RU26820U1

RU26820U1 - MECHANICAL ENERGY CONVERSION DEVICE

Info

Publication number: RU26820U1
Application number: RU2002101024/20U
Authority: RU
Inventors: В.М. Короткий; Э.А. Филиппова
Original assignee: Региональная общественная организация инвалидов Госбезопасности "ЭФА"; Короткий Василий Михайлович
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2002-12-20

Abstract

1. Устройство для преобразования механической энергии, содержащее по крайней мере два кинематически связанных тела с вращательными степенями свободы, одно из которых соединено с потребителем механической энергии, отличающееся тем, что первое тело имеет по крайней мере одну, а второе по крайней мере две вращательные степени свободы, причем второе тело размещено на периферии первого, выполнено с возможностью свободного вращения вокруг первой оси вращения и снабжено средствами для раскрутки, а механизм, связанный со второй осью вращения второго тела, соединен через средство отбора мощности с потребителем.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оба тела имеют по преимуществу осесимметричную форму тела вращения, причем второе тело выполнено в виде супермаховика, размещенного в вакуумной камере и снабженного электроприводом.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второе тело выполнено в виде массивного тела вращения.4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что средство отбора мощности снабжено механическим и/или гидравлическим редуктором для повышения скорости вращения выходного вала, соединенного с потребителем.5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что первым вращающимся телом является естественный или искусственный спутник.6. Устройство по пп. 1-5, отличающееся тем, что первая и вторая оси второго тела выполнены пересекающимися в его центре тяжести и снабжены механизмом карданового подвеса.7. Устройство по пп. 1-5, отличающееся тем, что вторая ось вращения второго тела выполнена пересекающейся в центре тяжести первого тела или совпадает с его осью вращения.1. A device for converting mechanical energy, containing at least two kinematically connected bodies with rotational degrees of freedom, one of which is connected to a consumer of mechanical energy, characterized in that the first body has at least one and the second at least two rotational degrees freedom, and the second body is located on the periphery of the first, is made with the possibility of free rotation around the first axis of rotation and is equipped with means for unwinding, and the mechanism associated with the second axis of rotation of W body, connected via a power take-off to a consumer. 2. The device according to claim 1, characterized in that both bodies have a predominantly axisymmetric shape of the body of revolution, the second body being made in the form of a super-flywheel placed in a vacuum chamber and equipped with an electric drive. The device according to claim 1, characterized in that the second body is made in the form of a massive body of revolution. The device according to claims 1 to 3, characterized in that the power take-off is equipped with a mechanical and / or hydraulic gearbox to increase the speed of rotation of the output shaft connected to the consumer. The device according to claims 1 to 4, characterized in that the first rotating body is a natural or artificial satellite. The device according to PP. 1-5, characterized in that the first and second axes of the second body are made intersecting at its center of gravity and equipped with a gimbal mechanism. 7. The device according to PP. 1-5, characterized in that the second axis of rotation of the second body is made intersecting in the center of gravity of the first body or coincides with its axis of rotation.

Description

МКИ 7 F03G7 00 F16H37 00MKI 7 F03G7 00 F16H37 00

Устройство для преобразования механической энергииMechanical energy conversion device

Полезная модель относится к устройствам для преобразования механической энергии между телами, совершаюпщми вращательное движение, и может найти применение в устройствах с рекуперацией энергии.The utility model relates to devices for converting mechanical energy between bodies performing rotational motion, and can be used in devices with energy recovery.

Известно устройство для передачи механической энергии от одного вращающегося тела к другому (от электрогенератора к электродвигателю) посредством преобразования энергии вращения генератора в электрический ток и его обратного преобразования в механическую энергию вращения двигателя (см.Специальные электрические мащины под ред. Бертинова А.И., М, Энергоиздат, 1982 г., с. 60.).A device is known for transferring mechanical energy from one rotating body to another (from an electric generator to an electric motor) by converting the energy of rotation of the generator into electric current and converting it back into mechanical energy of rotation of the engine (see Special Electric Machines edited by A. Bertinov, M, Energoizdat, 1982, p. 60.).

Недостатком такого устройства является двойное преобразование энергии из механической в электрическую и обратно, что повьппает потери при передаче энергии и усложняет его конструкщпо.The disadvantage of this device is the double conversion of energy from mechanical into electrical energy and vice versa, which increases the loss in energy transfer and complicates its design.

