опорах.
Расстояние между рабочими лопастями каждой их пары может быть равно
l≥5b, при b<h
и
(1)
l≥5h, при b>h,
где
l - расстояние между рабочими лопастями каждой пары;
b - ширина рабочей лопасти;
h - высота рабочей лопасти.
Расстояние между боковыми плоскостями рабочей лопасти может быть равным
(2)
l≥5d ,
где
d - ширина боковой плоскости.
Одностороннее движение среды через отверстия, соединяющие емкость переменного
объема с полостями оси, обеспечивает работу независимо от направления натекания потока на рабочие лопасти в заданной плоскости, что дает возможность применить устройство
для использования кинетической энергии потоков, изменяющих направление своего движения, например ветра или волновых движений едкости. Признак, касающийся жесткого
соединения между собою тягами подвижных стенок двух емкостей, определенным образом расположенных друг относительно друга, является необходимым конструктивным
условием повышения КПД при изменении высот всасывания и нагнетания путем автоматического перераспределения суммы сил давления потока на силы сжатия и растяжения
емкостей в каждой их паре в пределах этой суммы сил.
4
BY 6314 C1
Соединение каждой емкости, предлагаемым образом, отверстиями через клапаны с
полостями оси обеспечивает работоспособность устройства независимо от направления
натекания потока на рабочие лопасти в заданной плоскости, а в результате позволяет расширить возможность использования устройства.
Признак, касающийся отводов всасывающей и нагнетательной полостей, является необходимым условием для обеспечения подачи перекачиваемой среды потребителям по не
вращающимся трубопроводам, чем повышают возможности использования устройства
различными потребителями преобразованной энергии. Выполнение ротора, имеющего две
или более пары емкостей, позволяет поддерживать режим вращения ротора независимо от
нахождения одной из пар в положении, когда момент сил, вызывающих ее вращение, близок к нулю.
Признаки, касающиеся горизонтального и вертикального расположения оси ротора в
различном положении относительно ватерлинии катамарана, рабочих лопастей и тяг, являются необходимым условием расширения возможностей использования устройства.
Так, при вертикальном положении оси ротора выше ватерлинии катамарана устройство
может быть использовано для преобразования кинетической энергии ветра, а при роторе,
расположенном ниже, для преобразования кинетической энергии водного потока, покрытого льдом.
Расположение ротора ниже ватерлинии с нижней его частью за обтекателем повышает
КПД устройства, так как за обтекателем возникает зона отрыва потока, в нижней части
которой жидкость имеет вектор скорости, направленный в противоположном направлении, чем в транзитном потоке (5), а следовательно давление на рабочие лопасти, движущиеся в направлении, противоположном вектору транзитного потока, меньше, в результате увеличивается вращающий момент сил, действующий на ротор. Возможность отсоединения отводящего и подводящего трубопроводов от катамарана позволяет использовать
устройство с минимальным нарушением, например, речного пейзажа в случае необходимости сохранения его эстетической ценности.
Выполнение катамарана имеющим баллоны, и использование их в качестве аккумуляторов давления газа, дает возможность дополнительно расширить возможности использования устройства и повысить его КПД. Так, это обеспечивает более гибкое удовлетворение потребностей, по сравнению с текущими возможностями устройства, потребителя, так
как позволяет перераспределять энергию сжатого в баллонах газа во времени. Баллоны
также могут быть использованы в качестве полозьев для передвижения по льду или снегу,
а в результате повысить мобильные возможности устройства.
Признаки, касающиеся кинематической связи оси ротора и установки катамарана на
колесах, обеспечивают дополнительное повышение мобильных возможностей устройства
на суше за счет кинетической энергии ветра. Признаки, относящиеся к объемному шарниру, позволяют повысить возможности использования энергии ветра при его критических,
ураганных скоростях.
Расположение рабочих лопастей в каждой паре на расстоянии, определяемом зависимостями (1), а также их боковых плоскостей по зависимости (2), дополнительно обеспечивает повышение КПД. В этом случае давление на внутреннюю поверхность рабочей лопасти, находящейся за рабочей лопастью своей пары по направлению движения потока,
достигает значения, близкого к максимальному, так как она будет находиться за зоной отрыва, образованной впереди расположенной рабочей камерой (5).
Расположение емкостей переменного объема в кожухе, установленном на оси ротора,
дает возможность дополнительно повысить КПД устройства за счет уменьшения гидравлических потерь на их вращение в потоке.
В совокупности приведенные отличительные признаки позволяют решить поставленную задачу.
