RU2234617C2 - Hydraulic machine - Google Patents
Hydraulic machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2234617C2 RU2234617C2 RU2002101661/06A RU2002101661A RU2234617C2 RU 2234617 C2 RU2234617 C2 RU 2234617C2 RU 2002101661/06 A RU2002101661/06 A RU 2002101661/06A RU 2002101661 A RU2002101661 A RU 2002101661A RU 2234617 C2 RU2234617 C2 RU 2234617C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydraulic machine
- drum
- connecting rod
- water
- piston
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 148
- 244000309464 bull Species 0.000 claims description 20
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 15
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 15
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 6
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 claims description 5
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 1
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 13
- 238000013461 design Methods 0.000 description 9
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 241000209761 Avena Species 0.000 description 1
- 235000007319 Avena orientalis Nutrition 0.000 description 1
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000009916 joint effect Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидроэнергетике, предназначено для преобразования силы напора воды, которая определяется наличием разности отметок уровней воды перед плотиной (верхний бьеф - ВБ) и за плотиной (нижний бьеф - НБ) в механическую или электрическую энергию, а по конструкции и по работе изобретение относится к поршневым машинам.The invention relates to hydropower, is intended to convert the pressure force of the water, which is determined by the presence of the difference in the water level marks in front of the dam (upper downstream - WB) and behind the dam (lower downstream - NB) into mechanical or electrical energy, and the design and operation of the invention to piston machines.
Известно устройство, у которого сила напора воды применяется для вертикального поступательного движения поршней и для преобразования энергии потока гидравлической жидкости в механическую или электрическую энергию, которое является ближайшим прототипом предлагаемого изобретения.A device is known in which the force of the water pressure is used for the vertical translational movement of the pistons and for converting the energy of the flow of hydraulic fluid into mechanical or electrical energy, which is the closest prototype of the present invention.
Таким устройством является "Гидропневматический гидрогенератор", патент СССР, F 03 В 13/12, 17/00, №1611225, (22) 29.11.85, авт. Тибор Кендери.Such a device is a "Hydropneumatic hydrogenerator", USSR patent, F 03 13/12, 17/00, No. 1611225, (22) 11.29.85, ed. Tibor Kendery.
Изобретение относится к гидроэнергетике. Цель изобретения - повышение КПД гидрогенератора путем обеспечения работы насоса в области его оптимальных режимов при изменении уровней воды в верхнем и нижнем бьефах. Гидрогенератор содержит закрепленный на дне водоема вертикальный направляющий блок, выполненный по меньшей мере в виде одной шахты 2 с отверстиями 3 и 4 в боковой стенке 5 вблизи дна 1 водоема, размещенной в плотине 6, утяжеленный поплавок 7, установленный в направляющем блоке с возможностью вертикального перемещения на направляющих роликах 26, поршневой насос 8 двустороннего действия для перекачки гидравлической жидкости по замкнутому контуру, поршень 9 которого при помощи соединительного элемента, выполненного в виде регулируемого по длине штока 10, связан с поплавком 7, пневмогидроаккумулятор 11, сообщенный посредством напорных трубопроводов 12 с полостями нагнетания насоса 8, приемную емкость с размещенными в ней преобразователем 14 энергии преимущественно в виде турбины и всасывающий трубопровод 15. Полость 16 шахты 2 сообщена с атмосферой и через отверстия 3 и 4 - с верхним и нижним бьефами 17 и 18 водоема. Гидрогенератор снабжен устройством автоматического управления заслонками 19 и 20, приводом изменения длины штока 10, включающим гидроцилиндр 21 и насосы 22 и 23, и датчиками 24 верхнего и нижнего уровней воды. Гидрогенератор имеет также сборник 25, сообщенный с входом трубопровода 15. При поочередном открытии заслонок 19 и 20 вода, периодически заполняя вахту 2, поднимает и опускает поплавок 7, который посредством штока 10, длина которого регулируется в зависимости от уровней жидкости в бьефах 17 и 18, приводит в действие насос, закачивающий гидравлическую жидкость в пневмогидроаккумулятор 11, которая затем поступает на преобразователь 14 энергии, который может быть связан с электрогенератором, и далее на вход насоса 8.The invention relates to hydropower. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the hydrogenerator by ensuring the operation of the pump in the region of its optimal modes when changing water levels in the upper and lower pools. The hydrogenerator comprises a vertical guide block fixed at the bottom of the reservoir, made in at least one
Как видно из описания и на двух чертежах, гидропневматический гидрогенератор представлен в виде простой идеи, для реализации которой необходимо всю конструкцию доработать на уровнях множества последующих изобретений.As can be seen from the description and in the two drawings, the hydropneumatic hydrogenerator is presented in the form of a simple idea, for the implementation of which it is necessary to refine the entire structure at the levels of many subsequent inventions.
1. На дне 1 водоема изображен фундамент в виде холмика, на котором установлен вертикальный направляющий блок, выполненный в виде шахты 2 и плотины 6, внутри которых размещен утяжеленный поплавок 7 с возможностью вертикального перемещения на направляющих роликах 26, конструкция которых неизвестна и как они закреплены тоже неизвестно.1. At the bottom of the
2. На неизвестном верхнем перекрытии шахты 2 установлен поршневой насос 8 двустороннего действия для перекачки отдельной гидравлической жидкости по замкнутому контуру. Насос 8 имеет поршень 9, который посредством штока 10 связан с поплавком 7 посредством шарниров 27 и 28, позволяющих компенсировать перекосы. Следовательно, перекосы при движении поплавка 7 предусмотрены, а это в поршневых устройствах недопустимо.2. A double-acting piston pump 8 is installed on the unknown upper floor of the
3. Полость 16 шахты 2 сообщена с атмосферой и через отверстия 3 и 4 с верхним и нижним бьефами 17 и 18 водоема.3. The
4. Гидрогенератор снабжен устройством автоматического управления заслонками 19 и 20. При этом неизвестны: само устройство, где оно размещено, как оно взаимодействует с заслонками и как ими управляет.4. The hydrogenerator is equipped with an automatic control device for the
5. Гидрогенератор оснащен приводом изменения длины штока 10, включающим гидроцилиндр 21 и насосы 22 и 23, и датчиками 24 верхнего и нижнего уровня воды. Цилиндр 21 и насосы 22 и 23 размещены во внутренней полости поплавка 7. При этом неизвестна конструкция шестеренчатых насосов и цилиндра, как они изменяют длину штока 10, как и каким образом поступают сигналы от двух датчиков 24 верхнего и нижнего уровней воды в бьефах.5. The hydrogenerator is equipped with a actuator for changing the length of the
6. При открытии заслонки 20 вода под напором верхнего бьефа поступает во внутреннюю полость 16 шахты 2 и поплавок 7 поднимается только вверх не под действием напора воды, а под действием архимедовой силы до верхнего мертвого положения, поднимая посредством штока 10 поршень 9 тоже до верхнего мертвого положения, чтобы создать необходимое более высокое давление в надпоршневой полости насоса 8, которое необходимо для сжатия воздуха в пневмогидроаккумуляторе 11 до необходимого давления, показанного на манометре 33. При этом скорость заполнения водой подпоплавковой полости при подъеме поплавка 7 только вверх зависит от живого сечения отверстия 4 и от давления напора воды. А так как поплавок 7 и поршень 9 соединены общим штоком 10, следовательно, с такой же скоростью поднимается вверх и поршень 9 и нагнетает надпоршневую гидравлическую жидкость в пневмогидроаккумулятор во столько раз меньше по объему, во сколько раз площадь поршня 9 меньше площади поплавка 7. При этом часть архимедовой силы теряется на сжатие воздуха в пневмогидроаккумуляторе 11.6. When the
При закрытии заслонки 20 и при вовремя открытой заслонки 19 вода под действием собственной силы тяжести и тяжести утяжеленного поплавка 7 вытекает из отверстия 3 более медленно, так как вода преодолевает сопротивление отверстия 3, а вес утяжеленного поплавка 7 оптимально ограничен, так как при увеличении веса поплавка 7 выше оптимально допустимого соответственно уменьшается подъемная архимедова сила при подъеме вверх. А при медленном опускании поплавка 7 вниз соответственно уменьшается производительность насоса 8 и еще меньше подается гидравлической жидкости на преобразователь 14.When closing the
7. Гидрогенератор фактически содержит две сложные зависимые системы: система поплавка 7 с приводом изменения длины штока 10 и систему насоса 8 с дополнительным оборудованием.7. The hydrogenerator actually contains two complex dependent systems: a float system 7 with a drive for changing the length of the
Первая система предназначена для оптимальных режимов при изменении уровней воды в верхнем и нижнем бьефах.The first system is designed for optimal conditions when changing water levels in the upper and lower pools.
Вторая система предназначена для повышения давления гидравлической жидкости и подачи ее на преобразователь 14, который только после этого будет вращать колесо преобразователя 14 и вырабатывать механическую или электрическую энергию. Но повышение давления гидравлической жидкости происходит за счет уменьшения ее объема и мощности ее потока для преобразования его в механическую или электрическую энергии. При этом поток жидкости прерывается в сборнике 25. Поэтому такая прерывная двухступенчатая система не способствует повышению КПД. При этом насос 8, показанный на фиг.1, вообще неработоспособный. Для его работоспособности необходимо в напорный трубопровод 12 и во всасывающий трубопровод 15 вмонтировать по два обратных клапана: два из которых должны пропускать жидкость из всасывающего трубопровода 15 в подпоршневую и надпоршневую полости, а два других должны пропускать жидкость из названных полостей в напорный трубопровод 12. Обратные клапаны должны быть установлены соответственно выше и ниже мертвых положений поршня 9. Даже после установки дополнительных обратных клапанов в пневмогидроаккумуляторе предусмотрено уменьшение давления сжатого воздуха, которое компенсируется путем подачи в него через дозаправочный вентиль 34 сжатого воздуха.The second system is designed to increase the pressure of the hydraulic fluid and supply it to the
8. В плотине 6 гидрогенератора могут быть выполнены несколько шахт 2. Сама плотина 6 может состоять из состыкованных между собой комплектов шахт. На фиг.2 к основной плотине к ее торцам присоединены другие плотины в виде оборванных контуров плотин. Следовательно, плотины и гидрогенераторы могут быть расположены только на горизонтальном уровне. На фиг.1 наверху шахты 2 на неизвестном перекрытии установлен насос 8, поршень 9 которого и шток 10 шарнирно соединены с нижерасположенным поплавком 7. Поэтому нет возможности над одним гидрогенератором разместить второй гидрогенератор. Вал одного преобразователя 14 невозможно подсоединить к валу второго преобразователя 14 с целью увеличения мощности, так как гидрогенераторы могут работать только индивидуально и каждый оснащен своим индивидуальным громоздким оборудованием.8. In the
На основании только этих перечисленных общих признаков можно сделать вывод о том, что гидропневматический гидрогенератор является сложным малопроизводительным устройством, не может быть применен в масштабе любой промышленности, но может быть изготовлен в виде сложной громоздкой лабораторной установки, у которой преобразователем 14 может быть только наливное колесо наименьшей мощности. А поэтому гидрогенератор не может преобразовать энергию напора воды непосредственно в механическую или электрическую энергии.Based on only these listed common features, we can conclude that the hydropneumatic hydrogenerator is a complex low-productivity device, cannot be applied on the scale of any industry, but can be made in the form of a complex bulky laboratory setup, in which the
Возможность преобразования силы напора воды непосредственно в механическую или электрическую энергию определилась только после того, как было изобретено самостоятельное изобретение "Эксцентриковый шатун" согласно патенту России №2178106 от (22) 16.02.1999, (51) Г 16 Н 21/18, опубликованного (46) 10.01.2002. Бюл. №1, авт. Кузин А.А.The possibility of converting the pressure force of water directly into mechanical or electrical energy was determined only after the independent invention "Eccentric connecting rod" was invented according to Russian patent No. 2178106 from (22) 16.02.1999, (51) G 16
Изобретение ″Эксцентриковый шатун″ относится к машиностроению и касается создания передачи для преобразования движения с помощью кривошипов и эксцентриков. Шатун имеет диск-эксцентрик с круглым отверстием, посредством которого диск-эксцентрик насажен на цилиндрический вал и жестко закреплен на нем. Диск-эксцентрик средствами качения связан со звеном шатуна. Звено шатуна связано с исполнительным звеном, имеющим возможность возвратно-поступательного перемещения. Центр отверстия диска-эксцентрика смещен от центра этого диска на расстояние радиуса кривошипа. Радиус диска-эксцентрика больше суммы радиуса кривошипа и радиуса вала. Ролики размещены на поверхности наружного диаметра диска-эксцентрика и охвачены обоймами, кольцевым корпусом и силовыми стенками, составляющими звено шатуна. Эти стенки выполнены с зауженными концами с отверстиями. В эти отверстия вставлена общая ось шарнирного соединения звена шатуна с исполнительным звеном. Диск-эксцентрик и цилиндрический вал выполнены с возможностью вращения вокруг одной общей оси, проходящей через центр эксцентриситетного отверстия диска-эксцентрика и вдоль оси цилиндрического вала. Технический результат реализации изобретения заключается в снижении стоимости изготовления эксцентрикового шатуна и в повышении его эксплутационных качеств.The invention of "Eccentric connecting rod" relates to mechanical engineering and relates to the creation of a gear for converting movement using cranks and eccentrics. The connecting rod has an eccentric disk with a round hole, through which the eccentric disk is mounted on a cylindrical shaft and is rigidly fixed to it. The eccentric disc is connected by a rolling element to the connecting rod link. The connecting rod link is connected to the executive link, which has the ability to reciprocate. The center of the hole of the eccentric disk is offset from the center of this disk by the distance of the crank radius. The radius of the eccentric disc is greater than the sum of the radius of the crank and the radius of the shaft. The rollers are placed on the surface of the outer diameter of the eccentric disk and are surrounded by clips, an annular body and power walls that make up the connecting rod link. These walls are made with narrowed ends with holes. The common axis of the articulated joint of the connecting rod link with the executive link is inserted into these holes. The eccentric disk and the cylindrical shaft are rotatable around one common axis passing through the center of the eccentric hole of the eccentric disk and along the axis of the cylindrical shaft. The technical result of the invention is to reduce the cost of manufacturing an eccentric connecting rod and to increase its performance.
