Гравитационный гидровакуумный двигатель
Изобретение относится к энергетическому машиностроению. Двигатель содержит две герметичные сообщающиеся камеры, соединенные с атмосферой и средством создания вакуума с возможностью их поочередного подключения. В каждой емкости помещен груз-поплавок с возможностью возвратно-поступательного движения. Груз-поплавок связан через шток с устройством для отбора мощности. Повышается мощность двигателя. 1 илл., 2 з.п. ф.-лы.
Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может найти применение для экологически чистого получения механической энергии и преобразования ее в другие виды энергии, например, электрическую, тепловую и т.д.
Известен гравитационный вакуумно-гидравлический двигатель (патент РФ 
2080485, МПК6 F03G 7/00, опубл. 27.05.1997 г.), включающий поплавки с изменяющимся объемом, состоящие из корпуса и выдвигающегося из него грузового поршня, и закрепленные с равномерным шагом на бесконечной ленте, натянутой на верхнее и нижнее колеса. Колеса с бесконечной лентой и поплавками помещены в камеру, заполненную рабочей жидкостью, и соединенную с вакуумирующим устройством.
К недостаткам двигателя можно отнести его конструктивную сложность и громоздкость, а также недостаточную мощность.
Известна газожидкостная машина (заявка РФ 95102885 А1, МПК6 F03B 1/04, опубл. 20.05.1997 г.), которая может быть использована в качестве двигателя или насоса. В варианте двигателя она включает две емкости, каждая из которых частично заполнена жидкостью. Давление газа на поверхности жидкости в первой емкости выше, чем давление газа на поверхности жидкости во второй емкости. К первой емкости, к той ее части, которая заполнена жидкостью, подключен гидравлический двигатель, выход из которого подключен к входу во вторую емкость. Дополнительно имеется камера, которая при помощи клапанов может периодически сообщаться как с первой, так и со второй емкостью. Ко второй емкости, к той ее части, которая заполнена газом, подключен выходной канал, по которому газ из второй емкости удаляется в атмосферу. К первой емкости, к той ее части, которая заполнена газом, подключен входной канал, периодически отключаемый от нее при помощи клапана. Из входного канала в первую емкость поступает газ от внешнего источника. Жидкость при работе установки из первой емкости через гидравлический двигатель поступает во вторую емкость, из которой она через камеру вновь поступает в первую емкость.
Недостатком вышеописанного двигателя является его ограниченная мощность, так как в нем работу совершает вытесняемая жидкость, не обладающая большой кинетической энергией, кроме того, двигатель занимает большой объем.
Изобретение решает задачу повышения мощности двигателя за счет накопления рабочим телом потенциальной энергии и преобразования ее в кинетическую энергию при рабочем ходе.
Для решения поставленной задачи в известном двигателе, включающем две герметичные емкости, частично заполненные жидкостью, с клапанами в верхней части для впуска и выпуска воздуха, средство создания вакуума, предлагается емкости выполнить вертикально ориентированными, сообщающимися и соединить со средством создания вакуума с возможностью их поочередного подключения, а в каждой емкости разместить, с возможностью вертикального прямолинейного возвратно-поступательного движения груз-поплавок, который связать через шток с устройством для отбора мощности, а шток снабдить компенсационной пружиной.
Внутренние боковые поверхности емкостей могут быть выполнены с вертикально ориентированными направляющими, а боковые поверхности груза-поплавка снабжены роликами, расположенными оппозитно направляющим.
Боковые поверхности груза-поплавка могут быть выполнены с вертикально ориентированными направляющими, оппозитно которым на внутренних боковых поверхностях емкостей устанавливают ролики.
Предлагаемый гравитационный гидровакуумный двигатель представляет собой две герметичные вертикально ориентированные емкости, сообщающиеся в нижней части посредством канала. В верхней части каждая емкость имеет клапаны; один для связи с атмосферой, другой - со средством создания вакуума. Емкости частично заполнены жидкостью, и в каждую емкость помещен груз-поплавок с возможностью вертикального прямолинейного возвратно-поступательного движения. Для обеспечения лучших условий для создания такого движения можно выполнить внутренние боковые поверхности емкости с направляющими, по которым будет перемещаться груз-поплавок, снабженный, например, роликами. Также можно выполнить направляющие на боковых поверхностях груза-поплавка, а ролики закрепить на внутренних боковых поверхностях емкости.
Груз-поплавок через шток и шатун связан с преобразователем возвратно-поступательного движения во вращательное, например, коленчатым валом. Шток снабжен на уровне нижней мертвой точки компенсационной пружиной.
Управление клапанами, расположенными в верхней части каждой емкости и обеспечивающими попеременное поступление атмосферного воздуха в емкость и вакуумирование емкости, производят автоматически, используя известные способы.