Наиболее близким техническим рещением является устройство для преобразования механической энергии, содержащее по крайней мере два кинематически связанных тела с вращательными степенями свободы, одно из которых соединено с потребителем механической энергии (см. Справочник для изобретателя и ращюнализатора , М, Мащгиз, 1962 г., с. 456 - прототип.).The closest technical solution is a device for converting mechanical energy containing at least two kinematically connected bodies with rotational degrees of freedom, one of which is connected to a consumer of mechanical energy (see the Handbook for the inventor and promoter, M, Mashgiz, 1962, p. .456 is a prototype.).

Такого рода устройства представляют собой обычные редукторы с зубчатым эвольвентным зацеплением, обеспечивающие передачу механической энергии от ведущего щестеренчатого колеса к ведомому напрямую или через механизмы кинематической передачи различного типа, в том числе через промежуточные шестерни. Преобразование механической энергии в подобных устройствах осуществляется как для повыщения концешращш энергии (увеличение скорости вращения выходного вала), так и для уменьщения ее.Such devices are conventional gearboxes with involute gearing, which ensure the transfer of mechanical energy from the drive gear to the driven one directly or through various types of kinematic transmission mechanisms, including through intermediate gears. The conversion of mechanical energy in such devices is carried out both to increase the concentration of energy (increase the speed of rotation of the output shaft), and to reduce it.

Недостатком такого устройства является сравнительно высокая сложность конструкции, связанная прежде всего со сложным прфилем кинематических пар зубчатого эвольвентного зацепления, а также известные ограничения на кпд устройства.The disadvantage of this device is the relatively high complexity of the design, associated primarily with a complex profile of kinematic pairs of gear involute gearing, as well as well-known limitations on the efficiency of the device.

Рещаемой задачей является распшрение функциональных возможностей устройства для преобразования механической энергии в применении к рекуперативным преобразователям энергии вращающихся тел, а также к устройствам для получения и передачи механической энергии.The task at hand is to expand the functionality of a device for converting mechanical energy as applied to regenerative energy converters of rotating bodies, as well as to devices for receiving and transmitting mechanical energy.

связанных тела с вращательными степенями свободы, одно из которых соединено с потребителем механической энергии, согласно полезной моДели, первое тело имеет по крайней мере одну, а второе по крайней мере две вращательные степени свободы, причем второе тело размещено на периферии первого, выполнено с возможностью свободного вращения вокруг первой оси вращения и снабжено средствами для раскрутки, а механизм, связанный со второй осью вращения второго тела, соединен через средство отбора мопщости с потребителем.associated bodies with rotational degrees of freedom, one of which is connected to a consumer of mechanical energy, according to a useful model, the first body has at least one and the second at least two rotational degrees of freedom, the second body being located on the periphery of the first, rotation around the first axis of rotation and is equipped with means for unwinding, and the mechanism associated with the second axis of rotation of the second body is connected through a means of selection mopscheniya with the consumer.

Кроме того, оба тела могут иметь по преимуществу осесимметричную форму тела вращения, при этом второе тело вьшолнено в виде супермаховика, размещенного в вакуумной камере и снабженного электроприводом.In addition, both bodies can predominantly have an axisymmetric shape of the body of revolution, while the second body is made in the form of a super-flywheel placed in a vacuum chamber and equipped with an electric drive.

Кроме того, второе тело может быть вьшолнено в виде массивного тела вращения.In addition, the second body can be performed in the form of a massive body of revolution.

Кроме того, средство отбора мощности может быть снабжено механическим и или гидравлическим редуктором для повьппения скорости вращения выходного вала, соединенного с потребителем.In addition, the power take-off can be equipped with a mechanical and or hydraulic gearbox to adjust the rotation speed of the output shaft connected to the consumer.

Кроме того, первым вращающимся телом может быть естественный или искусственный спутник.In addition, the first rotating body may be a natural or artificial satellite.

Кроме того, первая и вторая оси второго тела могут быть выполнены пересекающимися в его центре тяжести и снабжены механизмом карданового подвеса.In addition, the first and second axes of the second body can be made intersecting at its center of gravity and equipped with a gimbal mechanism.

Кроме того, вторая ось вращения второго тела может быть вьшолнена пересекающейся с центром тяжести первого тела или совпадать с его осью вращения.In addition, the second axis of rotation of the second body can be performed intersecting with the center of gravity of the first body or coincide with its axis of rotation.

