Гравитационный преобразователь энергии

 

Использование: энергетика. Сущность изобретения: гравитационный преобразователь энергии состоит из рычагов-грузов 1 с емкостями, установленными равномерно на бесконечной гибкой связи 14, источника 5 подачи рабочего тела 4, ограничителей поворота рычагов, выполненных в виде продольного углубления с рабочей стороны основания рычага-груза 1 с геометрией эвольвенты, фиксирующей горизонтальное положение при рабочем спуске, на торцевой поверхности зубьев шестерен 6 и 7 выполнены упоры 8 для взаимодействия с эвольвентным продольным углублением 2. 3 ил.

Изобретение относится к энергетике.

Наиболее близким техническим, решением, принятым в качестве прототипа является гравитационный двигатель, содержащий основание, установленную в нем на оси шестерню с охватывающей ее окружность бесконечной гибкой связью с равномерно установленными и шарнирно закрепленными на ней равными по весу и c размеру рычагами грузами с ограничителями поворота относительно оси вращения, и пусковое устройство (см. патент Франции N 2102884, кл. F 03 G 3/00, 1972).

Однако такое техническое решение имеет ряд недостатков, одним из которых является существенное ограничение мощности.

Целью изобретения является создание устройства для преобразования энергии поступательного движения и силы тяжести, принцип работы которого основан на получении как можно большего крутящего момента на валу отбора мощности за счет обеспечения возможности воздействовать на этот вал через практически любое необходимое количество рычагов, которые могут быть любой необходимой длины и могут загружаться необходимым и достаточным количеством рабочего тела, обладающего достаточной массой и имеющим свойство дифференциации.

Это достигается тем, что устройство, состоящее из емкостей, представляющих собой специализированный рычаг-груз, имеющий в основании эвольвентный паз-контур, а на концевых своих частях опоры, а также рабочего тела, которое может быть потоком воды в каком-либо русле или из источника, шестерен с упором на зубе, валов, заделанных в подшипники стенок корпуса, бесконечной гибкой связи, состоящей из звеньев цепи и осей, имеющих на своих окончаниях подшипники, движущиеся в направляющих пазах, приемника энергии, например генератора, и тормоза стабилизатора равномерности движения редуктора, специальные направляющие для колес рычагов при горизонтальном расположении устройства и какой-либо неотрицательный перепад высот.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 то же устройство, момент окончания восприятия нагрузок одним рычагом и начала восприятия этих нагрузок следующим за ним рычагом; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2.

Сущность изобретения представляет собой принцип работы и конструкцию устройства для преобразования энергии силы тяжести и энерции в другие виды энергии, основанного на применении эвольвентного паза-контура 2, размещенного (см. фиг. 2) в основании рычагов грузов 1, назначение которых поочередно у всех и каждого из имеющихся рычагов по мере цикличного движения бесконечной гибкой связи опираться на упор 8 зуба 9 тяговой звездочки так, чтобы все время при движении в рабочем цикле сохранялось необходимое заданное положение как того рычага-груза, эвольвентный паз которого опирается в данный рассматриваемый момент (см. фиг. 2) на упор 8, так и всех остальных, движущихся вслед за этим рычагом грузом 1, имеющим также шарнирное крепление, которое сдерживает произвольное движение одинаково всех имеющихся в устройстве рычагов. Второй для них опорой-связью служит уже не упор 8, а имеющаяся на концевых частях каждого рычага 1 опора 3, к которой, при необходимости повышения эффективности работы устройства, как можно ближе смещается применяемое рабочее тело 4, и, следовательно, суммарный вектор силы тяжести и инерции F_по, воздействующий через плечо r_o, длина которого определяется расстоянием от оси симметрии вала 11 до точки приложения суммарного вектора силы тяжести и инерции F_по, действующего на рычаг 1, когда он находится в состоянии достаточно жесткого крепления (см. фиг. 2, 3) за счет того, что опирается своим эвольвентным пазом 2 на упор 8 тяговой звездочки 7 и сдерживается шарнирным креплением (см. фиг. 3) на оси 16 бесконечной гибкой связи 14, на вал отбора мощности 11, частота и равномерность вращения которого регулируются количеством действующего на рычаги (или один рычаг) рабочего тела 4, и, при необходимости, тормозом-стабилизатором 22, с коего, вала 11, и снимается получаемый крутящий момент с применением или без применения редуктора 23 и передается, в свою очередь, на любой непосредственно использующий механическую энергию потребитель или какой-либо преобразователь энергии, например генератор 20, мощность которых регламентируется габаритами устройства, то есть количеством и размерами его составных частей, перепадом высот Н между его верхней и нижней частью или же углом наклона устройства к горизонтальной плоскости и длиной устройства, а также применяемым рабочим телом.