5
BY 6314 C1
Вид устройства при вертикальном положении оси ротора показан на фиг. 1, на фиг. 2
приведен его план при горизонтальном положении оси ротора, с нижней частью, расположенной ниже ватерлинии, на фиг. 3 - поперечный разрез ротора, на фиг. 4 - его продольный разрез, на фиг. 5 - вид объемного шарнира со стороны, на фиг. 6 - разрез объемного шарнира, на фиг. 7 - схема устройства при горизонтальном положении ротора,
расположенного ниже ватерлинии за обтекателем.
Устройство содержит ротор 1, полая ось 2 которого разделена поперечной перегородкой о на всасывающую 4 и нагнетательную полости, емкости 6 переменного объема, жесткую связь 7, связывающую рабочую лопасть 8 с подвижной стенкой 9 емкости 6. Рабочие лопасти 8 имеют боковые плоскости 10, выпуклые с одной стороны и вогнутые с
другой, расположенные в одностороннем окружном направлении и выполненные, например, в виде полуцилиндров (фиг. 1 и 2) или полусфер (фиг. 7), причем торцы полуцилиндров могут иметь поперечные стенки (рис. 3). Ротор 1 осью 2 установлен на внешнем трубопроводе 11, выполненным невращающимся вокруг своей продольной оси и
закрепленном на катамаране 12, например, с помощью тросов 13, электрогенератор 14 кинематически подсоединен к оси 2 с возможностью отключения. Подвижные стенки 9 двух
емкостей 6, расположенных симметрично оси 2, жестко соединены между собой тягами
15. Ось 2 также кинематически связана с коробкой 16 передач с карданом, выполненными
с возможностью отключения, и мостом одной из пар колес 17 (на фиг. не показано), на которых установлены поплавки катамарана 12, выполненные в виде полых баллонов 18 с
возможностью демонтажа с них колес 17 (фиг. 1). Каждая емкость 6 соединена с всасывающей полостью 4 отверстием с всасывающим обратным клапаном 20 и с нагнетательной полостью 5 отверстием 21 с нагнетательным обратным клапаном 22. Торцы отводов
23 и 24 соответственно всасывающей 4 и нагнетательной полостей оси 26, выполненной
вращающейся с ротором, герметично установлены в соответственно невращающимся
подводящем трубопроводе 25, расположенном внутри внешнего отводящего трубопровода 11, всасывающая полость 4 также соединена через всасывающий клапан 20 и отверстия
19 с отводами 23. Торец отвода 24 полости 6 может быть герметично установлен только в
отводящем трубопроводе 11, а торец верхнего отвода 23 (фиг. 4) расположен в перекачиваемой среде. Ротор 1 имеет две или более пар емкостей 6, а отводы 23 и 24 соответственно всасывающей 4 и нагнетательной 5 полостей соответственно снабжены вентилями 26 и
27. Трубопроводы 11 и 25 выполнены составными с возможностью монтажа и установки
оси 2 в горизонтальном и вертикальном положении на различном расстоянии от ватерлинии 28 катамарана 12. Рабочие лопасти 8 выполнены съемными, а тяги 15 пропущены через направляющие 29, жестко установленные на внешней поверхности оси 2. Баллоны 18
подсоединены к трубопроводу 25 и к трубопроводу 11 соответственно через вентили 30 и
31, а также связаны между собой газоводом 32 через вентиль 33. Баллоны 18 имеют верхний и нижний выпускные газоводы 34 с соответственно верхним и нижним вентилями 35.
Нижние торцы трубопроводов 11 и 26 могут быть выполнены опирающимися с возможностью поворота на объемном шарнире 36, установленном на двух опорах 37, смонтированных на катамаране 12. В этом случае ось 2 расположена вертикально и установлена на вертикально собранных трубопроводах 11 и 25. Отводящий 36 и подводящий 39
патрубки с соответственно вентилями 40 и 41 могут быть подсоединены соответственно к
трубопроводам 11 и 25 через соответственно гибкие изгибающиеся шланги 42 и 43, а тросы 13 выполнены упругоэластичными и съемными. Объемный шарнир 36 имеет две взаимоперпендикулярные оси 44 и 45, причем к середине оси 45 жестко подсоединен нижний
глухой торец трубопровода 11, являющегося также нижним глухим торцом трубопровода
25, а ось 45 оперта своими концами с возможностью поворота на раздвоенной части 48
оси 44, концы которой выполнены опирающимися и поворачивающимися в опорах 37.