Такое рещение указанной задачи позволяет рекуперировать энергию вращения первого вращающегося тела в энергию вращения второго без испо.яьзования кинематических элементов или схем связи между ними: колес, гибких или yispynsx звеньев, электрических цепей и т.п. Передача механической энергии между первьш и вторым вращающимися телами в предложенной модели осуществляется напрямую благодаря кориолисовым силам и эффектам, характерным для гироскопических систем с несколькими осями вращения.Such a solution to this problem allows the energy of rotation of the first rotating body to be recovered to the energy of rotation of the second without the use of kinematic elements or communication schemes between them: wheels, flexible or yispynsx links, electrical circuits, etc. The transfer of mechanical energy between the first and second rotating bodies in the proposed model is carried out directly due to the Coriolis forces and effects characteristic of gyroscopic systems with several axes of rotation.

Сущность предложенного устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено схематически устройство для передачи энергии от массивного тела к супермаховику, на фиг. 2 - к корпусу с вращающимся телом.The essence of the proposed device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 schematically shows a device for transferring energy from a massive body to a super-flywheel, FIG. 2 - to the body with a rotating body.

Устройство содержит два кинематически связанных тела с вращательными степенями свободы. В конкретном примере реализации устройства первое тело 1 имеет одну степень свободы вокруг оси 2, а второе тело 3 - две вращательные степени свободы соответственно вокруг оси 4 и 5. Второе тело 3 размещено на периферии первого тела 1 в кардановом подвесе 6, вьшолнено с возможностью свободного вращения вокруг первой оси вращения 4 и снабжено средством для раскрутки, преимущественно в виде электродвигателя 7 с внешним илиThe device contains two kinematically connected bodies with rotational degrees of freedom. In a specific embodiment of the device, the first body 1 has one degree of freedom around axis 2, and the second body 3 has two rotational degrees of freedom, respectively, around axis 4 and 5. The second body 3 is located on the periphery of the first body 1 in a gimbal suspension 6, with the possibility of free rotation around the first axis of rotation 4 and is equipped with a means for promotion, mainly in the form of an electric motor 7 with an external or

(Ool/fC fM 2.(Ool / fC fM 2.

внутренюш источником питания (не показан). Вал второй оси вращения 5 второго тела 3 связан с кардановым подвесом 6, опирается на подшипники 8 опорных стоек 9 и соединен через редуктор 10с пот ребителем энергии 11. Первая и вторая оси 4,5 вращения второго тела 3 в данном случае вьшолнены пересекаюпщмися под прямым углом в его центре тяжести, а оси 2 и 5 вращения первого 1 и второго 3 тел соответственно параллельны друг другу.internal power source (not shown). The shaft of the second axis of rotation 5 of the second body 3 is connected with a gimbal suspension 6, supported by bearings 8 of the support posts 9 and connected through an reducer 10 to an energy consumer 11. The first and second axes 4,5 of rotation of the second body 3 in this case are intersected at right angles in its center of gravity, and the axis of rotation 2 and 5 of the first 1 and second 3 bodies, respectively, are parallel to each other.

На фиг. 2 схематически представлено устройство, в котором поз.2 показана ось вращения первого тела 1 и пересекающаяся с ней в его центре тяжести N вторая ось 5 второго тела 3. Последнее имеет приводной электродвигатель 7, кардановый подвес 6 и опору в виде корпуса 12, снабженного роликами 13, для движения по меридиональным направляющим 14 благодаря кориолисовому ускорению йГ вдоль меридиана тела 1 (см. Грабовский М. А. и др. Лекционные демонстрации по физике М., изд. Наука, 1965 г., с. 63.).In FIG. 2 schematically shows a device in which pos. 2 shows the axis of rotation of the first body 1 and the second axis 5 of the second body 3 intersecting with it at its center of gravity N. The latter has a drive motor 7, a cardan suspension 6 and a support in the form of a housing 12 provided with rollers 13, for moving along the meridional guides 14 due to the Coriolis acceleration of y along the meridian of body 1 (see Grabovsky M.A. et al. Lecture Demonstrations in Physics M., ed. Nauka, 1965, p. 63.).

Устройство рекуперации энергии вращения первого тела 1 в энергию вращения второго тела 3 вокруг оси 5 (фиг. 1) или вокруг центра тяжести N тела 1 (фиг.2) работает следующим образом. Посредством электродвигателя 7, например от внешнего источника энергии, раскручивают маховик второго т«ла 3 до скоростей, определяемых прочностью материала маховика.A device for recovering the rotational energy of the first body 1 into the rotational energy of the second body 3 around the axis 5 (Fig. 1) or around the center of gravity N of the body 1 (Fig. 2) works as follows. By means of an electric motor 7, for example, from an external energy source, the flywheel of the second shaft 3 is untwisted to speeds determined by the strength of the flywheel material.