Широкое применение эксцентриковый шатун найдет в качестве замены кривошипных механизмов: в двигателях внутреннего сгорания, движителях, в прессах, в металлорежущих или в других обрабатывающих станках. Это предположение подтверждается теоретическими расчетами, уникальными достоинствами и возможностями эксцентрикового шатуна, его высоким КПД и отсутствием подобных аналогов, обладающих такими же достоинствами и возможностями, какими обладает эксцентриковый шатун.The eccentric connecting rod will find wide application as a replacement for crank mechanisms: in internal combustion engines, propulsors, in presses, in metal-cutting or in other processing machines. This assumption is confirmed by theoretical calculations, the unique advantages and capabilities of an eccentric connecting rod, its high efficiency and the absence of similar analogues that have the same advantages and capabilities as an eccentric connecting rod.
В результате названной замены могут появиться и уже появляются новые устройства и машины, а существующие и действующие в настоящее время обретут новые качества и возможности.As a result of the named replacement, new devices and machines may appear and already appear, and existing and existing ones will gain new qualities and capabilities.
Поэтому в результате широких возможностей применения эксцентрикового шатуна и стало возможным изобретение совершенно новой ″Гидромашины″, в которой при взаимодействии эксцентриковых шатунов с поршнями стало возможным непосредственное преобразование силы напора воды в крутящий момент прямого цилиндрического вала для выработки механической или электрической энергии.Therefore, as a result of the wide possibilities of using an eccentric connecting rod, it was possible to invent a completely new “Hydraulic Machine”, in which, when the eccentric connecting rods interact with the pistons, it was possible to directly convert the pressure force of water into the torque of a straight cylindrical shaft to generate mechanical or electrical energy.
В настоящей заявке изобретение ″Гидромашина″ представлена следующим образом.In the present application, the invention "Hydraulic machine" is presented as follows.
На фиг.1 показана одна семиэтажная ″Гидромашина″ в статическом положении в разрезе по Б-Б на фиг.2.Figure 1 shows one seven-story ″ Hydraulic ″ in a static position in section along BB in figure 2.
На фиг.2 показаны две одинарные ″Гидромашины″ в разрезе по А-А на фиг.1.Figure 2 shows two single ″ hydraulic machines ″ in the context of aa in figure 1.
На фиг.3 показан разрез трех верхних этажей по В-В на фиг.2.Figure 3 shows a section of the three upper floors on BB in figure 2.
На фиг.4 показан разрез трех верхних этажей в момент рабочего положения круглой части эксцентрикового шатуна, повернутого против часовой стрелки влево на угол α.Figure 4 shows a section of the three upper floors at the time of the working position of the circular part of the eccentric connecting rod, rotated counterclockwise to the left by an angle α.
На фиг.5 показан разрез трех верхних этажей в момент рабочего положения круглой части эксцентрикового шатуна, повернутого против часовой стрелки вправо на угол θ=180°.Figure 5 shows a section of the three upper floors at the time of the working position of the circular part of the eccentric connecting rod, rotated counterclockwise to the right by an angle θ = 180 °.
На фиг.6 показан разрез трех верхних этажей в момент рабочего положения круглой части эксцентрикового шатуна, повернутого вправо на угол α.Figure 6 shows a section of the three upper floors at the time of the working position of the circular part of the eccentric connecting rod, rotated to the right by an angle α.
На фиг.7 показана отдельная камера с поршнем в сборе.7 shows a separate chamber with a piston assembly.
На фиг.8 показана рабочая камера.On Fig shows a working chamber.
На фиг.9 показан поршень в сборе.Figure 9 shows the piston assembly.
На фиг.10 показана цепная система управления распределения воды на три верхних этажа в разрезе по Г-Г на фиг.2.Figure 10 shows a chain control system for distributing water to the three upper floors in a section along G-G in figure 2.
На фиг.11 показана ″Гидромашина″ в разрезе по Д-Д на фиг.10.In Fig.11 shows a ″ hydraulic machine ″ in the context of DD in Fig.10.
На фиг.12 показан барабанный распределитель воды на каждый этаж ″Гидромашины″ в разрезе по Е-Е на фиг.10.On Fig shows a drum water dispenser for each floor ″ Hydraulic ″ in the context of EE in figure 10.
На фиг.13 показана семиэтажная тройная ″Гидромашина″.On Fig shows a seven-story triple ″ Hydraulic ″.
На фиг.14 показана рычажная система для уменьшения рабочего хода поршней и увеличения радиуса кривошипа главного эксцентрикового шатуна.On Fig shows a lever system to reduce the stroke of the pistons and increase the radius of the crank of the main eccentric connecting rod.
Семиэтажная ″Гидромашина″ содержит фундамент 1, забетонированный как одно целое железобетоном с плотиной 2 и быками 3, удерживающими воду на уровне верхнего бьефа ВБ относительно нижнего бьефа НБ, показанных на фиг.1. В плотине 2 встроены каналы 4 с консольными патрубками 5 прямоугольного сечения и сетки 6, по высоте соответствующие уровням этажей гидромашины. Все каналы 4 открываются - закрываются посредством затвора 7 и посредством крюка 8 грузоподъемной машины (не показана).The seven-story “Hydraulic Machine” contains a
На фундаменте 1 забетонирована фундаментная плита 9, на которой нижними основаниями закреплены колонны 10. На верхних площадках быков 3 забетонирована силовая рама 11. В стенах быков 3 по высоте и ширине в необходимом количестве забетонированы консольные балки 12, к которым жестко прикреплены съемные поперечные балки 13 одним концом к консольной балке 12 одного быка 3, а другим концом к консольной балке 12 другого быка 3. Верхними капителями колонны 10 жестко прикреплены к силовой раме 11, а по всей высоте колонны 10 жестко соединены с поперечными съемными балками 13. Дополнительно каждая пара колонн 10 с двух сторон жестко скреплена с продольными съемными балками 14 и съемными поперечными балками 15. На фундаментной плите 9 закреплено основание 16, на которой, поэтажно чередуясь, прикреплены крышки 17 и камеры прямоугольного сечения, одна из которых показана на фиг.7. Каждая камера по количеству этажей гидромашины содержит корпус 16, каждый из которых своими фланцами 19, верхними фланцами 20 прямоугольной конструкции и крышками 17 между ними скреплены общими болтами в виде общей вертикальной шахты прямоугольного сечения, разделенной поэтажно крышками 17 на независимые герметичные камеры. Следовательно, каждая крышка 17 для одной камеры является дном, а для другой соседней камеры - крышкой, и наоборот. Каждая камера дополнительно жестко и поэтажно прикреплена болтами к съемным продольным и съемным поперечным балкам 14 и 15 посредством рамки 21, приваренной к наружным стенкам каждой камеры. Каждая камера оснащена патрубками прямоугольного сечения 22, 23, 24, 25. Внутри каждой камеры помещена рабочая камера 26 с прямоугольными отверстиями 27, строго совпадающими по периметру с патрубками 22, 23, 24, 25. В верхней части общая камерная шахта перекрыта дополнительными крышками 28, соединенными общей втулкой 29. Внутри каждой рабочей камеры 26 размещен поршень, который показан в сборе на фиг.9. Поршень содержит корпус 30 прямоугольного сечения, в центре которого помещена муфта 31 с двумя фланцами круглого сечения, к нижнему из которых герметично прикреплено дно корпуса 30, а верхний фланец муфты 31 и верхний квадратный или прямоугольный уровень поршня герметично закрыт крышкой 32, имеющей герметично закрытые лючки 33, внутри муфты 31 вдоль ее оси имеется отверстие с внутренней резьбой, в которую ввернуты резьбовыми концами два штока 34, зафиксированные стопорными болтами 35. На штоки 34 надеты амортизационные кольца, например, из резины 36. На верхний конец верхнего штока 34 навернута резьбой и зафиксирована головка 37, в проушину которой вставлена ось 36.On the
На силовой раме 11 закреплены корпуса с подшипниками 39, в которые вставлен цилиндрический вал 40, на концах которого закреплены муфты 41. На цилиндрический вал 40 насажен и жестко закреплен на нем эксцентрик главного эксцентрикового шатуна 42, нижний конец зауженных стенок которого посредством оси 36 шарнирно соединен с головкой 37 верхнего штока 34. Кроме этого, на цилиндрический вал 40 насажен и жестко закреплен эксцентрик исполнительного эксцентрикового шатуна 43.Housings with
На уровне каждого этажа, например, семиэтажной гидромашины, с обеих ее сторон установлены и жестко закреплены барабанные распределители, один из которых показан на фиг.12. Корпус барабанного распределителя состоит из двух разъемных частей: секторной части 44 с прямоугольными фланцами 45 и 46 и ответной полуцилиндрической части 47 с фланцем 48 и патрубками 49. Названные разъемные части герметично соединены прямоугольными фланцами 46 и 48, между которыми герметично зажата уплотнительная прокладка 50 по всему прямоугольному периметру.At each floor level, for example, a seven-story hydraulic machine, drum distributors are installed and rigidly fixed on both sides, one of which is shown in Fig. 12. The housing of the drum distributor consists of two detachable parts: a
Патрубки 49 герметично соединены с прямоугольными коленами 51. Торцевые стенки двух частей корпуса оснащены разъемными скользящими подшипниками 52. Посредством колен 51 прямоугольные патрубки 49 соответственно и герметично соединены с патрубками 22 и 23 с одной стороны камер (на фиг.7), а с другой стороны камер и гидромашины барабанные распределители патрубками 49 посредством колен 51 герметично соединены с патрубками 24 и 25 камер. Внутри каждого корпуса барабанного распределителя помещен барабан 53, выполненный из трубы, имеющей в двух концах торцевые стенки 54, к которым с внутренней стороны приварены фланцы 55, а к ним соответственно приварены левая ось 56 и правая ось 57, которые своими скользящими шейками вставлены в скользящие подшипники 52, а другими шейками оси вставлены в подшипники качения 58, закрепленные в корпусах 59 и зафиксированные крышками 60. Внутри трубы барабана 53 вварены перегородки 61 и 62 по всей длине барабана, а центральные перегородки сварены таким образом, что представляют собой вид расширяющегося диффузора 63, у которого узкая сторона имеет высоту h1, а широкая сторона имеет высоту h2, а ширина диффузора 63 равна расстоянию l. На правой консоли оси 57 прикреплена звездочка 64. Барабан 53 выполнен с возможностью вращения внутри корпуса барабанного распределителя и представляет собой круглую ферму, стержнями которой являются перегородки 61 и 62.The
Барабанные распределители патрубками 45 герметично соединены с консольными патрубками 5 плотины 2 по всей высоте соответствующих этажей гидромашины. На противоположной стороне гидромашины барабанные распределители, у которых диффузоры 63 выполняют функции конфузоров, которые своими патрубками 45 герметично и поэтажно соединены с отводами 65, все внутренние полости которых сообщены с общей внутренней полостью сборника воды 66, который в нижнем основании сообщен с внутренней полостью колена 67 и с нижним бьефом НБ воды.Drum distributors nozzles 45 are hermetically connected to the cantilever nozzles 5 of the
Таким образом выполнена гидромашина, соединенная с фундаментом 1 посредством забетонированной плиты 9, основания 16, с быками 3, посредством забетонированной на верхних площадках быков 3 силовой рамы 11, жестко соединенной посредством колонн 10 с фундаментной плитой 9 и фундаментом 1, с забетонированными в стенах противоположно расположенных быков 3 консольных балок 12, съемных поперечных балок 13, продольных балок 14 и поперечных балок 15 - по всей высоте и по всей длине гидромашины, которая также связана с плотиной посредством забетонированных в ней консольных патрубков 5 по всей высоте всех этажей и по ширине конструкции гидромашины - все это определяет единую монолитную конструкцию гидромашины.Thus, a hydraulic machine is made, connected to the
Таким же образом все внутренние полости всех каналов 4, консольных патрубков 5, барабанных распределителей, колен 51, камерных патрубков 22 и 23 до поршней справа со стороны плотины 2 (на фиг.1) - все это является нагнетающей стороной гидромашины. А все внутренние полости рабочих камер за поршнями, патрубков 24 и 25, колен 51, барабанных распределителей, отводов 65, сборника воды 66 и колена 67 до нижнего бьефа НБ уровня воды (слева на фиг.1) - все это является отсасывающей стороной гидромашины. При этом делителями названных сторон гидромашины являются одновременно все поршни, делящие внутреннюю полость каждой рабочей камеры 26 на подпоршневую и надпоршневую полости, одновременно на всех этажах гидромашины.In the same way, all the internal cavities of all channels 4, cantilever tubes 5, drum distributors,
Для попеременного соединения всех одновременно подпоршневых и надпоршневых полостей рабочих камер 26 на всех этажах гидромашина оснащена ″Цепной системой управления″ для распределения воды одновременно на все этажи, которая содержит следующие основные элементы конструкции.To alternately connect all the under-piston and over-piston cavities of the working
На двух съемных продольных балках 14 (на фиг.10 и 11) закреплены подшипники (не показаны), в которые вставлен вал 68, на консоль которого насажена и закреплена двухрядная звездочка 69, соединенная посредством роликовых цепей 70 и 71 одновременно с двумя звездочками 64 барабанов 53 на двух сторонах и на уровнях всех этажей гидромашины. На каждый вал 68 насажен и жестко закреплен рычаг 72, который шарнирно соединен с общей тягой 73 посредством оси 74. Верхний конец тяги 73 посредством оси 36 шарнирно соединен с зауженными концами стенок исполнительного эксцентрикового шатуна 43, имеющего дополнительные эксцентриковые отверстия 75 в диске-эксцентрике, насаженного на цилиндрический вал 40.Bearings (not shown) are fixed on two removable longitudinal beams 14 (in FIGS. 10 and 11), into which a shaft 68 is inserted, on the console of which a double-
На фиг.1 и 3 гидромашина показана в статическом положении. На фиг.4-6 главные эксцентриковые шатуны 42 показаны в моменты кругового вращения их дисков-эксцентриков вокруг оси вращения цилиндрического вала 40 против часовой стрелки.1 and 3, the hydraulic machine is shown in a static position. 4-6, the main eccentric connecting
Исполнительный эксцентриковый шатун с закрепленным своим диском-эксцентриком на общем цилиндрическом валу 40 тоже вращается в ту же сторону, но согласно встречного разреза по Г-Г на фиг.2 он показан вращающимся по часовой стрелке на фиг.10.The executive eccentric connecting rod with its eccentric disc mounted on a common
На фиг.1 и 3 собственная вертикальная ось Y1-O1 главного эксцентрикового шатуна 42 совпала с главной вертикальной осью Y-Y всей гидромашины.1 and 3, the proper vertical axis Y 1 -O 1 of the main eccentric connecting
На фиг.10 собственная вертикальная ось Y1-O1 исполнительного эксцентрикового шатуна 43 тоже показана совпадающей с главной вертикальной осью Y-Y только для того, чтобы показать, что в этот момент все рычаги 72 на всех этажах подняты до самого крайнего верхнего положения, фактически же диск-эксцентрик исполнительного эксцентрикового шатуна 43 при монтаже смещен и закреплен на угол θ1 (не показан) относительно закрепленного на общем цилиндрическом валу 40 диcка-эксцентрика главного эксцентрикового шатуна 42, т.е. например, с отставанием на угол θ1=15-30°. Следовательно, когда ось собственная Y1-O1 главного эксцентрикового шатуна 42 совпадает с главной вертикальной осью Y-Y, исполнительный эксцентриковый шатун 43 фактически занимает положение I (на фиг.10 показано пунктиром).In Fig. 10, the proper vertical axis Y 1 -O 1 of the actuating eccentric connecting
На фиг.12 показано среднее положение диффузора 63 барабана 53 строго вдоль горизонтальной оси, в результате чего показано, что высота прямоугольного отверстия h2 диффузора 63 больше расстояния ″a″ - между ближайшими горизонтальными кромками прямоугольных патрубков 49, в результате чего внутренняя полость диффузора 63 в это мгновение сообщена в виде узких щелей одновременно с подпоршневыми и надпоршневыми полостями посредством колен 51 и камерных патрубков 22 и 23.12 shows the average position of the