Баллоны 18 с вентилями 30 и 31 могут быть подсоединены соответственно к трубопроводам 25 и 11 через гибкие изгибающиеся шланги 46 и 47.
6
BY 6314 C1
Рабочие лопасти 8 в каждой их паре могут быть расположены на расстоянии, определяемом зависимостью (1), а боковые плоскости 10 лопастей 8 - соотношением (2).
При расположении нижней части ротора ниже ватерлинии 28 боковые плоскости 10
направлены своей внутренней поверхностью 49 в направлении к носовой части катамарана 12. Плоскости 10 могут быть также выполнены в виде полуцилиндров, имеющих как
сквозные (фиг. 1, 2), так и глухие торцы.
Когда ротор расположен ниже ватерлинии 26 с нижней его частью, расположенной за
обтекателем 50, внутренние поверхности 49 боковой плоскостью направлены в ней к кормовой части. Обтекатель 50 жестко связан стойками 51 с отводящим 11 и подводящим 25
трубопроводами с возможностью отсоединения от них. Трубопроводы 11 и 25 также могут быть выполнены с возможностью как жесткого подсоединения к катамарану, так и могут быть не связанными с ним или его составными частями. Стрелкой на фиг. 7 показано
направление движения потока, кинетическую энергию которого используют, обтекатель
50 установлен на дне водотока, а трубопроводы 11 и 25 прикреплены к катамарану 12. Вариант установки обтекателя 50 и ротора 1, имеющего трубопроводы 11 и 25, не связанные
с катамараном 12, на фиг. не показаны.
В водном потоке, изменяющем свое направление, катамаран может быть удерживаем
якорем 52 на тросах 53 (фиг. 2). Ротор 1 также может быть расположен ниже ватерлинии
28 при вертикальном положении оси 2 в случае использования энергии потока жидкости,
изменяющей свое направление, а также иметь одну половину ротора, расположенной за
обтекателем 50 (на фиг. не показано).
Поступление газа обратно в трубопроводы 11 и 25 из баллонов 18 через торцы газоводов, на которых установлены вентили 30 и 31, блокируют соответственно обратными клапанами 54 (на фиг. 2 не показаны, а на фиг. 1 показаны клапаны 54 при вертикальном положении оси 2 над катамараном 12).
Емкости 6 могут быть выполнены в виде усеченных конусов или многогранников, одно основание в которых является подвижной стенкой 9, а второе установлено жестко на
оси 2, являясь ее составной частью (на фиг. не показано). Кроме того, емкости 6 могут
быть заключены в кожух 55, установленный на оси 2 и имеющий отверстия 56 для продольного смещения в них связей 7 (фиг. 4 и 7).
Одна из пар колес 17 может быть выполнена с возможностью поворота с помощью
руля (на фиг. не показано).
Устройство снабжено съемными тросами и приспособлениями для удержания, например, якорями или анкерами, в заданном его положении на суше или водоеме, а также в
требуемом положении при перемещении.
Устройство работает следующим образом. При положении одной пары рабочих лопастей 8, при котором лопасти 8 расположены близко к положению, перпендикулярному к
направлению движения потока, давление на них натекающего потока близко к максимальному. В результате в каждой паре лопастей 8 в этом положении суммарная сила давления потека на лопасти 8 будет направлена близко к направлению движения потока и
сжимает переднюю по движению потока емкость 6 переменного объема, выталкивая находящуюся в ней среду в нагнетательную полость 5 через отверстия 21 с клапаном 22 и
далее по торцу отвода 24 через открытый вентиль 27 в трубопровод 11, а также расширяет
заднюю емкость 6, всасывая перекачиваемую среду из полости 4 при открытом верхнем
вентиле 26 и закрытом нижнем вентиле 26 нижнего отвода 23 (см. фиг. 4). При этом верхний отвод подсоединен к источнику перекачиваемой среды такой, например, как атмосфера, сбросные или оросительные воды и другие жидкости или газы. При открытом нижнем
вентиле 26 и закрытом верхнем вентиле 23 всасывают перекачиваемую среду из трубопровода 23 через нижнее отверстие 19 и клапан 20 полости 4. При этом сжатие и расширение каждой пары емкостей 6 происходит при условии, что
Fов > Fвс + Fнг,
(3)
7
BY 6314 C1
где
Fов - общая сила давления на рабочие лопасти 6 каждой пары,
Fвс - сила, необходимая для расширения задней емкости 6,
Fнг - сила, необходимая для сжатия передней емкости 6.
