СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к устройствам, преобразующим энергию, в частности к устройствам преобразования энергии выталкивающей силы жидкости и силы гравитации, и может быть использована в различных областях для приведения в движение различных рабочих органов, например, для передачи крутящегося момента ротору электрогенератора для выработки электрической энергии.
Известны из уровня техники различные силовые установки, в которых используется принцип перемещения различных тел в жидкой среде под действием сил плавучести Архимеда. Установки содержат тела, закрепленные на вертикально расположенной гибкой бесконечной трансмиссии, погруженной в жидкость и находящейся в зацеплении с верхним и нижним валами, соединенными с приемником механической энергии (см., например, патенты РФ №№2160381, 2167333, патенты США №№2003145589, 2006064975, патент Великобритания №2190965, патент Франции №2215098, международные заявки №№2008062084, 2008006921).
Известен пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую, содержащий емкость, частично заполненную жидкостью, в которой размещена система перемещения поплавков, выполненная в виде размещенных на разной высоте двух валов с передающими элементами, охваченными гибкой бесконечной трансмиссией, к которой присоединены поплавки, и пневмосистему, состоящую из компрессора и воздуховода, соединяющего нижнюю часть емкости с компрессором (патент ФРГ N2408682, МПК F03В 9/00, публикация 1975).
Задачей предлагаемого технического решения является расширение арсенала технических средств, использующих энергию выталкивающей силы жидкости и силы гравитации, и создание устройства, предназначенного для приведения в движение различных рабочих органов с использованием энергии выталкивающей силы жидкости и силы гравитации и характеризующегося новой совокупностью существенных признаков, определяющих его назначение.
Сущность предложенной полезной модели заключается в следующем.
Силовая установка содержит емкость, частично заполненную жидкой однородной средой, поплавки, закрепленные на вертикально расположенной гибкой бесконечной трансмиссии, погруженной в жидкую среду и находящейся в зацеплении с установленными в емкости верхним и нижним валами, по меньшей мере один из которых соединен с приемником механической энергии, и пневмосистему, включающую источник сжатого газа и, по меньшей мере, один патрубок подачи сжатого газа в емкость. Внутри бесконечной трансмиссии между восходящей и нисходящей ее ветвями установлена вертикально расположенная перегородка, жестко связанная с боковыми стенками емкости.
Патрубок подачи сжатого газа расположен в нижней части емкости.
Емкость разделена бесконечной трансмиссии на две неравные части, при этом выходной патрубок источника сжатого газа размещен в меньшей части емкости.
Емкость может быть выполнена в виде двух сообщающихся между собой сосудов, в одном из которых расположена бесконечная трансмиссия с поплавками, а в другом - патрубок подачи сжатого газа, при этом в сосуде, содержащем патрубок подачи сжатого газа, может быть размещена дополнительная вертикально расположенная гибкая бесконечная трансмиссия с закрепленными на ней поплавками, погруженная в жидкую среду и находящаяся в зацеплении с установленными в сосуде верхним и нижним валами, по меньшей мере один из которых соединен с приемником механической энергии.
Оба сосуда сообщены между собой в нижней части емкости.
В другом варианте исполнения нижняя часть сосуда, в котором расположен патрубок подачи сжатого газа, сообщен с верхней частью сосуда, в котором размещена бесконечная трансмиссия с поплавками.
Поплавки могут быть выполнены из жесткого материала, из эластичного материала.
Поплавки могут быть закреплены на трансмиссии шарнирно с возможностью поворота.
Поплавки могут быть выполнены в виде пластин со сквозными отверстиями, могут быть выполнены решетчатыми, игольчатыми, изогнутыми.
На представленных фигурах 1-6 схематично изображены варианты выполнения силовой установки.
