Гравитационная гидромашина
Изобретение относится к устройствам, преобразующим энергию, в частности к устройствам преобразования энергии выталкивающей силы жидкости и силы гравитации, а более конкретно к гравитационной электроэнергетической установке. Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции, снижение затрат на получение возобновляемой экологически чистой электроэнергии, возможность использования для выработки электроэнергии малых рек, ручьев и даже на городские коллекторы сточных вод. Технический результат достигается тем, что в гравитационной гидромашине, содержащей корпус с каналами подвода и отвода рабочей текучей среды, систему управления и подвижный рабочий орган, рабочий орган выполнен в виде, по крайней мере, одного плавучего предмета, расположенного вдоль направляющих корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения, корпус снабжен клапанами подвода и отвода рабочей текучей среды, соединенными с приводными элементами системы управления для регулярного открытия и закрытия клапанов резервуара на входе и выходе. На рабочем органе напротив направляющих корпуса установлены элементы скольжения. 1 с.п.ф. 1 з.п.ф. 10 илл.
Полезная модель относится к устройствам, преобразующим энергию, в частности к устройствам преобразования энергии выталкивающей силы жидкости, силы гравитации и потока жидкости, а более конкретно к гравитационной электроэнергетической установке.
Известно устройство, содержащее двигатель и два конвейера, на одном из которых установлены емкости, подвергающиеся воздействию выталкивающей силы жидкости, а на другом емкости находящиеся вне жидкости, опускающиеся вниз под действием сил гравитации вместе с транспортером. Патент США 
3857242, кл. F03G 7/00, 1974. Недостатком указанного устройства является малый КПД из потерь энергии при вдавливании емкостей в жидкость и потери на трение в передачах.
Известно устройство для преобразования энергии выталкивающей силы жидкости и силы гравитации в механическую энергию, включающее транспортер с установленными на нем пустотелыми емкостями, устройствами снятия их и установки, резервуар с жидкостью, в котором установлен подпружиненный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости пустотелый цилиндр. Верхний торец пустотелого цилиндра расположен выше уровня жидкости под узлом отсоединения емкостей, установленных на транспортере, нижний в жидкости, а узел присоединения емкостей к нижней части транспортера выполнен в виде скобы, захватывающей емкость, расположенную в нижней части цилиндра при ударе в нее падающей сверху емкости, и автоматически освобождающей ее при подходе сцепного механизма транспортера. Патент Российской Федерации 2076243, МПК: F03G 7/00, 1997.
Известна гравитационная гидромашина, содержащая, по меньшей мере, две рабочие секции, каждая из которых включает корпус с каналами подвода и отвода рабочей текучей среды, ротор, соосно установленный на валу в корпусе, выполненный в виде диска с выступающими над его поверхностью щечками, периферийные поверхности которых сопряжены с внутренней поверхностью корпуса, при этом в дисках выполнены прорези, а в щечках радиальные и осевые пазы, в которых размещены с возможностью перемещения лопасти, а ширина пазов и прорезей соответствует толщине лопасти. Гидромашина снабжена электромагнитной системой управления, статором, установленным с зазором внутри корпуса и возможностью перемещения вокруг собственной оси вращения, при этом статор содержит кольцевой кожух, установленный с зазором внутри корпуса и сопряженный наружной поверхностью с колесами вращения, расположенными в зазоре между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью кольцевого кожуха и связанными с внешним приводным устройством, а на внутренней поверхности кольцевого кожуха по кругу в пазах с возможностью перемещения в радиальной плоскости установлены подвижные радиальные лопатки с пружинами противодавления, причем каждая пружина противодавления сопряжена с подвижной радиальной лопаткой и внутренней поверхностью паза. Статор содержит кольцевую раму с размещенной внутри ее цилиндрической рабочей камерой, размещенную с зазором и возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях внутри кольцевого кожуха, при этом на внутренней поверхности цилиндрической рабочей камеры по кругу в радиальной плоскости установлены постоянные магниты, подвижные радиальные лопатки в зазоре между внутренней поверхностью кольцевого кожуха и наружной поверхностью кольцевой рамы статора образуют рабочие секции, связанные через каналы связи с каналом подвода и каналом отвода текучей среды, а кольцевой кожух и кольцевая рама статора сопряжены между собой эксцентриковым устройством, внутри цилиндрической рабочей камеры статора с зазором и возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях размещен ротор, который содержит кольцо дебаланса, с размещенной внутри его полой камерой с установленными в радиальной плоскости по кругу наружной поверхности кольца дебаланса электромагнитами с обмотками управления, при этом кольцо дебаланса ротора наружной поверхностью через ролики обратной связи, установленные внутри корпуса с возможностью перемещения в