На фиг. 2 изображен момент окончания восприятия нагрузок одним из рычагов и начала восприятия нагрузок следующим за ним рычагом, а именно тот момент, когда нагрузка воспринимается одновременно двумя рычагами перед тем, как эта нагрузка от силы тяжести и инерции рабочего тела, несомого всеми движущимися в рабочем цикле рычагами, будет восприниматься только одним, входящим в данный рассматриваемый момент в заключительный этап рабочего своего цикла, а также изображены реакции сил, действующих в системе на упоре 8 и оси 16 бесконечной гибкой связи 14, и схематичное изображение узла закрепления рычага 1 между упором 8 шестерни 7 и осью 16 бесконечной гибкой связи 14, идентичного узлу крепления рычага 8 в рассматриваемом устройстве.

Сведениями, подтверждающими возможность осуществления предлагаемого на рассмотрение изобретения, могут послужить ниже приведенные доводы, расчеты и схемы, детально показывающие возможности применения и саму суть принципа работы устройства, обеспечивающего параллельность рычагов большой длины (далее устройства), которое будучи рассмотренным в статическом состоянии (см. фиг. 1) имеет рычаги 1 с эвольвентным пазом 2 в своем основании, а на окончаниях опору 3, рабочего тела 4 из источника, например 5, воздействующего на них своей силой тяжести и инерции, это воздействие передается на тяговые (несущие) звездочки 6 или 7 (в зависимости от направления движения потока рабочего тела) или на промежуточные звездочки, которые могут размещаться между указанными звездочками, через рычаг 1, зажатый между упором 8 на зубе 9 вышеуказанных звездочек, закрепленных на валах 10 или 11 соответственно отбора мощности, заделанных в подшипники 12 стенок корпуса 13, благодаря которым происходит движение бесконечной гибкой связи 14, перекинутой через тяговые звездочки и состоящей (см. фиг. 3) из звеньев цепи 15, соединенных осями 16, у которых окончания 17, как и все трущиеся узлы и части устройства, заделаны в подшипники 18, располагающиеся в направляющих пазах 19. С валов отбора мощности можно отбирать мощность какой-либо подсоединяемой машиной или механизмом, например генератором 20, при необходимости применяя тормоз-стабилизатор 22 и редуктор 23.