В начальном статическом положении, когда при монтаже путем соответствующей переброски цепей 70 и 71 (на фиг.10) диффузоры 63 (на фиг.3) всех барабанов 53 нагнетающей стороны установлены по часовой стрелке на определенный угол β таким образом, что нижние патрубки 49, сообщенные посредством колен 51 и камерных патрубков 22 с подпоршневыми полостями рабочих камер 26 закрыты, а верхние патрубки 49 посредством колен 51 и камерных патрубков 23, сообщенные с надпоршневыми полостями камер 26, приоткрыты.In the initial static position, when during installation by appropriate transfer of the
Диффузоры 63 всех барабанов отсасывающей стороны гидромашины установлены тоже по часовой стрелке на такой угол β поворота таким образом, наоборот, что патрубки 49 барабанов 53 посредством колен 51 и камерных патрубков 34, сообщенные с подпоршневыми полостями рабочих камер 26, приоткрыты, а верхние патрубки 49 посредством колен 51 и камерных патрубков 25, сообщенные с надпоршневыми полостями рабочих камер 26, закрыты.The
Диски-эксцентрики главного шатуна 42 и исполнительного шатуна 43 при вращении вращаются вокруг продольной оси О-О вращения цилиндрического вала 40, центр О которой находится на пересечении горизонтальной оси Х-Х и главной вертикальной оси Y-Y. Центр качания шатунов относительно оси 38 обозначен буквой О1. Буквой О2 обозначен центр диска-эксцентрика, который находится на пересечении горизонтальной оси Х1-Х1 и главной вертикальной оси Y-Y. Расстояние между центром О2 и О оси вращения О-О цилиндрического вала 40 является радиусом кривовшипа rкр шатуна.The eccentric discs of the main connecting
В описании изобретения ″Эксцентриковый шатун″ упомянуто о том, что эксцентриковый шатун ... обладает наибольшей инерцией вращения вокруг оси О-О вращения цилиндрического вала, безударно, легко и ″мягко″ преодолевает при каждом обороте два ″мертвых″ положения... Поэтому гидромашина может работать и одна, если на цилиндрическом валу будет закреплен соответствующий противовес, который уравновесит вое элементы вращательного и вертикально-поступательного перемещения посредством встречного момента, равного радиусу кривошипа, умноженного на суммарный вес, содержащий: вес шатунов 42 и 43, вес всех штоков 34, вес всех поршней, вес всех консольных концов рычагов 72 и вес тяги 73, т.е.In the description of the invention, the “eccentric connecting rod" mentions that the eccentric connecting rod ... has the greatest inertia of rotation around the axis O-O of rotation of the cylindrical shaft, shocklessly, easily and ″ softly ″ overcomes two ″ dead ″ positions with each revolution ... Therefore the hydraulic machine can work alone if the corresponding counterweight is fixed on the cylindrical shaft, which balances its elements of rotational and vertical-translational movement by means of a counter moment equal to the radius of the crank multiplied about the total weight, comprising: the weight of the connecting
Mпр=rкр(Рш+Pшт+Рп+Рт),M ol = r cr (R W + P pc + R p + R t ),
где Мпр - общий момент противовеса, кг·м;where M CR - the total moment of the counterweight, kg · m;
rкр - радиус кривошипа эксцентрикового шатуна, м;r cr - radius of the crank of the eccentric connecting rod, m;
Рш - суммарный вес всех шатунов, кг;R W - the total weight of all rods, kg;
Ршт - суммарный вес всех штоков 34 с головкой 37, кг;P pc - the total weight of all
Рп - суммарный вес всех поршней, кг;R p - the total weight of all pistons, kg;
РР - суммарный вес консольных концов всех рычагов 72, кг;P R - the total weight of the cantilever ends of all
Рт - вес тяги 73, кг.R t -
Тогда в данном условии гидромашина будет называться как одна одинарная гидромашина, имеющая один главный эксцентриковый шатун 42 и один исполнительный шатун 43 с упомянутым противовесом.Then, in this condition, the hydraulic machine will be called as one single hydraulic machine having one main
Одна одинарная, например семиэтажная, гидромашина работает следующим образом.One single, for example seven-story, hydraulic machine works as follows.
Затвор 7 имеет прямоугольные окна, равные по площади прямоугольным каналам 4 и консольным патрубкам 5, количество которых соответствует поэтажному количеству этажей гидромашины, а по высоте соответствуют расстояниям между этажами гидромашины.The shutter 7 has rectangular windows, equal in area to the rectangular channels 4 and cantilever pipes 5, the number of which corresponds to the floor number of floors of the hydraulic machine, and in height correspond to the distances between the floors of the hydraulic machine.
При закрытом положении затвора 7 его прямоугольные окна находятся в высотных промежутках между каналами 4. При подъеме затвора 7 посредством грузоподъемной машины и троса с крюком 8 на высоту совмещения одновременно всех прямоугольных окон затвора 7 с каналами 4 вода под напором высоты верхнего бьефа ВБ уровня воды и соответствующей глубины, очищенная сетками 6, устремляется одновременно на всех этажах через каналы 4, консольные патрубки 5 и патрубки 45 во внутренние полости секторных частей 44 корпусов всех барабанных распределителей, через зауженные прямоугольные стороны диффузоров 63 с высотой h1, через расширенную сторону диффузоров 63 с высотой h2, через верхние приоткрытые патрубки 49, через колена 51, через верхние камерные патрубки 23, через верхние прямоугольные отверстия 27 рабочих камер 26 во внутренние надпоршневые полости рабочих камер 26 шириной l, т.е. всей нагнетающей стороны, но дальнейший путь воды через верхние камерные патрубки 25, колена, 51, патрубки 49 барабанных распределителей всей отсасывающей стороны гидромашины будет закрыт цилиндрическим телом барабана 53 в каждом барабанном распределителе. Этот путь воды на всех этажах показан на фиг.3, где также видно, что воде закрыт путь из барабанных распределителей нагнетающей стороны: через нижние патрубки 49, колена 51, нижние камерные патрубки 22. Но при этом подпоршневые полости рабочих камер 26 сообщены через нижние камерные патрубки 24, колена 51, патрубки 49 с внутренними полостями диффузоров 63 барабанных распределителей отсасывающей стороны гидромашины, а через патрубки 45, отводы 65, сборник 66 и колено 67 все подпоршневые полости сообщены с нижним бьефом НБ уровня воды. Следовательно, при открытом затворе 7 в момент, показанный на фиг.3, в надпоршневых полостях рабочих камер 26 вода с силой напора, соответствующей высоте верхнего бьефа ВБ и соответствующей глубине, которая соответствует уровню каждого этажа гидромашины, давит на всю рабочую площадь поршня одновременно во всех надпоршневых полостях рабочих камер 26 на всех этажах гидромашины.When the shutter 7 is in the closed position, its rectangular windows are located in the altitude gaps between the channels 4. When the shutter 7 is lifted by a lifting machine and a cable with a hook 8 to the height of the combination of all rectangular windows of the shutter 7 with the 4 water channels simultaneously under the pressure of the height of the upper head of the WB water level and of the corresponding depth, cleaned with
Рабочей площадью поршня является произведение размеров поршня А×В на фиг.9 за вычетом площади круглого поперечного сечения штока 34, т.е.The working area of the piston is the product of the dimensions of the piston A × B in FIG. 9 minus the area of the circular cross section of the
Fp=Fn-Fшт,F p = F n -F pc
где Fр - рабочая площадь поршня, м2;where F p - the working area of the piston, m 2 ;
Fn - общая прямоугольная площадь поршня, м2;F n - total rectangular area of the piston, m 2 ;
Fшт - площадь поперечного сечения штока 34, м2.F pc - the cross-sectional area of the
На фиг.3 показан момент статического положения, когда поршни все находятся в верхнем положении и главный шатун 42 находится тоже в верхнем положении, когда центр O2 диска-эксцентрика находится выше центра О оси вращения О-О цилиндрического вала 40 на расстоянии радиуса кривошипа rкр и ось X1-X1 расположена выше центра О оси вращения О-О цилиндрического вала 40 на расстоянии тоже радиуса кривошипа rкр и параллельна оси Х-Х.Figure 3 shows the moment of a static position, when the pistons are all in the upper position and the main connecting
Суммарная сила Рс действует сверху-вниз одновременно на все ролики, которые размещены на площади верхней полуокружности наружного диаметра диска-эксцентрика на расстоянии, равного сумме радиуса кривошипа rкр и радиуса диска-эксцентрика Rg, т.e. u=rкр+Rg. При этом каждая индивидуальная сила, действующая на каждый ролик, направлена к центру диска-эксцентрика по нормали.The total force P c acts from top to bottom simultaneously on all the rollers that are placed on the area of the upper semicircle of the outer diameter of the eccentric disk at a distance equal to the sum of the radius of the crank r cr and the radius of the eccentric disk R g , i.e. u = r cr + R g . Moreover, each individual force acting on each roller is directed to the center of the eccentric disk along the normal.
Такое одностороннее действие сверху-вниз относительно центра О оси вращения О-О цилиндрического вала 40, когда все поршни и главный шатун 42 будут находиться в верхнем положении, то такое положение крайне не устойчиво, так как и в этот момент на диск-эксцентрик начинает действовать момент вращения, равный суммарной силе Рс умноженной на радиус кривошипа rкр, т.е. Mвр=Pсrкр. Тогда под действием момента вращения диск-эксцентрик вращает цилиндрический вал 40, одновременно опуская вниз главный шатун 42, например, против часовой стрелки, а поршни все вместе движутся вниз прямолинейно-поступательно с возрастающей скоростью.Such a one-sided action from top to bottom relative to the center O of the axis of rotation O-O of the
В то же самое время шатун 43, отстающий от главного шатуна 42 вначале вращения на угол отставания, например, θ1=15-30°, закрепленный с главным шатуном 42 на одном общем валу 40, продолжает подниматься вверх с минимальной скоростью, стремящейся к нулю, и также с замедлением шатун 43 поднимает вверх тягу 73, которая также с замедлением поворачивает рычаги 72 одновременно на всех этажах, которые с замедлением поворачивают двухрядные звездочки 69, которые посредством роликовых цепей 70 и 71 поворачивают звездочки 64, закрепленные на правых осях 57, поворачивая тем самым все барабаны 53 на обеих сторонах гидромашины.At the same time, the connecting
При передаточном отношении диаметров Dдв двухрядных звездочек 69 к диаметрам dзв звездочек 64, например, Dдв:dзв=2:1, то при повороте двухрядных звездочек 69 на угол β звездочки 64 повернутся на угол 2β, на который соответственно повернутся барабаны 53 и их диффузоры 63.When the gear ratio of the diameters D of the two double-
На фиг.4 показан рабочий момент, когда главный шатун 42 отклонился влево на максимальный угол α между собственной осью Y1-O1 и главной вертикальной осью Y-Y, а оси Х1-X1 и Y1-O1 перпендикулярны между собой и угол между ними постоянно равен 90°. При этом ось Х1-X1 совместилась с центром O оси вращения О-О цилиндрического вала 40. Весь главный шатун 42 вместе со всеми поршнями опустился вниз относительно центра О вдоль вертикальной главной оси Y-Y на расстояние S, равное радиусу кривошипа rкр, т.е. S=rкр. Шатун 43 оказался в положении II, показанного пунктиром на фиг.10. В это мгновение все поршни имеют максимальную скорость перемещения вниз. А все барабаны 53 и их диффузоры 63 нагнетающей стороны гидромашины повернулись на максимальный угол βm по часовой стрелке вверх, предоставляя максимальную возможность и максимальную площадь прохода для потока воды под напором в надпоршневые полости рабочих камер 26. А путь воде - через нижние патрубки 49, колена 51, камерные патрубки 22 из полости рабочих камер 26 нагнетающей стороны закрыт телами барабанов 53. Одновременно барабаны 53 и диффузоры 63, выполняющие функции конфузоров, отсасывающей стороны гидромашины повернулись тоже по часовой стрелке вниз на максимальный угол βm, предоставляя максимальную возможность и максимальную площадь для выхода потока воды из подпоршневых полостей рабочих камер 26 и надежно закрывая выход воды из надпоршневых полостей рабочих камер 26: через верхние камерные патрубки 25, колены 51, верхние патрубки 49, перекрывая выход телами барабанов 53 барабанных распределителей отсасывающей стороны гидромашины. При этом все подпоршневые полости рабочих камер 26 отсасывающей стороны сообщены через нижние камерные патрубки 24, колена 51, нижние патрубки 49, диффузоры 63, секторные части 44 и патрубки 45 барабанных распределителей, отводы 65, сборник воды 66, колено 67 с нижним бьефом НБ и с атмосферой.Figure 4 shows the working moment when the main connecting
Следующую половину пути (хода) вниз, равного тоже радиусу кривошипа rкр, поршни движутся с замедлением, в то же время диски-эксцентрики главного шатуна 42 и шатуна 43 под действием суммарных маховых моментов и махового момента противовеса и шатунов 42 и 43 вращают цилиндрический вал 40 вокруг оси вращения О-О цилиндрического вала 40 с постоянной угловой скоростью.The next half of the path (stroke) downward, which is also equal to the radius of the crank r cr , the pistons move with deceleration, while the eccentric discs of the main connecting
В то же время, когда поршни замедляют свое движение вниз, тяга, наоборот, ускоряет свое движение вниз, ускоренно поворачивает все рычаги 72 и двухрядные звездочки 69, а за счет передаточного отношения еще ускореннее поворачиваются звездочки 64, барабаны 53 и их диффузоры 63.At the same time, when the pistons slow down, the thrust, on the contrary, accelerates its downward movement, rapidly rotates all
На фиг.5 показан рабочий момент, когда диск-эксцентрик главного шатуна 42 повернулся относительно центра О оси вращения О-О цилиндрического вала 40 на угол θ=180°. В этот момент все поршни остановились, достигнув самого низкого положения, пройдя путь (ход), равный двум радиусам кривошипа, т.е. S=rкр. К этому моменту все барабана 53 нагнетающей стороны гидромашины успели перекрыть своими цилиндрическими телами доступы потоков воды в надпоршневые полости рабочих камер 26 и приоткрыть доступы потокам воды в подпоршневые полости рабочих камер 26. А все барабаны 53 отсасывающей стороны гидромашины успели перекрыть своими цилиндрическими телами выход из подпоршневых полостей рабочих камер 26. К этому моменту весь первоначальный воздух вытесняется из подпоршневых полостей рабочих камер 26 через нижние патрубки 24, колена 51, водоводы 63, секторные части 44, патрубки 45, отводы 65, колено 67 в нижний бьеф НБ и в атмосферу. Шатун 43 принял положение III, показанное пунктиром на фиг.10. Собственная ось Y1-O1 главного шатуна 42 совместилась с главной вертикальной осью Y-Y. Ось X1-Х1 расположилась параллельно оси X-Х на расстоянии радиуса кривошипа rкр ниже центра О оси вращения О-О цилиндрического вала 40.Figure 5 shows the working moment when the eccentric disk of the main connecting
К этому мгновению, когда скорость вертикального прямолинейно-поступательного движения поршней стала равна нулю, т.е. Vn=0, а нагрузка суммарного веса главного шатуна 42, поршней, штоков 34, вес воды в надпоршневых полостях рабочих камер 26 и вертикальные силы инерции продолжают действовать по инерции сверху-вниз на все ролики, расположенные на площади верхней полуокружности наружного диаметра диска-эксцентрика, а нижние ролики, расположенные на площади нижней полуокружности наружного диаметра диска-эксцентрика не нагружены, то момент сопротивления вращению равен суммарной силе от нагрузки суммарного веса и инерции Pс умноженной на коэффициент трения качения, т.е.By this moment, when the speed of the vertical rectilinear-linear motion of the pistons became equal to zero, i.e. V n = 0, and the load of the total weight of the main connecting
Mск=Pс·fк,M ck = P s · f k ,
где Mск - момент сопротивления качения, кг·м;where M ck - moment of rolling resistance, kg · m;
Pс - суммарная сила, кг;P with - total force, kg;
fк - коэффициент трения качения.f to - rolling friction coefficient.