Причем при соблюдении зависимости (3) значения Fвс и Fнг могут изменяться произвольно, чем обеспечивается автоматическое перераспределение силы давления Fоб на
осуществление всасывания и выталкивания рабочей среды. Как только имеем
(4)
Fоб < Fвс + Fнг ,
обратные клапаны 20 и 22 закрываются, блокируя соответственно всасывание и выталкивание перекачиваемой среды в емкости 6 каждой их пары.
При положении одной пары лопастей 8, при котором они расположены в положении,
близком к параллельному к направлению движения потока, давление потока на боковые
плоскости 10 одной лопасти 8, направленные вогнутой поверхностью к потоку, будет почти в 4 раза превышать давление на плоскость 10 второй плоскости 10 каждой их пары, когда эти плоскости 10 выполнены в виде полусфер, при равенстве скоростей натекающего
на них потока (6), а когда такие плоскости 10 выполнены в виде полуцилиндров, почти в 2
раза при тех же условиях (7).
Давление в емкости 6 при выталкивании равно без учета потерь на сжатие емкости 6
(5)
Pнг = Fнг/w ,
где
Рнг -давление в емкости 6 в процессе выталкивания, w - рабочая площадь поперечного
сечения емкости 6. Давление в емкости 6 при всасывании
Pвс = Fвс/w ,
(6)
где
Рвс - давление в емкости 6 в процессе всасывания.
Силы Fнг и Fвс соответственно равны
Fнг = ρнгwо
(7)
Fвс = ρвсwо ,
где ρнг и ρвс - соответственно давление натекающего потока на рабочую лопасть 6 при
сжатии и растяжении в каждой паре емкостей 8.
wo - приведенная площадь натекания на рабочую лопасть 8.
Из зависимостей (3) - (7) следует, что, изменяя соотношение wo/w, можно регулировать значения ρнг и ρвс в емкости 8, а следовательно определять необходимую высоту
подъема, а также давления перекачиваемой среды.
При закрытых вентилях 26 и 27 и заполнении полостей и несжимаемой жидкостью
устройство может работать как обычный ветряк, преобразующий кинетическую энергию
ветра в механическую энергию вращения, которую с помощью подключенного электрогенератора 14 можно преобразовывать в электрическую.
При скорости ветра выше определенного значения сила давления ветра на ротор 1
достигает величины, при которой тросы 13, установленные по ветру, растягиваются, и
трубопровод 11 поворачивается на объемном шарнире 36, и в результате поворачивается
ось 2 и ротор 1. В этом случае изменяется угол натекания ветра на лопасти 8, из-за чего
уменьшается приведенная площадь натекания wo и, как следует из зависимостей (4) - (7),
уменьшается сила давления на лопасти 8, а следовательно на ротор 1.
Это обеспечивает повышение надежности работы устройства при экстремальных скоростях ветра.
При установке катамарана 12 на парах колес 17 возможно перемещение устройства по
суше, чем повышается возможность его использования.
В этом случае рабочие лопасти 8 ротора 1 могут работать как паруса, при этом одновременно момент силы вращения ротора можно передавать на ведущую пару колес для их
привода.
8
BY 6314 C1
При горизонтальном положении оси 2 и использовании кинетической энергии потока
жидкости, изменяющей свое направление, установка катамарана на якоре 51 и тросах 52
обеспечивает необходимую ориентировку устройства в требуемом положении, а именно
так, что ось 2 ротора 1 будет перпендикулярна направлению движения потока (см. фиг. 2).
Баллоны 18 катамарана 12 могут служить (при снятых колесах 17) в качестве полозьев
при перемещении устройства по льду или снегу, в том числе, для перемещения его за счет
энергии ветра, используя ротор 1 в качестве паруса, при использовании, например, устройства для закачивания воздуха в воду под лед для борьбы с заморами в водоемах за счет
энергии ветра. В этом случае нижний вентиль 26 закрыт, верхний открыт (см. фиг. 4), а
верхний отвод 23 подсоединен к атмосфере.