радиальной плоскости и связанные с внешним приводным устройством, сопряжено с внутренней поверхностью цилиндрической рабочей камеры кольцевой рамы статора, внутри полой камеры кольца дебаланса с зазором и возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях размещена рама, содержащая по центру шаровую рабочую камеры, при этом по кругу соосно в радиальной плоскости внутри рамы ротора размещено не менее двух внешних цилиндров с размещенными внутри полыми поршнями, в которых установлены в радиальной плоскости электромагниты с обмотками управления, а ближе к центру рамы ротора соосно с внешними цилиндрами в радиальной плоскости размещены внутренние цилиндры с размещенными внутри поршнями дебаланса, в которых установлены электромагниты с обмотками управления, в каждом зазоре, заполненном жидкостью (газом), между внутренней поверхностью поршня дебаланса и в зазоре между рамой и поршнем дебаланса размещены силовые пружины, а внутри шаровой рабочей камеры с зазором и возможностью перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях размещен шар-эксцентрик, причем кольцо дебаланса и рама ротора сопряжены между собой эксцентриковым устройством, при этом соосно на наружной поверхности кольца дебаланса установлены коллекторы для зачистки электромагнитов с обмотками управления от внешнего источника электроэнергии, между наружными боковыми поверхностями кольцевого кожуха статора, кольца дебаланса ротора и внутренней поверхностью корпуса установлены подшипники и герметизирующие перегородки, разделяющие внутри корпуса канал подвода и канал отвода текучей среды, при этом в канале отвода вертикально установлен энергетический конус, содержащий конусообразный кожух с осью вращения, связанный с внешним приводным устройством, по внутренней поверхности которого установлен винтовой формы объемной спирали канал, заполненный текучей средой. Патент Российской Федерации 2099592, МПК: F03G 3/00, 1997. Прототип. Основной недостаток и аналогов и прототипа слишком сложное конструктивное исполнение.
Данная полезная модель устраняет недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции, снижение затрат на получение электроэнергии и получение возобновляемой экологически чистой энергии.
Технический результат достигается тем, что в гравитационной гидромашине, содержащей корпус с каналами подвода и отвода рабочей текучей среды, рабочий орган выполнен в виде, по крайней мере, одного плавучего предмета, расположенного вдоль направляющих корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения, соединенный с преобразователем поступательного движения в виде планетарной передачи или кривошипно-шатунного механизма, корпус снабжен клапанами подвода и отвода рабочей текучей среды, соединенными с приводными элементами системы управления для регулярного открытия и закрытия клапанов резервуара на входе и выходе, при этом корпус выполнен, по крайней мере, в виде пары идентичных резервуаров, система управления в виде поплавковорычажного механизма, а на рабочем органе напротив направляющих корпуса установлены элементы скольжения.
Сущность полезной модели поясняется на фигурах 1-6.
На фиг.1a схематично представлены основные элементы гидромашины, где: 1 - рабочий орган: плавучий предмет - полый цилиндр, 2 - направляющие корпуса, ограничивающие движения плавучего предмета в вертикальном направлении, 3 - планетарная передача или кривошипно-шатунный механизм.
На фиг.1б схематично представлена гидромашина, где: 1 - рабочий орган: плавучий предмет - поршень, 3 - планетарная передача или кривошипно-шатунный механизм, 4 - корпус, 5 - впускной клапан, 6 - выпускной клапан, 7 - текучая среда.
На фиг.2 схематично представлена гидромашина с двумя поршнями, где: 1 - рабочий орган: плавучий предмет - поршень, 3 - кривошипно-шатунный механизм, 5 - впускной клапан, 6 - выпускной клапан, 7 - текучая среда.
На фиг.3 схематично представлена гидромашина многопоршневого исполнения, где: 1 - рабочий орган: плавучий предмет - поршень, 3 - кривошипно-шатунный механизм, 5 - впускной клапан, 6 - выпускной клапан, 7 - текучая среда, 8 - резервуар для нескольких корпусов.
На фиг.4 схематично представлен процесс заполнения с двумя идентичными резервуарами.
На фиг.5а и 5б - схематично представлены клапаны 5 и 6 в виде откатных ворот с минимальными зазорами (фиг.5 а) или в виде лифта с двумя одинаковыми шторками (фиг.5 б).
На фиг.6а и 6б схематично представлен поплавковорычажный механизм автоматического регулирования открытия и закрытия отверстий в резервуарах.
Гидромашина работает следующим образом.
Для работы гидромашины необходима любая текучая среда 7 с разными уровнями притока и оттока. При ограничении движения плавучего предмета 1 в вертикальном направлении и регулярном изменении уровня текучей среды 7 в объеме корпуса 4 с помощью впускного клапана 5 и выпускного клапана 6 возникает возвратно-поступательное движение плавучего предмета 1. Возвратно-поступательное движение плавучего предмета 1 с помощью планетарной передачи или кривошипно-шатунного механизма 3 переходит во вращательное движение, которое можно использовать непосредственно или использовать для получения электрической энергии.
Вместо плавучего предмета - поршня 3 можно использовать полый предмет (например, обычную бочку с утяжелителем), которая плавает в корпусе (резервуаре) с направляющими корпуса 2 для обеспечения свободного вертикального движения. На плавучем предмете (бочке) установлены элементы скольжения стальные листы или подшипники напротив направляющих 2 для обеспечения скольжения. При заполнении корпуса (резервуара) поршень 1 поднимается вверх под давлением воды, а при опустошения корпуса (резервуара) поршень 1 автоматически опускается вниз под воздействием собственной массы.
Регулярное заполнение и опустошение корпуса (резервуара) на пути текучей среды 7 с разными уровнями притока и оттока можно легко организовать с применением автоматики для регулярного открытия и закрытия клапанов 5, 6 корпуса (резервуара) на входе и выходе. Таким образом, мы получаем возвратно-поступательное движение под воздействием двух природных сил: давления воды и гравитации.
Корпуса (резервуары) можно установить параллельными парами и удвоить их количество. Кроме того, в каждом резервуаре можно установить ряд плавучих предметов 1 (фиг.3). Поскольку все ряды будут работать синхронно, то скорость вращения валов будет одинакова. Поэтому можно подсоединить весь ряд валов к одному валу для передачи вращательного движения на него и получения общего более мощного вращательного движения для выработки электроэнергии или механических усилий.
Используя это техническое решение с применением подручного материала (бочек или цистерн с дополнительными элементами) при минимальных затратах можно построить гидромашины для маломощных электростанций на малых реках, ручьях и даже на городских коллекторах сточных вод.
Для максимального эффективного использования потока проточной воды необходимо направлять поток через два одинаковых резервуара с одинаковыми площадями отверстий притока и оттока. В таком случае 100% объем поступающей воды при открытом вводе и закрытом выводе идет на заполнения резервуара для поднятия рабочего элемента (Фиг.4а).
Для упрощения конструкции и работы клапанов 5 и 6 отверстия или каналы ввода и вывода текучей среды 7 были на нижних уровнях (фиг.1б ).
Стопроцентной герметизации клапанов 5 и 6 при работе не требуется, поэтому использованы простые механизмы. Клапаны 5 и 6 в виде откатных ворот с минимальными зазорами (фиг.5 а) или в виде лифта с двумя одинаковыми шторками (фиг.5 б).
Можно использовать более простой вариант, где установлены только впускные клапаны 5, а выпускные клапаны 6 не установлены (выпускные отверстия открыты). При этом площадь притока в каждом резервуаре в два раза больше площади оттока. Тогда при открытом притоке 50% объема воды уходит через клапан открытого оттока и 50% объема идет на заполнения резервуара и поднятия рабочего элемента (Фиг.4б). Этот вариант приемлем, когда существует обильный поток текучей среды 7.
Можно установить механическую автоматическую систему открытия и закрытия притока в каждый резервуар. Клапан первого резервуара открывается в момент наполнения второго резервуара "плечом" установленным на рабочем органе второго резервуара. Плечо давит на рычаг клапана, открывает его и фиксирует в открытом положении с помощью защелки или фиксатора. Клапан второго резервуара закрывается стойкой, установленной на рабочем органе второго резервуара. Это стойка давит на рычаг клапана, который в свою очередь направляет клапан вниз для закрытия притока. В двух резервуарах конструкции симметричны. В момент заполнения одного резервуара (и опустошения второго) система срабатывает и приток в заполненном резервуаре прекращается и он начнет опустошаться, а во второй резервуар - заполнятся и.т.д. Систему из двух параллельных резервуаров запускают вручную с закрытием клапана одного из резервуаров. Она начинает работать, когда приток в каждый резервуар в два раза больше, чем отток.
Гравитационная гидромашина, содержащая корпус с каналами подвода и отвода рабочей текучей среды, систему управления и подвижный рабочий орган, отличающаяся тем, что рабочий орган выполнен в виде, по крайней мере, одного плавучего предмета, расположенного вдоль направляющих корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения, соединенный с преобразователем поступательного движения в виде планетарной передачи или кривошипно-шатунного механизма, корпус снабжен клапанами подвода и отвода рабочей текучей среды, соединенными с приводными элементами системы управления для регулярного открытия и закрытия клапанов резервуара на входе и выходе, при этом корпус выполнен, по крайней мере, в виде пары идентичных резервуаров, система управления в виде поплавково-рычажного механизма, а на рабочем органе напротив направляющих корпуса установлены элементы скольжения.