Поэтому главный шатун 42 совместно с противовесом, со всеми вращающимися элементами привода обладает большой инерцией вращения, поэтому легко, безударно и ″мягко″ проходит нижнее ″мертвое″ положение.Therefore, the main connecting
На фиг.6 показан рабочий момент, когда главный шатун 42 отклонился вправо на максимальный угол α между его собоственной оси Y1-O1 и главной вертикальной оси Y-Y. Ось X1-Х1 совместилась с центром O оси вращения O-O цилиндрического вала 40. Шатун 43 при этом принял положение IV на фиг.10.Figure 6 shows the working moment when the main connecting
Ось 38 и все поршни переместились вверх на расстояние S, равное радиусу кривошипа rкр, т.е. S=rкр. В это мгновение поршни на всех этажах достигли максимальной скорости перемещения. Барабаны 53 и их диффузоры 63 повернулись на максимальный угол βm против часовой стрелки вниз с угловой скоростью, стремящейся к нулю, предоставляя тем самым возможность для максимального прохода потокам воды под напором во все подпоршневые полости рабочих камер 26 с нагнетающей стороны гидромашины. А барабаны 53 и их диффузоры 63 отсасывающей стороны гидромашины повернулись на максимальный угол βm вверх против часовой стрелки тоже о угловой скоростью, стремящейся к нулю, предоставляя тем самым возможность для максимального выхода потоков воды из надпоршневых полостей рабочих камер 26, перекрыв при этом еще надежнее выход из подпоршневых полостей рабочих камер 26. Следующую половину рабочего хода S поршней ввверх, равного тоже радиусу кривошипа rкр, поршни двигаются вертикально прямолинейно-поступательно с замедлением. Шатуны 42 и 43 вращаются вокруг оси вращения O-O цилиндрического вала 40 с постоянной угловой скоростью, а тяга 73 перемещается вверх с возрастающей скоростью, ускоренно поворачивает рычаги 72 и двухрядные звездочки 69, еще ускореннее поворачиваются звездочки 64, барабаны 53 и их диффузоры 63. И к моменту достижения поршней самого верхнего положения все барабаны 53 и их диффузоры 63 принимают положение на фиг.3. Далее процесс вращения шатунов 42 и 43 и движения потоков воды повторяется одновременно на всех этажах гидромашины.The
В настоящем описании пока изложена работа одной одинарной гидромашины с соответствующим противовесом, посредством которого уравновешиваются вое вращающиеся и движущиеся элементы гидромашины, но не уравновешивается общий вeс воды, что является большим недостатком. Практически начальная работа гидромашины, например, показанная в начальном положении на фиг.3, когда заполнение водой начинается одновременно во все полости рабочих камер 26 одной стороны гидромашины, а в этот момент в противоположных полостях рабочих камер 26 за поршнем находится воздух. Тогда при таком условии и при быстром открывании затвора 7, когда вода мгновенно стремится в полости рабочих камер 26 на всех этажах только с одной стороны гидромашины, возможен гидравлический удар большой сила, способный вывести гидромашину из строя. Поэтому при таком положении необходимо открывать затвор 7 как можно медленнее до тех пор, пока не будет удален воздух из всех полостей рабочих камер 26 и пока все полости полностью заполнятся водой в виде непрерывных потоков. Тогда гидравлический удар смягчается посредством опережающей подачи воды в противоположные полости, когда из предыдущих полостей вода будет еще неполностью удалена. Смягчается удар и тем, что к концу рабочего хода поршней со скоростью, стремящейся к нулю, подача воды в полости тоже будет стремиться к нулю в моменты мертвых положений. Но основным условием, которое исключает возникновение гидравлических ударов, является то обстоятельство, что в любой момент движения поршней полости рабочих камер 26 нагнетающей стороны гидромашины сообщены с водой за плотиной 2 верхнего бьефа ВБ, а полости рабочих камер 26 за поршнями отсасывающей стороны гидромашины сообщены с нижним бьефом НБ и с атмосферой. Поэтому применение одной одинарной гидромашины может быть ограничено потому, что имеются более предпочтительные варианты изготовления гидромашин, исключающие недостатки одной одинарной гидромашины, которая изложена в описании с целью более простого и доступного понимания конструкции и работы гидромашины, а также как одного варианта из числа возможного множества вариантов изготовления гидромашин, в основе которых применены одни одинарные гидромашины.In the present description, so far the operation of one single hydraulic machine with the corresponding counterweight is described, by means of which its rotating and moving elements of the hydraulic machine are balanced, but the total weight of the water is not balanced, which is a big disadvantage. Almost the initial operation of the hydraulic machine, for example, shown in the initial position in figure 3, when filling with water begins simultaneously in all the cavities of the working
Непрерывность подачи воды одновременно во все полости рабочих камер 26 всех этажей нагнетающей стороны гидромашины и одновременное удаление воды из противоположных полостей рабочих камер 26 за поршнем со всех этажей отсасывающей стороны гидромашины обеспечивается посредством ″Цепной системы управления″, которой гидромашина оснащена и которая имеет исключительно важное значение. От точности ее расчета, от практичного опыта ее монтажа и эксплуатации зависит вся эффективная работа гидромашины. При ее применении предоставляется широкая возможность применять различные сочетания многочисленных параметров цепной системы управления водой в виде непрерывных потоков. Главное необходимое условие определяется тем, что шатун 43 закреплен на цилиндрическом валу 40 вместе с главным шатуном 42, посредством чего оба шатуна вращаются с одинаковой угловой скоростью. Однако работа и размеры шатуна 43 не зависят от работы и размеров главного шатуна 42. На чертежах шатуны 42 и 43 показаны одинаковыми по размерам как один из многих вариантов. Фактически же шатун 43 может быть больше или меньше по размерам, иметь заранее несколько эксцентриситетных отверстий (фиг.10), что при необходимости имеется возможность применять разные радиусы кривошипов rкр, а следовательно, иметь возможность применять различные рабочие ходы тяги 73, разные длины рычагов 72, разные диаметры звездочек 69 и 64, разные передаточные отношения между ними и т.д.The continuity of water supply simultaneously to all cavities of the working
Применяя возможности многих сочетаний при расчетах и на практике, можно добиться того, что при подходе поршней к их верхним или к их нижним положениям диффузоры 63, опережая движения поршней, подадут встречное их движению давление потока воды, смягчая тем самым инерционные силы поршней и штоков 34, применять оптимальные радиусы кривошипов главных шатунов 42.Using the possibilities of many combinations in the calculations and in practice, it is possible to achieve that when the pistons approach their upper or lower positions, the
Известно, что при работе различных прессов, оснащенных кривошипно-шатунным механизмом с применением коленчатого вала в моменты ″мертвых″ положений, шатун обладает наибольшей силой. Этим положительным достоинством в еще большей мере обладает и эксцентриковый шатун. Поэтому в зависимости от напора воды и рабочих площадей всех поршней можно так подобрать рабочий ход поршней с соответствующим радиусом кривошипа, что установятся на каждом этаже гидромашины непрерывные потоки воды от затвора 7 плотины 2 до нижнего бьефа НБ уровня воды. Непрерывные потоки установятся потому, что весь упомянутый путь потоки воды под напором продут в герметичных каналах, патрубках, коленах, рабочих камерах, диффузорах, отводах, в сборнике воды. В таких герметичных условиях непрерывные потоки становятся неразрывными потоками, которые устанавливаются самопроизвольно только после того, когда после первоначального запуска гидромашины, за два-три полных рабочих хода поршней из всего пути воды - от затвора 7 до нижнего бьефа НБ - будет удален весь воздух в воду и через нее в атмосферу, а высвободившийся объем полностью заполнится водой. Неразрывность потока не нарушается поршнями, которые каждый поток воды во внутренних полостях рабочих камер 26 делят на нагнетающую (положительную) часть потока нагнетающей стороны гидромашины и на отсасывающую (отрицательную) часть потока отсасывающей стороны гидромашины. При положительной части потока подразумевается положительное давление воды в каждом отдельном потоке воды - от окна затвора 7 до нагнетающей полости в рабочей камере 26 каждого этажа, а величина положительного давления в каждом потоке соответствует глубине индивидуального уровня каждого этажа гидромашины относительно уровня воды верхнего бьефа ВБ. При отрицательной части потока подразумевается отрицательное давление (разряжение) в запоршневой полости рабочей камеры 26 каждого этажа, а величина отрицательного давления в каждом индивидуальном потоке воды каждого этажа зависит от уровня каждого этажа относительно уровня воды нижнего бьефа НБ, т.е. от индивидуальной высоты падения с каждого этажа.It is known that during the operation of various presses equipped with a crank mechanism using a crankshaft at the moments of “dead” positions, the connecting rod has the greatest power. An eccentric connecting rod also has this positive advantage. Therefore, depending on the pressure of the water and the working area of all the pistons, it is possible to choose the working stroke of the pistons with the corresponding crank radius so that continuous flows of water are established on each floor of the hydraulic machine from the shutter 7 of
Непрерывности водяного потока и его возможность сохранять целостность и при низком давлении (разряжении) широко используется в гидротурбинах посредством установки отсасывающих труб ниже рабочего колеса, которая позволяет полнее использовать кинетическую энергию потока воды, выходящего из рабочего колеса гидротурбины.The continuity of the water flow and its ability to maintain integrity even at low pressure (discharge) is widely used in hydraulic turbines by installing suction pipes below the impeller, which allows more complete use of the kinetic energy of the water stream leaving the impeller of the turbine.
Известно, что ... одним из основных факторов, определяющих движение жидкости при низком давлении, является прочность жидкости на разрыв. Так, по опытным данным чистая вода, не содержащая твердых и газообразных примесей, выдерживает растяжение 0.2-0.3 МПа (2-3 кгс/см2), а в особых условиях до 10-25 МПа (100-250 кгс/см2). Теоретически прочность воды на разрыв еще больше (″Гидравлические машины″, Москва, из-во Энергия, 1978, с. 103. Авт. Г.И.Кривченко).It is known that ... one of the main factors determining the movement of a fluid at low pressure is the tensile strength of the fluid. So, according to experimental data, pure water that does not contain solid and gaseous impurities can withstand tensile stress of 0.2-0.3 MPa (2-3 kgf / cm 2 ), and under special conditions up to 10-25 MPa (100-250 kgf / cm 2 ). Theoretically, the tensile strength of water is even greater (″ Hydraulic Machines ″, Moscow, Izd. Energia, 1978, p. 103. Auth. G.I. Krivchenko).
Это важное физическое явление способствует тому, что на каждую рабочую площадь поршня сверху и снизу будут действовать одновременно два давления воды: положительное давление с одной стороны поршня и одновременно отрицательное давление на другой противоположной стороне поршня или, наоборот, при смене знака действия давлений.This important physical phenomenon contributes to the fact that two water pressures will act simultaneously on each piston working area above and below: positive pressure on one side of the piston and simultaneously negative pressure on the other opposite side of the piston or, conversely, when the sign of the pressure action changes.