Когда один из баллонов 18 подсоединен к трубопроводу через открытый вентиль 31, а
второй - к трубопроводу 25 через открытый вентиль 30, то в этих баллонах создается перепад давления газа, если перекачиваемой средой является газ. Таким образом, баллоны
18 позволяют аккумулировать во времени энергию перепада давления, чем расширить
возможности обеспечения так энергией потребителя. В случае, когда вентили 36 закрыты,
а оба баллона 18 подсоединены через открытые вентили 31 к трубопроводу 11, в обоих
баллонах аккумулируется газ повышенного давления, который может через верхний газовод 34 и открытый верхний вентиль 35 подаваться потребителю, например, для аэрации
воды в режиме, который более приемлем для потребителя, чем прямая подача из трубопровода 11 через патрубок 38 с вентилем 40. При отводе газа из баллонов 18 под давлением через нижний газовод 34 и нижний вентиль 35 в воду возможно перемещение устройства, например, в стоячей воде. Выравнивание давления в баллонах 18 производят
открытием вентиля 33 газовода 32. При закрытых вентилях 30 и 31 потребителя подсоединяют через патрубки 38 и 39 и регулируют подачу перекачиваемой среды вентилями
соответственно 40 и 41.
Расположение нижней части ротора 1 за обтекателем 50 обеспечивает нахождение ее в
зоне отрыва так, что плоскости 10, при их расположении внизу, находятся в зоне отрыва,
где скорости воды направлены по направлению смешения плоскостей 10. Этим понижается сила сопротивления плоскостей 10 при их возврате в транзитную зону потока, а следовательно повышается КПД устройства. Выполнение обтекателя 50, подсоединенного к катамарану 12, повышает надежность расположения нижней части ротора 1 в зоне отрыва за
обтекателем 50, а следовательно и большую устойчивость КПД устройства. Наличие корпуса 55 понижает также возможность наматывания на ротор, например, плавающей растительности, помимо повышения КПД.
Подачу газа потребителю из баллонов 18 можно осуществлять по верхнему газоводу 34,
а интенсивность подачи регулировать соответствующими вентилями 35. Поворотом нижнего газовода в горизонтальной плоскости можно наменять направление движения катамарана
в воде, а скорость поворота регулировать величиной открытия нижнего вентиля 35.
Направление движения устройства по суше регулируют парой колес, управляемых с
помощью руля, поворотом этих колес рулем можно также изменять направление его движения по воде.
Когда емкость 6 выполнена в виде усеченных конуса или многогранника с меньшим основанием, являющимся подвижной стенкой 9, необходима меньшая сила для ее сжатия в
начале этого процесса с ее возрастанием по мере сжатия. При выполнении большего основания в виде стенки 9 наблюдается обратная картина, что позволяет расширить диапазон
скоростей потока, при которых устройство работоспособно в конкретно решаемых задачах.
С помощью тросов и приспособлений для удержания устройства в заданном положении фиксировано располагают устройство в месте его работы на суше или водоеме, а также обеспечивают необходимое положение ротора при передвижении устройства с одного
места к другому.
Устройство с горизонтальным положением оси 2, как показано на фиг. 7, может работать автономно без прикрепления к катамарану 12. В этом случае устройство может рабо9
BY 6314 C1
тать как водоподъемник, когда торец трубопровода 11 расположен в водотоке, как нагнетатель - в трубопровод 25, когда торец 11 расположен в другой жидкой или газообразной
среде, за счет кинетической энергии водотока.
Изобретение целесообразно использовать вблизи потребителя, прежде всего для водоподъема, интенсификации процессов самоочищения в водных объектах, борьбы с тепловым
загрязнением, летними и зимними заморами, разрушения термоклинов в водохранилищах,
для флотации и регулирования процессов тепло- и массообмена в водном хозяйстве, а также
для водоснабжения на отгонных пастбищах, орошения и осушения отдельных участков
сельскохозяйственных угодий и решения других задач в сельском хозяйстве.
Источники информации:
1. А.с. СССР 1076614, МПК F 03В 13/12, Бюл. № 8, 1984.
2. В.В. Карасев, В.И. Дечев. Основы гидравлики, гидравлические машины и сельскохозяйственное водоснабжение. - Мн.: Урожай, 1965. - С. 226.
3. А.с. СССР 1126711, МПК F 03В 7/00, F 04B 45/04, 1984.
4. А.с. СССР 1809157, МПК F 03В 7/00, 1993.
5. Чжень П. Отрывные течения / Перевод с англ. А.И. Голубинского / Под ред. Г.И. Майкапара. - М.: Мир, 1973. Т. 2. - С. 84, 85.
6. А.Д. Альтшуль, П.Г. Киселев. Гидравлика и аэродинамика. - М.: Стройиздат, 1975. С. 232, табл. XIV.I.
7. Pierce F.J. Keynote Address; Shar and Drag // Fluid Dynamic Measurements, ASME,
Fluids Engineering Divizion. - New York. - № 9. - 1971. - P. 5.
Фиг. 2
Фиг. 3
10
BY 6314 C1
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
237 Кб
Теги
патент, by6314
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа