RU22509U1 - Пневмогидростатический двигатель - Google Patents

Description

ГШЕВМОГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ.

Предполагаемая полезная модель относится к двигателестроению и может быть использовано в разлшшых отраслях народного хозяйства.

Известен проект водяного двигателя III. Предполагается, что башня высотой 20м. заполнена водой. Наверху и внизу башни установлены шкивы, через которые перекинут канат в внде бесконечного ремня. К канату прикреплены 14 полых герметичных, кубических яшрпсов. Яшрики, находясь в воде, стремятся под действием силы Архимеда двигаться вверх и заставляют перемещаться ремень и шкивы безостановочно вращаться, передавая вращение якорю генератора.

Но такой двигатель не работоспособен, т.к. гравитациогшая (тяжести в воде) сила на яш;шси превышает суммарную cH.iiy Арх11меда. Но решения направленные на использование силы Архимеда в двигательных системах представляют интерес.

Известен энергоизвлекаюгций пневмогидродвигатель /2/, содержаший заполненную жидкостью емкость. В верхней и нижней частях емкости размещены приводные колеса, охваченные бесконечным рабочим органом. На последнем закреплены колоколообразные поплавки. К нижней части емкости подключен источник сжатого газа с возможностью заполнения газом внутренней полости каждого поплавка. Поплавки 11меют на боковой стенке сопла, направленные нод углом к вертикальной оси. Сопла расположены выше балансирной перемычки, выполняющей роль затвора, нижняя часть перемычки выполнена на уровне нижней кромки поплавка, а верхняя - на уровне нижней части сопла.

Ближайшим аналогом является циклогидрогшевматический двигатель /3/. Циклогидрогшевматический двигатель содержит: источник сжатого воздуха, вращающийся рабочий орган с установленными на нем понтонами, подводяшую и отводягцую трубу с впускным и выпускным клапанами, срабатывающие соответственно в Ш1жнем и верхнем положениях понтона, при этом вращающийся орган с установленными на нем ионzorJilissri

F03B17/02

тонами помещен в жидкость, а плоскость ето вращения вертикальна. В известном двитателе вращательное движение рабочето органа создается силой Архимеда и гравитационной силой (силой тяжести). Эти две силы противоположно направлены, но приложены к противоположным полуокружностям определяющим плечи соответствующих сил относительно оси вращения. Поэтом) создаваемый этими силами момент онределяется суммой моментов названных сил. Источником энергии сжатого воздуха для создания силы Архимеда является комнрессор.

Недостатком известного двигателя является невысокий коэффициент полезного действия.

Задача полезной модели - создание гшевмогидростатггческого двигателя, работающего за счет сжатого воздуха с использованием подъемной силы Архимеда с более высоким КПД.

Поставленная задача достигается тем, что в известном пневмогидростатическом двигателе, содержащем источник газа, вращающийся орган, нанример, в виде колеса с установленными на нем понтонами, подводящего и отводящую трубы с впускным и выпускным клапанами, срабатывающими соответственно в нижнем и верхнем положениях понтона, нри этом вращающийся рабочий орган с установленными на нем понтонами, помещен в жидкость, а плоскость его вращения вертикальна, понтоны выпо;шены в виде газонанолняемых камер с возможностью нзменять свой потружной объем под действием гидростатического давления жидкости, например, в виде цимшдров с установленными в них поршнями.

Двитатель установлен на плавучей платформе.

Преимуществом предлагаемого нами технического решения по сравнению с циклогидроиневматическим двигателем, принятым в качестве прототипа, является более высокий коэффициент полезного действия (КПД) за счет более рационального использования потенциальной энергии сжатого воздуха, определяющей уровень силы Архимеда, являющейся определяющей в создании вращающего момента рабочего (

гана. В проготряте понтоны }становленьг на вращающемся рабочем органе имеют неизменный объем независимо от гидростатического давления (глубины иогружения). При этом сила Архимеда, действующая иа понтон имеет постоянное значение при его движении от нижней точки до верхней точки, после его заполнения воздухом. Рациональность такого решения вызывает сомнения, объясняется это тем, что при движении каждого из понтона, заполненных сжатым воздухом, от нижней точки до верхней точки изменяется значения воздействующего на понтоны гидростатического давления, оно уменьшается. При этом увеличивающееся суммарное компенсирующее давление сжатого воздуха в понтоне воспринимается его жестким корпусом. Объем понтона неизменен, сила Архимеда неизменна, хотя при этом потенциал, з/величивающегося внутреннего усилия сжатого воздуха полезно (для увеличения силы Архимеда) не используется. Известный циклогидропневматический двигатель работает не эффективно.