В результате преобразования действий названных давлений на одну рабочую площадь поршня будет действовать положительная сила Pn, а на другую противоположную рабочую площадь поршня одновременно будет действовать отрицательная сила Pот. Названные силы разные по величине, но совпадают по направлению их совместного действия. Сумма этих двух сил составляют суммарную силу одного поршня Pс, а общая суммарная сила может быть ориентировочно определена по формулеAs a result of the conversion of the actions of the above pressures on one working area of the piston, a positive force P n will act, and on the other opposite working area of the piston, a negative force P from will act simultaneously. The named forces are different in size, but coincide in the direction of their joint action. The sum of these two forces is the total force of one piston P s, and the total total force can be roughly determined by the formula
Pс=2FpHγKп,P c = 2F p HγK p ,
где Pc - общая суммарная сила, действующая на все поршни, кг;where P c - total total force acting on all pistons, kg;
2Fp - двойная рабочая площадь - с двух сторон поршня, м2;2F p - double working area - on both sides of the piston, m 2 ;
H - напор воды на уровне глубины, соответствующей уровню среднего этажа гидромашины относительно уровня воды верхнего бьефа ВБ, м;H is the water pressure at a depth level corresponding to the level of the middle floor of the hydraulic machine relative to the water level of the WB upper pool, m;
γ - удельный вес воды, кг/м3;γ is the specific gravity of water, kg / m 3 ;
Kп - количество поршней.K p - the number of pistons.
В описании изложены конструкция и работа одной одинарной гидромашины с противовесом, обладающая соответствующей мощностью и имеющая упомянутые недостатки.The description describes the design and operation of one single counterbalanced hydraulic machine, which has the corresponding power and has the mentioned disadvantages.
Мощнее и устойчивее будут работать две одинарные гидромашины, показанные на фиг.2, у которых цилиндрические валы 40 соединены общей муфтой 41, но при непременном условии, при котором диск-эксцентрик главного шатуна 42, закрепленный на цилиндрическом валу 40 одной гидромашины, должен быть повернут на 180° и жестко закреплен относительно диска-эксцентрика главного шатуна 43, закрепленного на цилиндрическом валу 40 другой гидромашины. Таким же образом шатуны 43 должны быть повернуты и закреплены на 180° с соответствующими углами отстования относительно ″своих″ главных шатунов.Two single hydraulic machines shown in figure 2 will work more powerful and more stable, in which the
На фиг.2 первая левая гидромашина показана в статическом положении, показанного на фиг.3, вторая правая гидромашина показана в статическом положении, показанного на фиг.5.In Fig.2, the first left hydraulic machine is shown in the static position shown in Fig.3, the second right hydraulic machine is shown in the static position shown in Fig.5.
При вращении цилиндрического вала 40 первой гидромашины, объединенного с цилиндрическим валом второй гидромашины посредством средней муфты 41, например, против часовой стрелки в момент, когда первая левая гидромашина займет положение, показанное на фиг.4, вторая правая гидромашина займет положение, показанное на фиг.6. Когда первая левая гидромашина займет положение, показанное на фиг.5, и объединенный цилиндрический вал 40 повернется на 180°, вторая правая гидромашина займет положение, показанное на фиг.3, т.е. гидромашины поменялись положениями на противоположные. При последующем повороте объединенного цилиндрического вала 40 на 180° главные шатуны 42 обеих гидромашин снова поменяются местами и займут начальное статическое положение, показанное на фиг.2. При всех перечисленных положениях главных шатунов 42 шатуны 43 будут занимать соответствующие положения, показанные на фиг.10 пунктиром, с соответствующими им углами отставания.When rotating the
Еще более мощнее и более устойчивее будут работать три одинарные гидромашины, у которых индивидуальные цилиндрические валы 40 соединены двумя промежуточными муфтами 41.Three single hydraulic machines, in which individual
С целью упрощения изложения настоящего описания диски-эксцентрики не будут упоминаться в том, что они закреплены на цилиндрических валах, не забывая о том, что только посредством их эксцентриковые шатуны 42 и 43 шарнирно связаны с цилиндрическими валами 40.In order to simplify the presentation of the present description, eccentric discs will not be mentioned in that they are mounted on cylindrical shafts, not forgetting that only by means of their
Поэтому главные шатуны 42, закрепленные на индивидуальных цилиндрических валах 40, соединены в один общий цилиндрический вал посредством двух промежуточных муфт 41 трех одинарных гидромашин, при этом каждый главный шатун 42 должен быть повернут на 120° и закреплен относительно соседнего главного шатуна 42 на соседних гидромашинах. Соответственно и шатуны 43 должны быть повернуты относительно соседних шатунов 43 на соседних гидромашинах на 120° с соответствующими углами отставания от своих главных шатунов 42.Therefore, the main connecting
Еще более мощнее и более устойчивее будут работать две двойные гидромашины, у которых на каждом индивидуальном валу соединенные в один общий цилиндрический вал одной муфтой 41 размещены по два главных шатуна 42, которые своими дисками-эксцентриками закреплены на одной линии, и каждая пара главных шатунов 42 повернута относительно другой пары шатунов на другой машине на 180°. Соответственно и шатуны 43 двух гидромашин повернуты между собой на 180° с соответствующими углами θ1 отставания от ″своих″ пар главных шатунов 42. При этом на всех этажах все поршни увеличиваются по ширине (перпендикулярной движению потока воды) в 2-3 раза. Следовательно, и рабочая площадь Fр с двух сторон поршней увеличивается тоже в 2-3 раза. Соответственно расширяется и каркас двух гидромашин, но это компактнее, дешевле в изготовлении и в эксплуатации, чем делать четыре одинарные гидромашины. При этом путь движения потока не увеличивается, а площадь сечения потока воды увеличивается тоже в 2-3 раза. Поэтому и суммарная мощность от двух двойных гидромашин должна больше увеличиться, чем суммарная мощность, полученная от четырех одинарных гидромашин, занимающих большую площадь, имеющих длиннее плотину 2.Two double hydraulic machines will work even more powerful and more stable, in which on each individual shaft coupled into one common cylindrical shaft with one
Еще более мощнее и устойчивее будут работать три двойные гидромашины, у которых на каждом индивидуальном цилиндрическом валу 40 размещены по два главных шатуна 42, но все пары главных шатунов 42 одних гидромашин повернуты относительно пар главных шатунов 42 на соседних гидромашинах на угол 120°. Соответственно и шатуны 43 на соседних гидромашинах должны быть повернуты между собой на 120° с соответствующими для них углами отставания от ″своих″ пар главных шатунов 42. Суммарная мощность от трех двойных гидромашин больше суммарной мощности шести одинарных гидромашин.Three double hydraulic machines will operate even more powerful and more stable, for which two main connecting
На фиг.13 показана одна тройная гидромашина, у которой на цилиндрическом валу 40 на одной линии закреплены три главных шатуна 42 и один шатун 43 с одной цепной системой управления. Соответственно может быть увеличена ширина поршня в 3-4 раза, увеличена длина барабана 53 и площадь поперечного сечения потока воды, что способствует увеличению мощности одной тройной гидромашины. При необходимости тройную гидромашину можно оснастить и двумя шатунами 43 с их индивидуальными цепными системами управления водой. На фиг.13 показана тройная гидромашина с одним шатуном 43 с одной системой управления водой справа в промежутке между каркасом гидромашины и правым быком 3. В промежутке между каркасом гидромашины и левым быком 3 можно разместить и другую цепную систему управления с дополнительным вторым шатуном 43, который вместе с первым шатуном 43 должен быть повернут на один и тот же угол отставания θ1 от тройки главных шатунов 42.13 shows one triple hydraulic machine in which three main connecting
Следовательно, есть все возможности изготовить две тройные гидромашины, у которых тройка главных шатунов 42, расположенных на одной линии цилиндрического вала 40 одной тройной гидромашины, должна быть повернута относительно тройки главных шатунов 42 другой тройной гидромашины на 180°, закрепленных на цилиндрическом валу 40 другой тройной гидромашины. Два цилиндрических вала 40 двух тройных гидромашин соединены одной общей муфтой 41. На фиг.13 цилиндрический вал 40 другой тройной гидромашины показан оборванным концом справа наверху указанной стрелкой С, т.е. так же, как на фиг.2.Therefore, there is every opportunity to make two triple hydraulic machines, in which the three main connecting
Мощность от двух тройных гидромашин должна быть больше мощности от шести одинарных гидромашин.The power from two triple hydraulic machines should be greater than the power from six single hydraulic machines.
Есть также все возможности изготовить три тройные гидромашины, у которых индивидуальные цилиндрические валы 40 соединены в один общий вал, на каждом из которых закреплены по три главных шатуна 42 с поворотом между соседними тройками шатунов 42 на угол 120°. Соответственно и шатуны 43 должны отстаивать от ″своих″ троек на угол отставания θ.There is also every opportunity to make three triple hydraulic machines, in which individual
Мощность от трех тройных гидромашин должна быть больше мощности от девяти одинарных гидромашин.The power from three triple hydraulic machines should be greater than the power from nine single hydraulic machines.
Кроме различных сочетаний перечисленных вариантов существуют и другие сочетания вариантов, когда общее количество гидромашин делится на четыре. Тогда угол поворота шатунов между соседними гидромашинами может быть равен 90°. Тогда угол поворота каждой пары шатунов одних двойных гидромашин может быть установлен на 90° относительно других соседних пары других соседних гидромашин. Также можно на 90° и ″тройки″ у четырех тройных гидромашинах.In addition to various combinations of the above options, there are other combinations of options when the total number of hydraulic machines is divided into four. Then the angle of rotation of the connecting rods between adjacent hydraulic machines can be equal to 90 °. Then the rotation angle of each pair of connecting rods of one double hydraulic machines can be set to 90 ° relative to other neighboring pairs of other neighboring hydraulic machines. It is also possible at 90 ° and ″ triples ″ in four triple hydraulic machines.
Таким же образом общее количество гидромашин, делящихся на шесть, т.е. - одинарных, двойных, тройных гидромашин, их одинарные, двойные, тройные шатуны могут быть между собой повернуты на 60°. Поэтому при соответствующих поворотах на 120°, 90°, 60° полностью исключаются ″мертвые″ положения всего комплекса гидромашин в статическом положении, а при вращении на цилиндрические валы действуют равномерные крутящие моменты, все гидромашины работают при таких условиях равномерно, с наибольшей отдачей мощности и т.д.In the same way, the total number of hydraulic machines divisible by six, i.e. - single, double, triple hydraulic machines, their single, double, triple connecting rods can be rotated between themselves by 60 °. Therefore, with appropriate rotations of 120 °, 90 °, and 60 °, the “dead" positions of the entire complex of hydraulic machines in a static position are completely eliminated, and when rotating on the cylindrical shafts, uniform torques act, all hydraulic machines work uniformly under such conditions, with the highest power output and etc.
Суммарная мощность многовариантных - одинарных, двойных, тройных - гидромашин определяется количеством главных эксцентриковых шатунов, количеством поршней, их общей рабочей площадью и их рабочим ходом.The total power of multivariate - single, double, triple - hydraulic machines is determined by the number of main eccentric connecting rods, the number of pistons, their total working area and their working stroke.
От рабочего хода поршней определяется единичный и суммарный объем воды в единицу времени. При каждом обороте цилиндрического вала 40 каждый поршень делает два рабочих хода 2S, соответствующие двум объемам воды. Поэтому при каждом обороте цилиндрического вала 40 через каждый этаж гидромашины проходит объем воды Vв, равный рабочей площади поршня Fp, умноженной на два рабочих хода 2S поршня, т.е. Vв=Fр·2S м2.From the working stroke of the pistons, the unit and total volume of water per unit time is determined. At each revolution of the
Полученный объем воды, проходящий через один этаж, умноженный на количество этажей, определяет объем воды, проходящий через одну гидромашину при каждом обороте цилиндрического вала 40, а скорость прохождения всего объема воды в гидромашине определяет расход воды в единицу времени.The resulting volume of water passing through one floor, multiplied by the number of floors, determines the volume of water passing through one hydraulic machine at each revolution of the
При нагнетании воды в подпоршневые полости рабочих камер 26 суммарный вес воды во всех подпоршневых полостях рабочих камер воспринимается междуэтажными крышками 17 и передается посредством корпусов камер 18, основания 16, фундаментной плиты 9 фундаменту 1. Суммарный вес воды во всех надпоршневых полостях рабочих камер 26 воспринимается верхними рабочими площадями поршней, а нижними рабочими площадями поршни опираются на воду, которая перечисленными возможностями передает всю суммарную нагрузку, как от общего веса воды так и от инерционных сил тоже фундаменту 1.When water is injected into the piston cavities of the working
В одной одинарной гидромашине с противовесом, когда только при первоначальном пуске гидромашины в подпоршневых полостях рабочих камер 26 находится воздух, а суммарный вес всей надпоршневой воды не уравновешен, то только в этом случае и при быстром открывании затвора 7 может возникнуть гидравлический удар, чем и определяется упомянутый недостаток одной одинарной гидромашины.In one single hydraulic machine with a counterweight, when only during the initial start-up of the hydraulic machine in the under-piston cavities of the working
При работе двух и всех многовариантных гидромашин, при непрерывных и неразрывных потоках вода никакого гидравлического удара не произойдет по следующим обстоятельствам.During the operation of two and all multivariate hydraulic machines, with continuous and inextricable flows, no water hammer will occur due to the following circumstances.