Энергия вращения тела 3 пропорциональна моменту его инерции и квадрату скорости вращения. Кориолисовы ускорения и действующие силы, приложенные к кардановому подвесу 6, опорам 9 и корпусу 12 пропорциональны, в свою очередь, энергии вращения тела 3, скорости вращения и радиусу тела 1 (см. Иродов И.Е. Основные законы механики М., изд. Высшая школа, 1975 г., с. 162.).The energy of rotation of the body 3 is proportional to the moment of its inertia and the square of the speed of rotation. Coriolis accelerations and the acting forces applied to the gimbal suspension 6, the supports 9 and the body 12 are proportional, in turn, to the energy of rotation of the body 3, the rotation speed and the radius of the body 1 (see I. Herod, Fundamental Laws of Mechanics M., ed. Higher School, 1975, p. 162.).

Для случая установки тела 3, выполненного в виде супермаховика, на экваторе земли сохранение момента его вращения приводит к вращению его второй оси 5 (фиг.1) на один оборот в сутки. Кориолисовы силы, достигающие для указанных условий весьма значительных величин, обеспечивают рекуперацию энергии вращения земли во вращение выходного вала вокруг оси 5 и передачу ее через редуктор 10 на потребитель 11. Механический редуктор 10 можно выполнить с коэффициентом передачи 10 - 30 и более, что позво.пит повысить скорость вращения выходного вала редуктора до скоростей порядка нескольких оборотов в час. Такие скорости вращения посредством современных преобразователей могут быть утилизированы, например, для привода водоподъемников или колес обозрения.For the case of installing the body 3, made in the form of a super-flywheel, at the equator of the earth, the conservation of the moment of its rotation leads to the rotation of its second axis 5 (Fig. 1) by one revolution per day. Coriolis forces, which reach very significant values for these conditions, ensure the recovery of the energy of the earth’s rotation into the rotation of the output shaft around the axis 5 and its transmission through the gearbox 10 to the consumer 11. The mechanical gearbox 10 can be performed with a transmission coefficient of 10-30 or more, which is permissible. pit increase the speed of the output shaft of the gearbox to speeds of the order of several revolutions per hour. Such speeds of rotation by means of modern converters can be utilized, for example, to drive water lifts or Ferris wheels.

В случае применения супермаховиков тело 3 должно быть размещено в вакуумной камере, напротив, применение массивного тела 3 позволяет упростить конструкцию преобразователя энергии.In the case of super-flywheels, the body 3 should be placed in a vacuum chamber, on the contrary, the use of a massive body 3 allows you to simplify the design of the energy Converter.

Средство отбора мощности может быть снабжено механическим гидравлическим редуктором, обладающим высокими техническими характеристиками.The power take-off can be equipped with a mechanical hydraulic gearbox with high technical characteristics.

(/fC/Oc 3.(/ fC / Oc 3.

Claims

1. A device for converting mechanical energy, containing at least two kinematically connected bodies with rotational degrees of freedom, one of which is connected to a consumer of mechanical energy, characterized in that the first body has at least one and the second at least two rotational degrees freedom, and the second body is located on the periphery of the first, is made with the possibility of free rotation around the first axis of rotation and is equipped with means for unwinding, and the mechanism associated with the second axis of rotation of W body, connected via a power take-off to the consumer.

2. The device according to claim 1, characterized in that both bodies have predominantly axisymmetric shape of the body of revolution, the second body being made in the form of a super-flywheel placed in a vacuum chamber and equipped with an electric drive.

3. The device according to claim 1, characterized in that the second body is made in the form of a massive body of revolution.

4. The device according to claims 1 to 3, characterized in that the power take-off is equipped with a mechanical and / or hydraulic gearbox to increase the speed of rotation of the output shaft connected to the consumer.

5. The device according to claims 1 to 4, characterized in that the first rotating body is a natural or artificial satellite.

6. The device according to paragraphs. 1-5, characterized in that the first and second axes of the second body are made intersecting at its center of gravity and equipped with a gimbal mechanism.

7. The device according to paragraphs. 1-5, characterized in that the second axis of rotation of the second body is made intersecting at the center of gravity of the first body or coincides with its axis of rotation.