На фиг. 1,2 в качестве примера, схематично показано устройство и принцип действия предлагаемого пневмогидростатического двигателя. На фиг.1 приведен разрез пневмогвдростатического двигателя (ПГД) по оси колеса.

На фиг. 2 приведен вид А ПГД при частично «вырезанной стенки емкости с водой на нем также приведены схемы действующих на понтоны сил Архимеда и их слагаюгцие.

Пневмогидростатический двигатель содержит: источник газа 1; емкость 2, заполненнлто жидкостью 3; 4-колесо с полым валом-втулкой 5 и цилиндрами 6; 7подщипник; 8 - неподвижная ось с каналами 9 и 10, соединенными с входным Ни выходным 12 газонроводами, соответственно; 13 свободно установленные в цилиндрах порщни при различных положениях понтона 14и15;16, 17- газопроводы, соединяющие рабочие объемы цилиндров с входным выходным каналами в оси; 18,19 - выпускной и впускной клапаны зоны контактов трубопроводов 16 и17 с осью 8 или входным выходным каналами; 20 - опоро.21 - сальниковое уплотнение; у р1,р2...р5 - СИЛЫ Архимеда действзтощие на понтоны заполненные воздухом, находящиеся при различных глубинах погружен14я, соответственно НьНг.-.Нз; F2,F4- составляющие сил Архимеда в точках Тг и Т4, создающие вращающий момеит; К-плечо действующих сил. Пиевмощцростатический двигатель работает следующим образом. Для защска ПГД колесо на начальный момент приводиться во вращение от пускового двигателя и ременной передачи, при этом вращении колесу передается через шкив 23 (используется один ручеек). При помощи задв11жки 24 источник сжатого газа соединяется с входным газопроводом 11, каналом 9 и впускным клапаном 19. Сжатый газ поступает по газопроводу 17 в рабочий объем, находящегося в нижнем положении цилиндра. Под действием сжатого воздуха поршеиь 13 перемещается. Давление сжатого газа должио быть не менее, чем определяемое из равенства: где Рг.с.- гидростатическое давление в Ti Мпа, определяемое выражением П1- глубина погружения понтона при его положении в нижней точке Т1,М; плотность жидкости, кг. q- ускорение свободного падения, м/с) /4/. Ртр. - сила сопротивления движению порщия. Поскольку вал-втулка 5 вращается, впускной клапан - контакт газопровода 17с впускным каналом 9 ограничен по времени. Параметры клапанов, давления сжатого газа, частоты вращения колеса таковы, что этого времени достаточно, чтобы порщень 13 под действием сжатого газа переместился в положение 14. Контакт газопровода 17 с впускным каналом 9 прекращается (зона контакта 19 газопровода 17 контактирует с поверхностью оси 8). При этом в положении 14 иоршня 13 находящийся в нем объем газа имеет давлеиие уравновешивающееся гидростатическим давлением столба жидкости: .с.+Ртр, Рг.с.

Находясь в нижнем положенигг после заполнения газом (Ti) на цилиндр действует сила Архимеда FI, определяемая объемом Vi, который в свою очередь определяется произведеш1ем площади сечения хщлиндра на его перемещение от положения 13 до положения 14. (При рассмотрении работы двигателя делаются допущения и не принимаются в учет объемы отдельных элементов цилиндров и т.д., т.к. все элементы идентичны и на баланс момента вращения не отражаются т.к. расположены симметрично по обе стороны от оси его вращения. Принимаются ири рассмотрении только приращения объемов, вызванные использовашгем сжатого газа). Поскольку, направление дейсты1я силы FI проходит через ось вращения, то момент вращения, создаваемый силой FI, при нижнем положении цилиндра равен щлю. При дальнейшем вращении колеса цилиндр перемещается в TI. В точке Т.2 действует гидростатическое давление

При этом под действием более высокого давления в рабочем объеме цилиндра (Pr.ci) поршень перемещается далее, объем его увеличивается, а давление уменьшается, поршень останавливается при новом равновесном значении Рг.С2. Соответствующей этому давлению рабочзда объем газа в поршне равен V2, . Действующая в TZ сила Архимеда р2, определяемая объемом Va, больше чем сила Архимеда FI. Очевидно, что и её составляющая F2 значения которой используется при расчете составляющей вращающего момеита, больше чем составляющая в этой точке оси сила Fl. Составляющая момента вращеиия от силы Архимеда в Т. 2 равиа: , а составляющая силы Архимеда при неизменном объеме (понтона) поршня Mi(2)Fi(2)R. Очевидно, что и в после дуюших точках Тз,Т4,Т5, в которых поршни находятся при меньших глубинах погружения и меньших гидростатических давлениях Рг.с.Рг.с..с.5, а соответствующде им уравновешиваюгцие рабочие объемы газа в цилиндрах увеличиваются . Большим объемам цижждров соответствуют большие силы Архимеда FS, F4, FS, участвуюпще в расчете вращающего момента колеса. Каждая из этих сил превышаРг , Pr.c..Ci.