Действие положительного давления напора воды на рабочие площади всех поршней с одной стороны и одновременное действие отрицательного давления на рабочие площади с другой стороны этих же поршней и названные действия совпадают по направлению, то это способствует ускоренному заполнению воды в нагнетающие полости рабочих камер 26 и ускоренному удалению воды из-за поршневых противоположных полостях рабочих камер 26. Если в одной одинарной гидромашине все вращающиеся и подвижные элементы гидромашины уравновешены громоздким и тяжелым противовесом, то в двух одинарных или в любых многовариантных гидромашинах идеально уравновешены все вращающиеся и подвижные элементы одних гидромашин точно такими же элементами соседних гидромашин, объединенных общими цилиндрическими валами. Но самое главное - уравновешены все объемы воды, протекающие одновременно во взаимодействующих гидромашинах, как при статических, так и в рабочих состояниях. Поэтому любые гидравлические удары исключаются.The action of the positive pressure of the water pressure on the working areas of all pistons on the one hand and the simultaneous action of negative pressure on the working areas on the other side of the same pistons and the above actions coincide in direction, this contributes to the accelerated filling of water into the injection cavities of the working
В двух и в любых многовариантных гидромашинах увеличению их мощности способствует герметичная пустотелость всех поршней. При движении всех поршней вверх одних гидромашин их суммарный вес уменьшается на величину суммарной архимедовой силы, в то же самое мгновение времени в других соседних гидромашинах, у которых такое же количество поршней опускается вниз, суммарный вес опускающихся поршней остается прежним. Следовательно, у каждой пары или тройки гидромашин возникает дополнительный момент пары сил. Величина силы соответствует суммарному весу вытесненной воды всеми поршнями, движущухся вверх, а названная сила, умноженная на два радиуса кривошипа, дает упомянутый дополнительный момент пары сил, который соответственно увеличивает общую мощность любого комплекса гидромашин.In two and in any multivariate hydraulic machines, an increase in their power is facilitated by the tight hollowness of all pistons. When all pistons move upwards of some hydraulic machines, their total weight decreases by the value of the total Archimedean force, at the same instant in other neighboring hydraulic machines, for which the same number of pistons goes down, the total weight of the lowering pistons remains the same. Consequently, each pair or triple of hydraulic machines has an additional moment of a pair of forces. The magnitude of the force corresponds to the total weight of the displaced water by all the pistons moving upward, and the named force, multiplied by two crank radii, gives the mentioned additional moment of a pair of forces, which accordingly increases the total power of any complex of hydraulic machines.
Все перечисленные варианты гидромашин способствуют изобретению множества других вариантов.All of the listed options for hydraulic machines contribute to the invention of many other options.
Мощность любого варианта гидромашин зависит от расхода воды и радиуса кривошипа главных шатунов 42, которые и определяют ход поршней.The power of any type of hydraulic machine depends on the flow of water and the radius of the crank of the main connecting
Возникают противоречивые необходимости: с одной стороны - необходимость уменьшения рабочего хода S поршня посредством уменьшения радиуса кривошипа главного шатуна 42 и, следовательно, уменьшения крутящего момента на цилиндрическом валу 40 ради уменьшения расхода воды, а с другой стороны - необходимость увеличения радиуса кривошипа главного шатуна 42 и массы круглой части главного шатуна 42, чтобы увеличить суммарный момент и инерцию вращения всего привода, нагрузки и потока воды.Conflicting necessities arise: on the one hand, the need to reduce the stroke of the piston S by reducing the radius of the crank of the main connecting
На фиг.14 показан один из возможного множества вариантов для преодоления упомянутого противоречия посредством применения ″Рычажной системы″ следующим образом.On Fig shows one of the possible many options for overcoming the aforementioned contradictions through the application of the "Lever system" as follows.
На фиг.10 исполнительней эксцентриковый шатун 45, тяга 73, цилиндрический вал 40 и главный эксцентриковый шатун 42 расположены вдоль вертикальной оси Y-Y, а оси вращения двухрядных звездочек 69 расположены вдоль вертикальной оси Y2-Y2 на расстоянии К. На фиг.14 двухрядные звездочки 69 расположены наоборот вдоль вертикальной оси Y-Y (не показаны), а весь перечисленный привод расположен вдоль вертикальной оси Y2-Y2 на расстоянии К.In figure 10, the executive
На площадке, прикрепленной к двум кронштейнам 76, которые прикреплены к двум колоннам 10, закреплен корпус 77 с осью 78, к которой шарнирно прикреплен одним концом рычаг 79, имеющий в теле продольное прямоугольное отверстие, в котором помещен по скользящей посадке ползун 80 посредством соединения, например, типа ″ласточкин хвост″, на расстоянии плеча-радиуса r1 от оси вращения 78. Ползун 80 посредством оси 81 шарнирно соединен с головкой 37 верхнего штока 34. Другой конец рычага 79 на расстоянии плеча-радиуса R от оси вращения 78 шарнирно соединен с осью 38 главного шатуна 42. При этом плечо-радиус R равно сумме плеча-радиуса r1 и расстояния K, т.е. R=r1+K. При равенстве плечо-радиус R=2r1+2K.On a platform attached to two
При вращении рычага 79 в ту или иную сторону на общий угол γ центр оси 81 перемещается по дуге радиусом r1. Вертикальное возвратное прямолинейно-поступательное перемещение головки 37 со штоками 34 и поршнями компенсируется поперечным перемещением ползуна 80 в прямоугольном отверстии рычага 79. Центр O1 оси 38 движется по дуге с радиусом R Длина упомянутых дуг ограничивается общим углом качания γ рычага 79. Поперечные отклонения относительно вертикальной оси Y2-Y2 компенсируются поперечными отклонениями угла α главного шатуна 42. На фиг.14 показан момент, когда рычаг 79 занимает горизонтальное положение, а главный шатун 42 отклонился вправо на максимальный угол α и занимает положение I. Последующие положения главного шатуна 42 - II, III, IV - показаны пунктирными линиями.When the
Подобная же компенсация происходит посредством угла отклонения α шатуна 43 (на фиг.10), когда каждая ось 74 шарнирного крепления рычага к тяге движется по дуге, а тяга 73 при этом перемещается вдоль вертикальной главной оси Y-Y и одновременно поперек ее на незначительное расстояние, которое и компенсируется посредством отклонения шатуна 43 на незначительно измененный угол α.A similar compensation occurs through the deflection angle α of the connecting rod 43 (in FIG. 10), when each
На фиг.14 длина l1 меньшей дуги радиуса r2 почти соответствует меньшему ходу поршней, а длина l2 большей дуги радиуса R соответствует большему перемещению главного шатуна 42 вдоль оси Y2-Y2, а следовательно, большему радиусу кривошипа rкр. При этом вертикальное возвратное прямолинейно-поступательное движение поршней происходит с ускорением или с замедлением, соответственно с ускорением и с замедлением происходит и перемещение главного шатуна 42 с большим рабочим ходом и с большим радиусом кривошипа rкр, а следовательно, большим по величине суммарным маховым моментом и моментом инерции всего привода и всей массы движущихся и вращающихся элементов гидромашины, что способствует максимальному крутящему моменту цилиндрического вала 40, а в конечном итоге - увеличению быстроходности и мощности гидромашииы. Поэтому высота h прямоугольных отверстий 27 рабочих камер 26 (на фиг.8) и высота всех внутренних полостей на всем пути движения потока воды может быть увеличена до оптимальной величины, как она увеличена на фиг.14, что способствует уменьшению хода поршней, уменьшению времени заполнения рабочих камер 26 водой и уменьшению времени удаления воды из рабочих камер 26, не увеличивая при этом расхода воды, но увеличивая этим быстроходность и мощность гидромашины.In Fig. 14, the length l 1 of a smaller arc of radius r 2 almost corresponds to a smaller piston stroke, and the length l 2 of a larger arc of radius R corresponds to a greater displacement of the main connecting
Как видно из описания и на чертежах, изобретение ″Гидромашина″ отличается от ближайшего аналога (прототипа) изобретения. "Гидропневматический гидрогенератор" посредством сопоставительного анализа общих признаков, присущих названному аналогу (прототипу), изложенных в начале описания в восьми пунктах, с общими признаками, присущими изобретению ″Гидромашина″, которые показали следующее.As can be seen from the description and in the drawings, the invention "Hydraulic machine" differs from the closest analogue (prototype) of the invention. "Hydropneumatic hydrogenerator" by means of a comparative analysis of the common features inherent in the named analogue (prototype), set out at the beginning of the description in eight paragraphs, with common features inherent in the invention of "Hydraulic machine", which showed the following.
1. Фундамент 1 гидромашины забетонирован совместно с плотиной 3 и быками 3. Дополнительно в фундамент 1 забетонирована фундаментная плита 9, а наверху быков 3 забетонирована силовая рама 11, которая жестко соединена с фундаментной плитой 9 посредством колонн 10, между которыми на фундаментной плите закреплено основание 16, на котором установлена и закреплена шахта, жестко скрепленная во всей высоте с колоннами 10 и разделенная поэтажно посредством крышек 17 на независимые герметичные камеры, внутри каждой из которых помещены герметичные рабочие камеры 26, внутри которых помещены герметичные полые поршни, соединенные между собой по высоте штоками 34, которые проходят сквозь междуэтажные крышки 17, а верхний конец верхнего штока 34 шарнирно соединен с осью 38 зауженных стенок главного эксцентрикового шатуна 42, посредством которого происходит преобразование вертикального возвратного прямолинейно-поступательного движения поршней во вращательное движение цилиндрического вала 40, и наоборот.1. The
2. Общая высота шахты гидромашины позволяет поэтажно разместить оптимальное количество герметичных камер, разделенных и совместно скрепленных с междуэтажными крышками 17 дополнительными крышками 38, соединенными общей втулкой 29, сквозь которые проходят штоки 34 по скользящей посадке без каких-либо перекосов.2. The total height of the shaft of the hydraulic machine allows the optimal number of sealed chambers, which are separated and jointly fastened with floor covers 17 to
3. Все внутренние полости рабочих камер герметичны и полностью заполнены водой. С атмосферой сообщены только уровни воды верхнего и нижнего бьефов.3. All internal cavities of the working chambers are tight and completely filled with water. Only the water levels of the upper and lower pools are communicated with the atmosphere.
4. Распределение воды по этажам гидромашины во внутренние нагнетающие полости рабочих камер 26 производится посредством барабанных распределителей нагнетающей стороны гидромашины, а одновременное удаление воды из внутренних запоршневых полостей рабочих камер 26 со всех этажей производится посредством барабанных распределителей отсасывающей стороны гидромашины. Управление всеми барабанными распределителями производится автоматически посредством цепной системы управления, которая содержит следующие элементы конструкции. На каждых двух съемных продольных балках 14 закреплены подшипники, в которые вставлен вал 68, на консоль которого насажена и закреплена двухрядная звездочка 69, соединенная посредством роликовых цепей 70 и 71 одновременно с двумя звездочками 64 барабанов 53 на двух сторонах и на уровнях всех этажей гидромашины. На каждый вал 68 насажен и жестко закреплен рычаг 72, который шарнирно соединен с общей тягой 73 посредством оси 74. Верхний конец тяги 73 посредством оси 38 шарнирно соединен с зауженными концами стенок исполнительного экоцентрикового шатуна 43.4. The distribution of water across the floors of the hydraulic machine into the internal discharge cavities of the working
5. В гидромашине отпадает необходимость в каких-либо приводах изменения длины штоков, цилиндров, насосов, в датчиках верхнего и нижнего уровня воды в бьефах.5. In the hydraulic machine, there is no need for any drives for changing the length of rods, cylinders, pumps, or sensors for the upper and lower water levels in the downstream waters.
6. Подъем - вверх и спуск - вниз одновременно всех поршней происходят посредством попеременного давления подачи воды в нагнетающие полости рабочих камер 26, посредством действия на одну сторону рабочих площадей поршней силы напора воды соответствующей высоты верхнего бьефа ВБ и одновременного удаления воды из запоршневых полостей рабочих камер 26 посредством действия отрицательного давления на противоположную сторону рабочих площадей поршней с силой соответствующей высоты каждого этажа относительно уровня воды нижнего бьефа НБ. При открытом затворе 7 на рабочие площади нижней стороны всех поршней, при подъеме их вверх, действует сила положительного давления напора воды и архимедова сила, и одновременно на верхние рабочие площади всех поршней действует сила отрицательного давления (разряжения). Все названные три силы совпадают по направлению. При движении всех поршней вниз на верхние рабочие площади всех поршней действует сила положительного давления напора воды, а на нижние рабочие площади этих же всех поршней действует сила отрицательного давления (разряжения) и одновременно сила тяжести всех поршней. И эти три силы совпадают по направлению. Например, двух гидромашинах, соединенных общим цилиндрическим валом 40, при условии, когда все поршни в одной гидромашине поднимаются вверх, а в другой гидромашине все поршни одновременно опускаются вниз, в таких условиях возникает пара суммарных сил, момент которой равен произведений суммарной силы одной гидромашины на два радиуса кривошипа. Подобные условия и действия происходят в каждой паре и в каждой тройке гидромашин при любых вариантах их изготовления. При этом максимальные величины названных моментов возникают дважды при каждом обороте цилиндрических валов 42.6. The rise - up and descent - down simultaneously of all the pistons occurs by alternating pressure of water supply to the pumping cavities of the working
Такие суммарные силы многих многовариантных гидромашин, преобразованные эксцентриковыми шатунами 42 и 43 в общий крутящий момент цилиндрических валов, соединенных в общий цилиндрический вал, смогут достигнуть такой мощности, которая превысит мощность многих гидротурбин, работающих во всем мире, а расход воды в многовариантных гидромашинах будет соответственно меньше.Such total forces of many multivariate hydraulic machines, converted by eccentric connecting
Такая суммарная мощность любой многовариантной гидромашины несравнимо большая по величине с мощностью прототипа - гидропневматического гидрогенератора, у которого поплавок 7 и поршень 9 поднимаются вверх только посредством архимедовой силы, а опускаются они только посредством силы тяжести. При этом часть названных сил затрачивается на сжатие предварительно сжатого воздуха в пневмогидроаккумуляторе 11. И только оставшаяся часть силы используется для подачи гидравлической жидкости на преобразователь 14 для выработки механической или электрической энергии, которая будет незначительная.This total power of any multivariate hydraulic machine is incomparably larger in magnitude than the power of the prototype - a hydropneumatic hydrogenerator, in which the float 7 and piston 9 rise only by means of Archimedean force, and they are lowered only by gravity. In this case, part of the mentioned forces is expended in compressing pre-compressed air in the
7. При работе гидромашины любого варианта не требуется какой-либо дополнительной системы, оснащенной дополнительным сложным оборудованием для подачи какой-либо специальной гидравлической жидкости по круговому контуру на какой-либо преобразователь для выработки механической или электрической энергии.7. When operating a hydraulic machine of any variant, no additional system is required, equipped with additional sophisticated equipment for supplying any special hydraulic fluid in a circular circuit to any converter to generate mechanical or electrical energy.