Отпуская тормоз-стабилизатор 22 и обеспечивая доступ к рычагам 1 рабочему телу 4, которые вместе с бесконечной гибкой связью 14 начнут двигаться в сторону действия силы тяжести и силы инерции рабочего тела 4, имея одной из связей, мешающих ее возможности произвольно двигаться, общее всегда и для всех имеющихся рычагов 1 шарнирное крепление (см. фиг. 3) на бесконечной гибкой связи 14 осями 16, а второй связью, мешающей произвольному движению рычагов 1, служит попеременно в процессе рабочего цикла то опора 3, располагающаяся на концевых частях каждого из рычагов 1, то, в завершающей стадии рабочего цикла (см. фиг. 2), опирание эвольвентным пазом 2 на упор 8 зуба 9 тяговой звездочки, что и позволяет получать суммарную силу воздействия всего рабочего тела 4 через плечо r_o, представляющее собой рычаг 1, достаточно жестко зажатый в двух связях-опорах на тяговой звездочке и бесконечной гибкой связи, на вал отбора мощности, с коего мощность может отбираться любым подсоединяемым механизмом или машиной, например, генератором 20 с применением или без применения тормоза-стабилизатора 22 движения и редуктора 23, то есть в процессе рабочего цикла рассматриваемого устройства нагруженные рычаги 1, закрепленные на бесконечной гибкой связи 14, движутся в сторону воздействия на них среды рабочего тела 4, имея две опоры связи, одна из которых, всегда крепление осью 16 на бесконечной гибкой связи, а вторая это или опора 3, или упор 8, опирание на которое эвольвентным пазом 2 рычага 1 происходит при входе очередного рычага 1 в заключительный этап рабочего цикла вначале совместно с опиранием на упор 3 впереди него следующего рычага, уже заканчивающего свое движение в заключительном этапе рабочего цикла, т.е. находящегося в состоянии опирания только на упор 8 и сдерживания осью 16, т.е. восприятия всей нагрузки от за ним следующих рычагов, имеющих опору 3, и окончания восприятия этой нагрузки, а именно передачи ее на следующий за ней рычаг в тот момент, когда горизонтальная составляющая R_{х упора} равнодействующей R_упора реакций сил от воздействия рычагов 1 на упор 8 становится недопустимо больше вертикальной R_{y упора}составляющей равнодействующей R_упора (это же справедливо и для другой связи оси 16 с ее горизонтальной R_{х оси} составляющей, вертикальной R_yоси и равнодействующей R_оси, т.е. того момента, когда рассматриваемый рычаг 1 оканчивает прохождение рабочего цикла, и восприятия нагрузки от следом за ним идущих рычагов 1 с передачей функции восприятия этой нагрузки на непосредственно за ним идущий рычаг 1, положение которого, при передаче крутящего момента на вал отбора мощности, схематично можно представить следующим образом: упор 8 представляет собой подвижную шарнирную опору, что, в сочетании с креплением на бесконечной гибкой связи 14 рычага 1, позволяет считать достаточно жестким рычаг длиной r_o, в которую входит и радиус звездочки r_зв. жестко закрепленной на валу отбора мощности, заделанном в стенки корпуса 13.

К сведениям, подтверждающим возможность осуществления предлагаемого на рассмотрение устройства, можно отнести и следующие расчеты, иллюстрируемые фиг. 2, с упрощенным изображением действующих в данной системе сил, без учета горизонтальных составляющих равнодействующих в системе сил, возникающих на упоре 8 и оси 16 гибкой связи 14 из-за того, что их возрастание до определенных допустимых величин и является одним из основных расчетных условий передачи восприятия действующих нагрузок на рычаг 1, следующий за данным, рассматриваемым, рычагом, т.е. приводимые ниже расчеты учитывают только вертикальные составляющие реакции от силы F_по, возникающие на упоре 8 и оси 16, которые, в свою очередь, рассматриваем как внутренние силы, т.е. не оказывающие действенного влияния на главный действующий момент m_в, получаемый в результате действия силы F_по через плечо r_o на вал отбора мощности, а обуслoвливают лишь сдерживание рычага 1 между упором 8 и осью 16 и также прочность материалов, из которых допустимо изготовление работающих в этом узле деталей, а именно, исходя из вышесказанного составляем следующие уравнения равновесия, используя декартову систему координат, приравняв нулю упрощенную сумму проекций всех действенных в рассматриваемой системе сил (см. фиг. 2) на ось y: m_вала(F_к) -Fr_o+m_в=0; (1) F_к=R_вала-F_no=0; (2) где: m_в(F_к) сумма крутящих моментов, возникающих от действующих в системе сил (воздействующие рычаги сил) F_по суммарная сила тяжести и инерции рабочего тела 4, воздействующие на рычаги устройства; r_o составное плечо, через которое действует сила F_по на вал отбора мощности; m_в главный действующий крутящий момент, возникающий на валу отбора мощности от сил; F_к сумма всех сил, оказывающих действенное влияние на m_в главный действующий момент; R_вала реакция действующих в системе сил, возникающих на валу отбора мощности в месте его закрепления в корпусе 13 устройства.