Для обеспечения плавучести груза-поплавка необходимо его изготовить из материала, плотность которого 
м
0,8ж, где ж - плотность жидкости. Тогда при вакуумировании верхней части одной из емкостей жидкость начинает подниматься вместе с грузом-поплавком на рассчитанную высоту, обеспечивающую, при выбранной массе груза, накопление необходимой величины потенциальной энергии, которая превращаясь при обратном ходе груза-поплавка вниз в кинетическую энергию, совершает работу. Под воздействием динамической нагрузки компенсационная пружина на штоке, расположенная на уровне нижней мертвой точки, сжимается, происходит частичное преобразование кинетической энергии груза в потенциальную энергию сжатия пружины. При достижении грузом нижней мертвой точки автоматически открывается клапан, сообщающий емкость со средством создания вакуума и закрывается клапан, сообщающий емкость с атмосферой. Пружина, а также архимедова сила помогают грузу изменить направление движения.
На приведенной схеме изображен предлагаемый гравитационный гидровакуумный двигатель в разрезе. На схеме приняты следующие обозначения:
1 - накопитель вакуума;
2- первая емкость;
3- вторая емкость;
4, 5 - грузы-поплавки;
6 - клапан, связывающий первую емкость со средством создания вакуума:
7 - клапан, связывающий первую емкость с атмосферой;
8 - клапан, связывающий вторую емкость со средством создания вакуума;
9 - клапан, связывающий вторую емкость с атмосферой;
10, 11, 12, 13 - направляющие на внутренних поверхностях емкостей; 14, 15 - компенсационные пружины; 16, 17 - штоки; 18, 19 - шатуны;
20 - коленчатый вал;
21 - ролики;
22 - жидкость.
Работа гравитационного гидровакуумного двигателя осуществляется следующим образом.
Средство создания вакуума 1 создает разряжение порядка 0,8 атмосфер. В емкости 2 открывается клапан 6, связывающий емкость 2 со средством создания вакуума, а в емкости 3 в этот момент открывается клапан 9, связывающий емкость 3 с атмосферой. В верхней части камеры 2 создается рабочая зона пониженного давления. В результате жидкость начинает перетекать из камеры 3 в камеру 2, стараясь заполнить разреженный объем под воздействием атмосферного давления в камере 3, вытесняющего водяной столб. Вместе с жидкостью поднимается до верхней мертвой точки и груз-поплавок 4, приобретая потенциальную энергию. После чего клапан 6, сообщающий емкость 2 со средством создания вакуума закрывается и открывается клапан 7, сообщающий емкость с атмосферой. В емкости 3 в этот момент происходит закрытие клапана 9, сообщающего емкость с атмосферой, и открытие клапана 8, сообщающего емкость со средством создания вакуума. Резкий перепад давления в верхних частях емкостей приведет к обратному движению водяного столба и грузов-поплавков. Причем груз-поплавок, поднятый на высоту, соответствующую верхней мертвой точке, при движении вниз под действием сил гравитации, толкает шток 17, совершая, таким образом, работу по преобразованию накопленной потенциальной энергии в кинетическую. Во время рабочего хода сжимается пружина 15 на штоке 17, происходит преобразование кинетической энергии динамических нагрузок в потенциальную энергию сжатия пружины. При достижении нижней мертвой точки пружина и архимедова сила помогают грузу-поплавку изменить направленность движения и цикл повторяется.
Расчетные габариты двигателя составляют 3×4×7 м при следующих условиях
- в качестве жидкости выбрана вода:
- масса груза-поплавка равна 5000 кг;
- объем его равен 6 м3 ;
- рабочий ход равен 2 м за 1 сек.
Мощность двигателя при этом составит примерно 120 кВт.
Для повышения эффективности использования данного технического решения предлагается соединять несколько двигателей по принципу двигателя внутреннего сгорания.
1. Гравитационный гидровакуумный двигатель, включающий две герметичные емкости, частично заполненные жидкостью, с клапанами в верхней части для впуска и выпуска воздуха, средство создания вакуума, отличающийся тем, что емкости выполнены вертикально ориентированными, сообщающимися и соединены со средством создания вакуума с возможностью их поочередного подключения, а в каждой емкости размещен с возможностью вертикального прямолинейного возвратно-поступательного движения груз-поплавок, связанный через шток, снабженный компенсационной пружиной, с устройством для отбора мощности.
2. Гравитационный гидровакуумный двигатель по п.1, отличающийся тем, что внутренние боковые поверхности емкостей выполнены с вертикально ориентированными направляющими, а боковые поверхности груза-поплавка снабжены роликами, расположенными оппозитно направляющим.
3. Гравитационный гидровакуумный двигатель по п.1, отличающийся тем, что боковые поверхности груза-поплавка выполнены с вертикально ориентированными направляющими, оппозитно которым на внутренних боковых поверхностях емкостей установлены ролики.