В гидромашинах любого варианта сила напора воды в виде положительного давления, соответствующего высоте верхнего бьефа ВБ, сила в виде отрицательного давления относительно нижнего бьефа, в виде Архимедовой силы при движении поршней вверх и в виде силы тяжести при движении поршней вниз - все эти суммарные силы преобразуются посредством эксцентриковых шатунов 42 и 43 в крутящий момент цилиндрических валов с последующим преобразованием непосредственно в механическую или электрическую энергию.In any type of hydraulic machines, the force of the water head in the form of positive pressure corresponding to the height of the upper head of the WB, the force in the form of negative pressure relative to the lower head, in the form of Archimedean force when the pistons move up and in the form of gravity when the pistons move down - all these total forces are converted by means of eccentric connecting
8. В зависимости от высоты плотины имеется возможность изготовлять гидромашины многоэтажными и многовариантными и имеется возможность выхода суммарной мощности на выходных валах 40.8. Depending on the height of the dam, it is possible to produce multi-storey and multivariate hydraulic machines and it is possible to output the total power on the
Представленное количество вариантов эффективного использования гидромашины этим не ограничивается. Например, в гористых местностях, где у истоков текут ручьи и реки, где достаточно большие перепады и между верхними и нижними бьефами, можно установить гидромашину и без плотины 2. Для этого достаточно вместо плотины 2 герметично прикрепить к патрубкам 45 нагнетающей стороны нижестоящей гидромашины перевернутые на 180° отводы 65, сборник воды 66 с коленом 67 отсасывающей стороны вышестоящей гидромашины, а затем воду направить прямо в патрубки 45 нагнетающей стороны вышестоящей гидромашины или таким же образом, как и в нижестоящую гидромашину. Таким образом будет осуществлено последовательное соединение гидромашин там, где позволит соответствующая высота между нижним и верхним бьефами. При недостаточных общих перепадах уровня воды для последовательного соединения гидромашин можно установить их параллельно на одном уровне, а поток воды ручья или речки разделить на количество гидромашин, подвести каждый отдельный поток к соответствующему сборнику воды 66 или непосредственно к патрубкам 45 нагнетающей стороны каждой гидромашины.The presented number of options for the efficient use of a hydraulic machine is not limited to this. For example, in mountainous areas, where streams and rivers flow at the headwaters, where there are sufficiently large differences and between the upper and lower pools, you can install a hydraulic machine without
Гидромашины при любых вариантах изготовления долговечны в работе. На долговечность может повлиять только износ поршней, который является недостатком в известных поршневых машинах. Однако в гидромашинах зазор между боковой стороной по высоте H поршня (на фиг.9) по всему периметру боковой площади поршня и внутренними стенками рабочих камер 26 будет незначительно больше скользящей посадки диаметра штока 34, проходящего сквозь крышки 17, 28 и втулку 29, которые воспринимают незначительные боковые усилия при максимальных отклонениях главных шатунов 42 на угол α. При необходимости эти незначительные боковые усилия могут быть восприняты роликами и шатунами.Hydraulic machines with any manufacturing options are durable in operation. The durability can only be affected by the wear of the pistons, which is a disadvantage in the known piston machines. However, in hydraulic machines, the gap between the lateral side along the height H of the piston (Fig. 9) around the entire perimeter of the lateral area of the piston and the inner walls of the working
Следовательно, крышки 17, 28 и втулка 29 при движении сквозь них штоков 34 постоянно сохраняю минимальные зазоры между боковыми наружными стенками поршней и внутренними стенками рабочих камер 26,обильно смачиваемые водой. При оптимально допустимых названных зазорах вода может максимально протекать только в моменты, когда угол поворота диска-эксцентрика главного шатуна 42 относительно центра О оси О-О вращения цилиндрического вала 40 будет равен θ=90° или будет равен θ=270°, а поршни будут занимать среднее положение в полостях рабочих камер 26, так как только в эти моменты будет максимальная разница между нагнетающим давлением с одной стороны поршня и отсасывающим давлением на противоположной стороне поршня. Однако и в эти названные моменты протечки воды сквозь зазоры будут минимальные, так как в эти моменты поршни движутся с максимальной скоростью со стороны нагнетающего давления в сторону отсасывающего давления. Практически это известно при работе турбопоршневых установок. Поэтому протечки воды будут такими минимальными, что ими можно пренебречь, так как они будут удалены из рабочих полостей рабочих камер 26 вместе с отсасывающим истоком воды в нижний бьеф. При этом боковые стороны поршней могут быть покрыты водоустойчивыми и антифрикционными материалами.Therefore, the
Скорость вращения цилиндрического вала 40 от нулевой скорости V0 до максимальной скорости Vm регулируется открытием-закрытием прямоугольных каналов 4 плотины 2 посредством затвора 7, сдвигая его окна вверх-вниз до совмещения их в каналами 4 по высоте их расположения с помощью троса и крюка 8 грузоподъемной машины.The rotation speed of the
Если вместо полумуфт муфт 41 на концах цилиндрических валов 40 закрепить конические шестерни, то гидромашины в различных вариантах могут быть расположены одни относительно соседних гидромашин под соответствующими углами, что позволит построить плотины полукругом или в виде ″подковы″. Тогда соответственно уменьшится поперечная длина плотины, усилится прочность ее конструкции, уменьшатся объем гидростроительных работ и себестоимость их производства. А здание ГЭС можно разместить на плотине соответствующей названной конструкции, защищая гидромашины между быками 3 от атмосферных осадков, а при закрытии фронтальной отсасывающей стороны гидромашины можно создать внутри электростанции соответствующий микроклимат, что будет удобно и крайне необходимо в суровом климате Сибири.If instead of the coupling halves of the
Гидромашина проста по конструкции, технологически легко собираемая и разбираемая. Гидромашину можно изготовить любых размеров, на любых заводах и мастерских, оснащенных соответствующим металлообрабатывающим оборудованием. Гидромашину можно установить на реках и речушках в горной и равнинной местности, где аулы и деревни смогут обзавестись собственной электростанцией для выработки механической или электрической энергии.The hydraulic machine is simple in design, technologically easy to assemble and disassemble. The hydraulic machine can be made of any size, at any plants and workshops equipped with the appropriate metalworking equipment. The hydraulic machine can be installed on rivers and streams in the mountainous and flat areas, where villages and villages can acquire their own power station to generate mechanical or electrical energy.
Но самые важные достоинства гидромашины любого варианта определятся, если достоинства гидромашины сравнивать с достоинствами, например, гидротурбины и с достоинствами двигателя внутреннего сгорания.But the most important advantages of a hydraulic machine of any option will be determined if the advantages of a hydraulic machine are compared with the advantages of, for example, a hydraulic turbine and with the advantages of an internal combustion engine.
Основная масса гидротурбин сосредоточена в ободе и во втулке рабочих колес равномерно вокруг оси вращения вала. Поэтому рабочие колеса гидротурбин вынужденно изготавливают больших размеров, достигающих в диаметре более 10 метров, а вес их достигает 1500 тонн.The bulk of the turbines are concentrated in the rim and in the impeller hub evenly around the axis of rotation of the shaft. Therefore, the impellers of hydraulic turbines are forced to produce large sizes, reaching a diameter of more than 10 meters, and their weight reaches 1,500 tons.
А у эксцентрикового шатуна - главного привода гидромашины - основная масса круглой части и приложенной к ней всей массы нагрузки сосредоточена в центре эксцентрика, центр О2 которого находится от центра О оси вращения О-О цилиндрического вала на расстоянии радиуса кривошипа.And for an eccentric connecting rod - the main drive of the hydraulic machine - the bulk of the circular part and the entire load mass applied to it is concentrated in the center of the eccentric, the O 2 center of which is located from the center O of the axis of rotation O-O of the cylindrical shaft at a distance of the crank radius.
В двухтактных двигателях внутреннего сгорания рабочий цикл осуществляется при полном обороте коленчатого вала, а в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания рабочий цикл осуществляется при двух полных оборотах коленчатого вала, в результате чего коленчатые валы вынуждены вращаться с большой скоростью.In two-stroke internal combustion engines, the duty cycle is performed at a full crankshaft revolution, and in a four-stroke internal combustion engine, the duty cycle is performed at two full revolutions of the crankshaft, as a result of which the crankshafts are forced to rotate at high speed.
При этом, когда несколько эксцентриковых шатунов размещены на общем цилиндрическом валу 40 и повернуты одни относительно противоположных или соседних на соответствующие градусы, то суммарный вес всех шатунов с их нагрузками действует на расстоянии двух радиусов кривошипа относительно центра О оси вращения О-О цилиндрического вала, что в несколько раз превышает крутящий момент рабочего колеса гидротурбины, соответствующего диаметру диска-эксцентрика эксцентрикового шатуна гидротурбины. При этом в гидромашине любого варианта рабочий цикл осуществляется дважды при каждом обороте цилиндрического вала 40. Поэтому масса всех вращающихся и двигающихся элементов гидромашины будет намного меньше массы рабочего колеса гидротурбины при сравнительных мощностях.Moreover, when several eccentric rods are placed on a common
Следовательно, гидромашины имеют преимущества перед гидротурбинами и даже перед двигателями внутреннего сгорания, при работе которых расходуется догостоящее топливо.Consequently, hydraulic machines have advantages over hydraulic turbines and even over internal combustion engines, during the operation of which spent fuel is consumed.
Известно, что при подводе воды к рабочему колесу гидротурбины только половина всей энергии используется полезно, а другая половина расходуется на потери. При этом четверть всей энергии остается в уходящем потоке воды, другая четверть расходуется на удар при входе в канал (″Гидравлические турбины и насосы″, ″Высшая школа″, 1969, с. 83, авт. И.Н.Смирнов).It is known that when water is supplied to the impeller of a hydraulic turbine, only half of all the energy used is useful, and the other half is spent on losses. At the same time, a quarter of all the energy remains in the outgoing stream of water, the other quarter is spent on impact at the entrance to the canal (″ Hydraulic turbines and pumps ″, Higher school ’, 1969, p. 83, authored by I.N.Smirnov).
В гидромашинах любого варианта поршнями отбирается почти вся энергия от неразрывных потоков воды с положительным давлением нагнетающей стороны и с отрицательным давлением (разряжением) отсасывающей стороны гидромашины, а также энергия архимедовой силы и силы тяжести поршней, т.е. от каждого кубометра и даже от каждого килограмма воды.In hydraulic machines of any variant, almost all the energy from the inextricable flows of water with positive pressure of the discharge side and with negative pressure (discharge) of the suction side of the hydraulic machine, as well as the energy of the Archimedean and gravity forces of the pistons, i.e. from every cubic meter and even from every kilogram of water.
Ориентировочные расчеты показывают, что многоэтажные многовариантные гидромашины смогут в два раза превзойти по мощности действующие гидротурбины, а расход воды при этом будет в два раза меньше. Следовательно, объемы и площади, залитые водой, на существующих и вновь строящихся водохранилищах будут меньше, а выработка электроэнергии на электростанциях, оснащенных гидромашинами, будет соответственно больше.Approximate calculations show that multi-storey multivariate hydraulic machines will be able to double the power of existing hydraulic turbines, and the water flow will be two times less. Consequently, the volumes and areas flooded with water at existing and newly constructed reservoirs will be less, and the generation of electricity at power plants equipped with hydraulic machines will be correspondingly greater.
Общая сущность изобретения ″Гидромашина″ может быть определена следующим образом.The general essence of the invention ″ hydraulic machine ″ can be defined as follows.