ет силу Fi(no прототипу - неизменное начальное значение объема и силы) - ее составляющие в указанных точках. Очевидно, что и суммарный момент создаваемый в предлагаемомдвигателеМпгдбольшечемвпрототипе К1пр:пгд(Р2+Рз+Р4)К,Мпр-(Р1(2)+Р1(з)+Р1(4)К,Мпгд 1У1пр.

Т.о., при восходящем движении поршня (уменьшении гидростатического давления) его работа («погруженный) увеличггвается. При подходе к верхней точке своего циклического движения поршень занимает положение 15. При дальнейшем движении его газопровод выполняет функцию выпускного 16 (при нижнем положении имел обозначение 17) и соединяет рабошгй объем цилиндра с каналом 10 в оси 8 и далее с газовьгходным газопроводом 12. Газопровод 12 находится при низком давлении и газ из цилиндра двтгжется в газопровод 12. Давление в цилиндре уменьшается и возникает перепад давления на порпше. За счет гидростатического давления в Т.5. Рг.с. (5) поршень в цилиндре перемещается в положение 13.Далее цикл работы ПГД повторяется.

Следчет отметить, что условием работы предлагаемого ПГД является соблюдение следующего неравенства:

Мпгд(Р2+Рз+Р4)К Мсопр.,

где Мсопр.- суммарный момент сопротивления вращению колеса, который включает моменты от сил трения и момент от полезной нагрузки.

После первого оборота колеса ПГД пусковой двигатель отключают. Пагрузкой ПГД может быть, например, электрггческий генератор. Он может быть посредством передаточного устройства подключен к шкиву 23, второй - ручеек другой силовой агрегат.

Остановка пневмогидро статического двигателя и управление его работой осуществляется задвижкой 24.

,

установленного на колесе с условием сохранения в нем тазового пузыря при восходящем движении.

Вращающийся рабочий орган может быть выполнен в виде бесконечной цепи.

Пневмогидростатический двигатель может быть установлен на плавучей платформе, являющейся его опорой воспринимающей реактивный момент, возникающий его момент.

Преимуществом предлагаемого решешгя (Пневмогидростатический двигатель) по

сравнению с прототипом являеуповышение его КПД. Объясняется это тем, что при

прочих равных условиях (расход 1р;авлеиие газа) он развивает большую мощность.

Источники информации

1.Р.А.Ковтун, Ю.Н.Соколов.//Принцип цикла в работе двигателей и накопителей энергии. //Вып. 1,2. Материалы Я.И.Перельман. //Занимательная физика. //Книга2, изд-е20, М., Наука, 1979г., стр. 106-109, рис.,53,54.

2.Патент РФ № 2160381 F03B17/02, F03B9/00, 1998 г

3.(Р.А.Ковтун, Ю.НСоколов //Принципы цикла в работе двигателей и накопителей энергии . Вып. 1,2 Мат-лы 3-ей международной конференции «Циклы природы и общества //Издат-во Ставропольского центра, Ставрополь 1995, стр.68-70, рис.1 (прототип)

4.Н.И.КОШКИН, М.Г.111иркев п.//Справочник по элементарной физике. М., Паука, 1966г., стр. 50.

Пачальникуправления .-.te-J . Тарасов Б.И.

Авторы Елисеев А.Б.

Т х

Claims (2)

1. Пневмогидростатический двигатель, содержащий источник газа, вращающийся орган, например, в виде колеса с установленными на нем понтонами, подводящую и отводящую трубы с впускным и выпускным клапанами, срабатывающими соответственно в нижнем и верхнем положениях понтона, при этом вращающийся рабочий орган с установленными на нем понтонами помещен в жидкость, а плоскость его вращения вертикальна, отличающийся тем, что понтоны выполнены в виде газонаполняемых камер с возможностью изменять свой "погружной" объем под действием гидростатического давления жидкости, например, в виде цилиндров с установленными в них поршнями.

2. Пневмогидростатический двигатель по п.1, отличающийся тем, что он установлен на плавучей платформе.