Из уравнения (1) следует m_в F_поr_o (3) из уравнения (2) следует R_вала F_по (4)
Исходя из полученных результатов делаем вывод: крутящий момент m_вна валу отбора мощности прямо пропорционален величине воздействующих на рычаг 1 сил F_по и длине плеча r_o, т.е. расстоянию от центра тяжести, являющегося точкой приложения суммарной силы тяжести рабочего тела 4 и силы инерции этого действующего на рычаги рабочего тела, до оси симметрии вала отбора мощности.

Устройство может располагаться под различными углами ко всем плоскостям проекции и использовать любое рабочее тело, имеющее возможность делиться на части и допускающее возможность своего перемещения в пространстве, а именно: а) в виде емкостей с ртутью, растворами, другими наполнителями; б) водой в русле реки, в море, в океане и в других допускающих течение или колебание водной среды; в) в виде стальных шаров, камней и так далее;
Рычаги-грузы могут иметь различное исполнение, соответствующее применяемому виду рабочего тела, и, соответственно, различные исполнения их окончаний, которые могут быть: а) в виде лопастей, соединенных шарнирами, работающими в разных плоскостях и на разные углы фиксированного разворота, так же и с храповым механизмом и другими механизмами одностороннего действия;
б) в виде щитов, свободно поднимающимися и опускающимися в развилке, и на шарнире закрепленных вышеуказанными способами с обеспечением возможности их перемещения на колесах по направляющим, обеспечивающим их, рычагов, подъем на тот или иной уровень при их входе и выходе из среды рабочего тела типа "вода в русле";
в) типа обратного клапана, воспринимающих нагрузку при работе в среде движущегося рабочего тела только с той стороны, с которой эта нагрузка способствует движению бесконечной гибкой связи в нужном направлении, то есть в виде раскладывающихся навстречу движению потока с рабочей, прямой и обратной стороны и складывающихся навстречу движению потока с нерабочей стороны, например, в реках.

Устройство может применяться также и в соединении в цепь специальными шестернями, фрикционами, эластичными и другими муфтами и специальными устройствами с такими же, как оно, или подобными ему устройствами, имеющими, в частности, рычаги (лопасти-емкости) меньшей длины и другой конструкции (без эвольвентных пазов и контуров или в виде ящиков, каких-либо других емкостей), которые могут выполнять роль подсоединяемых потребителей энергии как вспомогательного устройства, с одним из назначений своих возвращать в исходное, верхнее, положение, являющееся началом рабочего цикла, рабочее тело, прошедшее рабочий цикл в основном устройстве, к которому и подсоединено может быть вспомогательное, подобное ему или иное способное выполнять функции, связанные с возвратом отработавшего в рабочем цикле основного устройства рабочего тела, устройство.

Формула изобретения

ГРАВИТАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ, содержащий основание, установленная в нем на оси шестерня с охватывающей ее окружность бесконечной гибкой связью с равномерно установленными и шарнирно закрепленными на ней равными по весу и размеру рычагами-грузами с ограничителями поворота относительно оси вращения, и приводное устройство, отличающийся тем, что он снабжен второй шестерней, соединенной с первой посредством бесконечной гибкой связи, оси вращения которых смещены друг относительно друга по вертикали, источником подачи рабочего тела и емкостями, установленными на каждом рычаге-грузе для приема рабочего тела, при этом ограничители поворота рычагов-грузов выполнены в виде продольного углубления с рабочей стороны основания рычага-груза с геометрией эвольвенты, фиксирующей горизонтальное положение при рабочем спуске, а на торцевой поверхности зубьев шестерни выполнены упоры для взаимодействия с эвольвентным продольным углублением, кроме того, на концах рычагов - грузов выполнены выступы для фиксации их относительно друг друга.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3