Гидромашина, содержащая плотину с отверстиями, фундамент, на котором установлена вертикальная шахта, внутри которой помещены поршни с возможностью вертикального перемещения и соединенные между собой общим штоком, фундамент выполнен заодно как одно целое с быками и с плотиной, в которой встроены каналы с сетками, с консольными патрубками прямоугольного сечения, с возможностью открывать-закрывать каналы посредством затвора с окнами, соответствующими упомянутым каналам, с помощью троса и крюка грузоподъемной машины, на фундаменте забетонирована фундаментная плита, на которой нижними основаниями закреплены колонны, а верхними капителями колонны прикреплены к силовой раме, забетонированной на верхних площадках быков, при этом между колоннами на фундаментной плите установлено и закреплено основание, на котором установлена и закреплена вертикальная шахта прямоугольного сечения, разделенная поэтажно на независимые герметичные камеры крышками, каждая из которых для одной камеры является дном, а для другой соседней камеры является крышкой, и наоборот, при этом шахта, на уровне каждого этажа, прикреплена посредством рамок, продольных и поперечных балок к консольным балкам, одними концами забетонированных в стены быков, и дополнительно шахта посредством упомянутых балок прикреплена к колоннам по высоте и ширине в необходимом количестве балок, каждая камера оснащена патрубками прямоугольного сечения, внутри каждой камеры помещена рабочая камера с прямоугольными отверстиями, строго совпадающими и герметично соединенными по периметру с патрубками камеры, в верхней части шахта перекрыта дополнительными крышками, соединенными общей втулкой, при этом внутри каждой рабочей камеры размещен поршень, содержащий корпус прямоугольного сечения, в центре которого помещена муфта с двумя круглыми фланцами, к нижнему фланцу герметично прикреплено дно, а верхний фланец муфты и верхний прямоугольный уровень поршня герметично закрыт крышкой с лючками, внутри муфты вдоль ее оси имеется сквозное отверстие с внутренней резьбой, в которую ввернуты резьбовыми концами два штока, зафиксированные стопорными болтами, в результате чего поршни связаны между собой штоками, проходящими сквозь междуэтажные крышки, на штоки надеты амортизационные кольца, например из резины, на верхний конец верхнего штока навернута резьбой и зафиксирована головка, в проушину которой вставлена ось, при этом на силовой раме закреплены корпуса с подшипниками, в которые вставлен цилиндрический вал, на концах которого закреплены муфты, а также на цилиндрический вал насажен и жестко закреплен эксцентрик главного эксцентрикового шатуна, нижний конец зауженных стенок которого посредством упомянутой оси шарнирно соединен с головкой верхнего штока, дополнительно на цилиндрический вал насажен и закреплен эксцентрик исполнительного эксцентрикового шатуна, на уровне каждого этажа гидромашины, с обеих ее сторон установлены и жестко закреплены барабанные распределители, корпус каждого из которых состоит из двух разъемных частей: секторной части с прямоугольными фланцами и ответной полуцилиндрической части с фланцем и патрубками, при этом разъемные части герметично соединены упомянутыми прямоугольными фланцами, между которыми герметично зажата уплотнительная прокладка по всему ее периметру, упомянутые патрубки герметично соединены с прямоугольными коленами, посредством которых прямоугольные патрубки соответственно и герметично соединены с патрубками с одной стороны камер, а с другой стороны камер и гидромашины барабанные распределители патрубками посредством колен герметично соединены с патрубками камер, при этом торцевые стенки двух частей корпуса оснащены разъемными скользящими подшипниками, а внутри каждого корпуса барабанного распределителя помещен барабан, выполненный, например, из трубы, имеющий в двух концах торцевые стенки, к которым с внутренней стороны приварены фланцы, а к ним приварены соответственно левая и правая оси, которые своими скользящими шейками вставлены в скользящие подшипники, а другими шейками оси вставлены в подшипники качения, закрепленные в корпусах и зафиксированные крышками, при этом внутри трубы барабана вварены перегородки, которые в центре сварены в виде диффузора прямоугольного сечения, имеющего зауженную сторону с меньшей высотой с одной стороны и расширенную сторону с большей высотой с другой стороны, с соответствующей шириной диффузора, при этом барабан выполнен с возможностью вращения внутри корпуса барабанного распределителя и представлен в виде круглой фермы, стержнями которой являются упомянутые перегородки, при этом барабанные распределители своими патрубками герметично соединены с консольными патрубками плотины по всей высоте соответствующих этажей гидромашины, а на противоположной стороне гидромашины барабанные распределители своими патрубками герметично и поэтажно соединены с отводами, все внутренние полости которых сообщены с внутренней полостью сборника воды, с внутренней полостью колена и с нижним бьефом НБ уровня воды, а поэтому все внутренние полости: всех каналов в плотине, ее консольных патрубков, барабанных распределителей, колен, камерных патрубков, рабочих камер до поршней справа со стороны плотины - все это является нагнетающей стороной гидромашины, а все внутренние полости: рабочих камер за поршнями, патрубков, колен, барабанных распределителей, отводов, сборника воды до нижнего бьефа НБ уровня воды - все это является отсасывающей стороной гидромашины, при этом делителем названных сторон являются одновременно все поршни, которые делят внутреннюю полость каждой рабочей камеры на подпоршневую и надпоршневую полости одновременно на всех этажах гидромашины, а поэтому для попеременного соединения одновременно всех подпоршневых и надпоршневых полостей рабочих камер на всех этажах гидромашина оснащена ″Цепной системой управления″ для распределения воды одновременно на все этажи гидромашины, при этом цепная система управления содержит подшипники, закрепленные на двух съемных продольных балках на уровнях всех этажей гидромашины, а в подшипники вставлен вал, на консоль которого насажена и закреплена двухрядная звездочка, соединенная посредством роликовых цепей одновременно с двумя звездочками барабанов на двух сторонах и на уровне всех этажей гидромашины, на каждый вал насажен и жестко закреплен рычаг, который шарнирно соединен с общей тягой посредством оси, при этом верхний конец тяги посредством упомянутой оси головки шарнирно соединен с зауженными концами стенок исполнительного эксцентрикового шатуна, имеющего дополнительные эксцентриситетные отверстия в диске-эксцентрике, насаженного на цилиндрический вал, но при этом диск-эксцентрик исполнительного эксцентрикового шатуна при монтаже на цилиндрический вал повернут и закреплен на оптимальный угол отставания относительно диска-эксцентрика главного эксцентрикового шатуна, закрепленного на общем цилиндрическом валу.A hydraulic machine containing a dam with holes, a foundation on which a vertical shaft is mounted, inside which pistons are placed with the possibility of vertical movement and connected by a common rod, the foundation is made in one piece with the bulls and with the dam, in which channels with grids are built in, with cantilever rectangular rectangular pipes, with the ability to open and close the channels by means of a shutter with windows corresponding to the said channels, with the help of a cable and a hook of a lifting machine, it is clogged on the foundation a base plate is mounted on which columns are fixed with lower bases, and columns are attached with upper capitals to a power frame concreted on the upper platforms of the bulls, while a base is installed and fixed between the columns on the foundation plate, on which a vertical shaft of rectangular section is installed and fixed, divided by floors on independent sealed chambers with covers, each of which is a bottom for one camera, and for another adjacent camera is a cover, and vice versa, while the mine outside each floor, it is attached by means of frames, longitudinal and transverse beams to cantilever beams, at one end concreted into the walls of the bulls, and additionally the shaft by means of the said beams is attached to the columns in height and width in the required number of beams, each chamber is equipped with nozzles of rectangular section, inside each the chamber has a working chamber with rectangular openings that strictly coincide and are hermetically connected around the perimeter with the chamber nozzles; in the upper part, the shaft is covered by additional roofs in this case, a piston containing a rectangular housing is placed inside each working chamber, in the center of which there is a coupling with two round flanges, a bottom is tightly attached to the lower flange, and the upper flange of the coupling and the upper rectangular level of the piston are hermetically closed by a cover with hatches, inside the coupling along its axis there is a through hole with an internal thread, into which two rods are screwed with threaded ends, fixed by locking bolts, as a result of which the pistons are interconnected the rods passing through the interfloor covers, depreciation rings, for example made of rubber, are put on the rods, the head is screwed onto the upper end of the upper rod and the head is inserted into the eye of the axle, while housings with bearings are inserted into the power frame, into which the cylindrical shaft is inserted, at the ends of which couplings are fixed, and also an eccentric of the main eccentric connecting rod is mounted and rigidly fixed to the cylindrical shaft, the lower end of the narrowed walls of which is pivotally connected to the axis the head of the upper rod, additionally an eccentric of an executive eccentric connecting rod is mounted and fixed on a cylindrical shaft, at the level of each floor of the hydraulic machine, drum distributors are installed and rigidly fixed on both sides, each of which consists of two detachable parts: a sector part with rectangular flanges and a reciprocal semi-cylindrical parts with a flange and nozzles, while the detachable parts are hermetically connected by the said rectangular flanges, between which the seal is tightly clamped a gasket along its entire perimeter, the said nozzles are hermetically connected to the rectangular elbows, by means of which the rectangular nozzles are respectively and hermetically connected to the nozzles on one side of the chambers, and on the other side of the chambers and the hydraulic machine, the drum distributors by the nozzles are hermetically connected to the nozzles of the chambers, while the end walls of the two parts of the housing are equipped with separable sliding bearings, and inside each housing of the drum distributor is placed a drum made, for example er, from a pipe having end walls at both ends, to which flanges are welded from the inside, and the left and right axes are welded to them, which are inserted into sliding bearings with their sliding necks and axes are inserted into other rolling bearings fixed in cases and fixed with covers, while inside the drum pipe partitions are welded, which are welded in the center in the form of a rectangular diffuser having a narrower side with a lower height on one side and an extended side with a larger on the other hand, with the corresponding diffuser width, the drum being rotatable inside the housing of the drum distributor and presented in the form of a round truss, the rods of which are the said partitions, while the drum distributors are hermetically connected to the cantilever nozzles of the dam along the entire height of the respective floors of the hydraulic machine, and on the opposite side of the hydraulic machine, drum distributors with their nozzles are hermetically and floor-wise connected to the branches, all inside the upper cavities of which are connected with the internal cavity of the water collector, with the internal cavity of the knee and with the lower pool of the water level NB, and therefore all internal cavities: of all channels in the dam, its cantilever tubes, drum distributors, elbows, chamber tubes, working chambers to the pistons on the right from the side of the dam - all this is the pumping side of the hydraulic machine, and all the internal cavities: the working chambers behind the pistons, nozzles, elbows, drum distributors, outlets, the water collector to the lower pool of the low water level - all this is the suction side of the hydraulic machine, while the divider of the named sides is simultaneously all the pistons that divide the internal cavity of each working chamber into a sub-piston and supra-piston cavity simultaneously on all floors of the hydraulic machine, and therefore, for alternately connecting all the sub-piston and super-piston cavities of the working chambers on all floors, the hydraulic machine is equipped ″ Chain control system ″ for distributing water simultaneously to all floors of the hydraulic machine, while the chain control system contains bearings for mounted on two removable longitudinal beams at the levels of all floors of the hydraulic machine, and a shaft is inserted into the bearings, on the console of which a double-row sprocket is mounted and fixed, connected via roller chains simultaneously with two drum sprockets on both sides and at the level of all floors of the hydraulic machine, mounted on each shaft and a lever is rigidly fixed, which is pivotally connected to the common rod through the axis, while the upper end of the rod through the said axis of the head is pivotally connected to the narrowed ends of the walls of the actuator an eccentric connecting rod having additional eccentric holes in the eccentric disk mounted on a cylindrical shaft, but the eccentric drive eccentric connecting rod when mounting on a cylindrical shaft is rotated and fixed at an optimal lag angle relative to the eccentric disk of the main eccentric connecting rod mounted on a common cylindrical shaft.
Гидромашина оснащена ″Рычажной системой″, которая содержит прикрепленные к колоннам кронштейны, на которых прикреплена площадка, а на площадке закреплен корпус с осью, к которой шарнирно соединен одним концом рычаг, имеющий в теле продольное прямоугольное отверстие, в котором помещен ползун с осью по скользящей посадке посредством соединения, например, типа ″ласточкин хвост″, на расстоянии меньшего плеча-радиуса от оси вращения рычага, при этом ось ползуна шарнирно соединена с головкой верхнего штока, а другой конец рычага, на расстоянии большего плеча-радиуса от оси вращения рычага, шарнирно соединен с осью конца зауженных стенок главного эксцентрикового шатуна.The hydraulic machine is equipped with a ″ Lever system ″, which contains brackets attached to the columns, on which the platform is attached, and a body with an axis is fixed on the platform, to which a lever is pivotally connected at one end, having a longitudinal rectangular hole in the body, in which a slider with an axis is placed along the sliding landing by connecting, for example, a dovetail type, at a distance of a smaller shoulder radius from the axis of rotation of the lever, while the axis of the slider is pivotally connected to the head of the upper rod, and the other end of the lever, at a distance uu larger shoulder radius from the rotation axis of the lever pivotally connected to the axle of the main walls of the narrowed end of the eccentric rod.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002101661/06A RU2234617C2 (en) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | Hydraulic machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002101661/06A RU2234617C2 (en) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | Hydraulic machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002101661A RU2002101661A (en) | 2003-08-20 |
| RU2234617C2 true RU2234617C2 (en) | 2004-08-20 |
Family
ID=33412252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002101661/06A RU2234617C2 (en) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | Hydraulic machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2234617C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115890985A (en) * | 2022-10-09 | 2023-04-04 | 南通鑫科智能科技有限公司 | Inner injection type intelligent limiting and fixing device for automobile tire mold |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2401330A1 (en) * | 1977-08-25 | 1979-03-23 | Palomer Enrique Pedro | PROCESS FOR GENERATING MOVEMENT OF ENERGY FROM FLOATING BODIES AND MEANS FOR IMPLEMENTING IT |
| GB1578301A (en) * | 1976-12-22 | 1980-11-05 | Jackson G | Apparatus for converting static energy to kinetic energy |
| US4683720A (en) * | 1985-08-30 | 1987-08-04 | Shon Dennis A De | Buoyancy engine utilizing pistons and crankshaft |
| WO1990002262A1 (en) * | 1988-08-26 | 1990-03-08 | Silke Theiner | Process and device for recovering energy from the lifting force of bodies |
| SU1611225A3 (en) * | 1984-04-02 | 1990-11-30 | Тибор Кендери (HU) | Pneumohydraulic hydrogenerator |
| RU2173402C2 (en) * | 1998-12-15 | 2001-09-10 | Галанин Юрий Александрович | Torque converter |
-
2002
- 2002-01-18 RU RU2002101661/06A patent/RU2234617C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1578301A (en) * | 1976-12-22 | 1980-11-05 | Jackson G | Apparatus for converting static energy to kinetic energy |
| FR2401330A1 (en) * | 1977-08-25 | 1979-03-23 | Palomer Enrique Pedro | PROCESS FOR GENERATING MOVEMENT OF ENERGY FROM FLOATING BODIES AND MEANS FOR IMPLEMENTING IT |
| SU1611225A3 (en) * | 1984-04-02 | 1990-11-30 | Тибор Кендери (HU) | Pneumohydraulic hydrogenerator |
| US4683720A (en) * | 1985-08-30 | 1987-08-04 | Shon Dennis A De | Buoyancy engine utilizing pistons and crankshaft |
| WO1990002262A1 (en) * | 1988-08-26 | 1990-03-08 | Silke Theiner | Process and device for recovering energy from the lifting force of bodies |
| RU2173402C2 (en) * | 1998-12-15 | 2001-09-10 | Галанин Юрий Александрович | Torque converter |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115890985A (en) * | 2022-10-09 | 2023-04-04 | 南通鑫科智能科技有限公司 | Inner injection type intelligent limiting and fixing device for automobile tire mold |
| CN115890985B (en) * | 2022-10-09 | 2024-04-19 | 南通鑫科智能科技有限公司 | Internal injection type intelligent limiting and fixing device for automobile tire mold |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1056697A (en) | Energy conversion systems | |
| AU2016225804B2 (en) | Energy transforming unit and energy transforming system comprising such a unit | |
| CN102782310A (en) | Variable displacement radial piston fluid working machine | |
| US11739726B2 (en) | Combined gravitational-hydraulic electric energy storage system | |
| EP0117739A2 (en) | Water engine | |
| RU2362907C1 (en) | Method and device for kinetic power interchange with liquids | |
| US20100219639A1 (en) | Tide activated device to operate a turbine generator | |
| CN102434380B (en) | Open-type heavy hydraulic motor | |
| RU2234617C2 (en) | Hydraulic machine | |
| CN101520017A (en) | Gravity balance pressure water circulation generating set | |
| CA1062988A (en) | Hydraulically-operated machines | |
| CN114215822A (en) | Full-angle type hydraulic cylinder set device | |
| CN208950593U (en) | A kind of fluid driving mole | |
| WO2015015325A1 (en) | Hydropower generation mechanism using reciprocating machine having the capability of obtaining maximum energy of the water | |
| CN217002124U (en) | Horizontal water turbine and water resource utilization device using same | |
| Singh | Development of human powered drinking water pump | |
| FI12097U1 (en) | Arrangement for connecting the blocks in a rotary piston engine | |
| GB2334763A (en) | A hydraulic motor | |
| WO2008002115A1 (en) | Diaphragm hydrounit for converting gravitational force into a torque for a fuel-less engine and said engine | |
| RU2814995C2 (en) | Pumping system and fluid supply device | |
| WO2020070769A1 (en) | Photovoltaic power generator | |
| US998376A (en) | Fluid-pressure apparatus. | |
| WO2025150074A1 (en) | Water turbine using four water forces simultaneously and water container volume change system technical | |
| RU22509U1 (en) | PNEUMATIC HYDROSTATIC ENGINE | |
| CN119774712A (en) | A floating wave energy coupled with ocean current energy desalination device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130119 |