ДВИГАТЕЛЬ

Техническое решение относится к области машиностроения, основано на принципе эффекта мельничного колеса и может быть использовано в качестве автономного средне и маломощного источника механической энергии, например, привода стационарного электрогенератора для зарядки аккумуляторов и/или индивидуального освещения.
Известен двигатель (патент РФ №46050, F 03 B 9/00) содержащий заполненную жидкостью емкость с размещенными в ней сферическими поплавками, образующими бесконечный гибкий рабочий орган, огибающий расположенные друг над другом ролики. При этом активная ветвь рабочего органа проходит через нижнюю цилиндрическую часть емкости, равную по диаметру поплавкам, а находящаяся вне емкости ветвь входит в подвижное зацепление с лопастной звездочкой, жестко закрепленной на общем горизонтальном валу дополнительно введенного водотурбинного колеса с кожухом.
Недостатком этого двигателя можно отметить конструктивную сложность в части обеспечения надежной герметичности подвижного сопряжения поплавков с цилиндрической частью емкости, что существенно влияет на снижение КПД двигателя, а также невозможность регулирования и/или стабилизации оборотов и крутящего момента двигателя, при изменении расхода рабочего тела.
В качестве прототипа принят двигатель (см. патент СССР И.Г.Болтышева №5239, заяв. свид. №11936 от 4.08.1926 г.), содержащий раму и взаимодействующие с ней ролики соединенные между собой цепью, на которой закреплены емкости, заполняемые водой. Причем раму устанавливают в требуемом наклонном положении посредством винтов.
Недостатком данного двигателя является то, что рама перемещается только вверх или вниз на небольшой угол, при этом количество заполняемых водой емкостей с рабочим телом постоянно. Существующая конструкция не позволяет изменить и/или стабилизировать крутящий момент двигателя при изменении расхода воды от максимального до минимального.
В основу технического решения положена задача оперативного регулирования и/или стабилизации оборотов и крутящего момента двигателя при изменении расхода рабочего тела от максимального до минимального.
Поставленная задача решается тем, что в двигателе, имеющем раму и взаимодействующие с ней ролики, охваченные бесконечным гибким элементом с емкостями для рабочего тела, рама выполнена составной таким образом, что составные части имеют возможность перемещения в плоскости вращения гибкого элемента.
На фиг.1 схематично изображен заявляемый двигатель, на фигурах 2, 3 показан двигатель с различными конструктивными исполнениями подвижной составной рамы.
Двигатель содержит: составную раму 1, составные части рамы 2, взаимодействующие с ней ролики 3, охваченные бесконечным гибким элементом 4 с закрепленными на нем емкостями 5 для рабочего тела.
Рама 1 может быть выполнена составной известными способами, например: шарнирной, надувной или с передвижением составных элементов по направляющим, а также любой комбинацией известных способов.
Бесконечный гибкий элемент 4 выполнен в виде замкнутой бесконечной ленты (резиновая или стальная лента, цепь и т.д.).
Предлагаемый двигатель работает следующим образом.
При подаче рабочего тела, например воды, в емкости 5, заполненные емкости 5 под действием силы тяжести обладают потенциальной энергией, а так, как емкости 5 закреплены на бесконечном гибком элементе 4, то совместно с гибким элементом 4 приходят в движение, преобразуя потенциальную
энергию емкостей 5, в энергию движения бесконечного гибкого элемента 4. А бесконечный гибкий элемент 4, охватывающий ролики 3, вынуждает их вращаться. При этом рама 1 взаимодействует с роликом 3 большего диаметра, а подвижный рычаг 2, являющийся составной частью рамы 1, взаимодействует с роликом 3 меньшего диаметра. Подвижный рычаг 2 имеет возможность занимать различные положения (см. фиг 1), следовательно, возможно и изменение траектории движения бесконечного гибкого элемента 4 с закрепленными на нем емкостями 5. Заполненные рабочим телом емкости 5 вырабатывают в единицу времени определенное количество энергии, зависящее от их траектории движения, а бесконечный гибкий элемент 4 передает энергию роликам 3. Отбор энергии для нужд потребителей может осуществляется от любого ролика 3.
При нестабильном, изменяющемся во времени расходе рабочего тела необходимо оперативно согласуя с изменениями расхода рабочего тела, изменять траекторию движения бесконечного гибкого элемента 4 с емкостями 5, и/или количество емкостей 5, заполненных рабочим телом, таким образом, чтобы траектория движения и количество емкостей были оптимальными для заданных характеристик работы двигателя. С этой целью составные части 2 рамы 1, перемещаясь в плоскости вращения бесконечного гибкого элемента 4, ориентируют так, чтобы траектория движения бесконечного гибкого элемента 4 с емкостями 5 была оптимальной для данного расхода рабочего тела.
Например, при вертикальном перемещении заполненных рабочим телом емкостей 5 и при максимальном количестве их использования (фиг 2), получаем максимальный крутящий момент, а следовательно и КПД.
При расположении бесконечного гибкого элемента 4 под различным углом к горизонту получаем промежуточные значения числа оборотов и крутящего момента, а также минимально возможный угол наклона к горизонту, при котором возможно перемещение бесконечно гибкого элемента в пространстве (см. фиг.3).
При изменении положения в пространстве бесконечного гибкого элемента 4, изменяется равнодействующая силы тяжести, которая постоянно действует на рабочее тело, находящееся в емкостях 5, закрепленных на бесконечном гибком элементе 4. В зависимости от пути, пройденного емкостями 5 с рабочим телом в единицу времени, изменяется скорость движения бесконечного гибкого элемента 4, а значит изменяется число оборотов двигателя.
Варьируя количество заполненных рабочим телом емкостей 5, изменяем величину действующей на рабочее тело суммарной силы тяжести, либо изменяя равнодействующую силы тяжести путем изменения угла наклона бесконечно гибкого элемента 4 к горизонту, также изменяем суммарную силу тяжести, а значит, и величину крутящего момента, передаваемого бесконечным гибким элементом 4 роликам 3.
Используя равнодействующую силу тяжести в той или иной степени получаем различный КПД, например при совпадении силы тяжести и ее равнодействующей, например, при вертикальном перемещении емкостей 5 имеем максимальный КПД, при угле наклона, близком к горизонту, имеем минимальный КПД, при всех других положениях бесконечного гибкого элемента 4 и емкостей 5 получаем промежуточные значения КПД, что также в равной степени относится к числу оборотов и крутящему моменту.
При выполнении двигателем различных задач например: стабилизация оборотов, при изменяющемся во времени расходе рабочего тела, поддержание постоянного во времени оптимального крутящего момента, и/или оптимальных оборотов, при нестабильном расходе рабочего тела, поставленные задачи решаются путем изменения ориентации в пространстве бесконечного гибкого элемента с закрепленными на нем емкостями, при перемещении составных частей рамы в плоскости вращения бесконечного гибкого элемента.