Силовая установка содержит емкость 1, частично заполненную жидкой однородной средой 2, в которой размещена вертикально расположенная гибкая бесконечная трансмиссия 3, с закрепленными на ней поплавками 4. Поплавки 4 равномерно распределяются по длине бесконечной трансмиссии и прикрепляются к ее внешней поверхности посредством элементов крепления (не показаны). Трансмиссия 3 находится в зацеплении с установленными в емкости верхним 5 и нижним 6 валами посредством передающих элементов, закрепленных на валах, например, зубчатых колес, шестерен или выпуклых рифленых поверхностей (не показаны). По меньшей мере один из валов соединен с валом электрогенератора (не показан), или с другими устройствами отбора мощности.
Внутри бесконечной трансмиссии 3 между восходящей и нисходящей ветвями 7, 8 соответственно, установлена вертикально расположенная перегородка 9, жестко связанная с боковыми стенками емкости 1. Перегородка, находящаяся внутри трансмиссии, позволяет уменьшить сопротивление среды по встречным потокам жидкости внутри трансмиссии. При низком коэффициенте трения материала перегородки со средой уменьшается сопротивление противоположных потоков жидкости внутри трансмиссии. Этот эффект усиливается с повышением плотности и вязкости жидкой среды.
Силовая установка содержит пневмосистему, включающую источник сжатого газа (не показан) и патрубок подачи сжатого газа 10 в емкость 1, расположенный в нижней части емкости.
Пневмосистема может содержать дополнительные патрубки подачи сжатого газа, расположенные на разной высоте емкости.
На фиг.2 показана емкость 1, разделенная перегородкой 9, расположенной между ветвями 7, 8 трансмиссии 3 на две неравные части, при этом выходной патрубок подачи сжатого газа 10 размещен в меньшей части емкости.
На фиг.3-6 изображена емкость, выполненная в виде двух сообщающихся между собой сосудов 11, 12. В сосуде 11 расположена трансмиссия 3 с поплавками и перегородка 9, разделяющая данный сосуд на две части, а в сосуде 12 - патрубок подачи сжатого газа 10.
В сосуде 12 может быть размещена (фиг.6) дополнительная вертикально расположенная гибкая бесконечная трансмиссия 13, внутри которой между восходящей и нисходящей ее ветвями установлена вертикально расположенная перегородка 14, жестко связанная с боковыми стенками этой части емкости. Трансмиссия 13 находится в зацеплении с верхним 15 и нижним валами 16, по меньшей мере один из которых соединен с приемником механической энергии (не показан).
На фиг.3, 4, 6 показаны варианты исполнения, при которых емкость 1 разделена на два сообщающихся сосуда, соединенных между собой в нижней части емкости.
На фиг.5 изображен вариант исполнения, в котором нижняя часть сосуда 11 сообщена с верхней частью сосуда 12.
Поплавки 4 могут быть выполнены из жесткого материала, из эластичного материала. Поплавки могут быть закреплены на трансмиссии шарнирно с возможностью поворота. Поплавки могут быть выполнены в виде пластин со сквозными отверстиями, могут быть выполнены решетчатыми, игольчатыми, изогнутыми.
Шарнирное (или эластичное) сложение поплавков позволяет уменьшить сопротивление среды на восходящем или нисходящем (фиг.6) этапе работы трансмиссии.
Игольчатые поплавки наиболее эффективны при высокой вязкости жидкой среды, так как таким образом увеличивается площадь соприкосновения среды с поплавком.
Изогнутая поверхность поплавка позволяет увеличить площадь соприкосновения поплавка с жидкой средой, что создает более сильное давление среды на поплавок.
Решетчатые и пластинчатые поплавки позволяют на этапе прохождения через них пузырьковой смеси не тормозить движение пузырьков (т.е. не уменьшать эффект газлифта). Это решение наиболее эффективно при использовании в одной системе двух или более трансмиссий с различными структурами поплавков (фиг.6), т.е., например, в пузырьковой камере поплавки трансмиссии - пластинчатые (решетчатые), а в камере с жидкой средой - сплошные. Решетчатые и пластинчатые поплавки с различной эффективностью будут работать в разной среде. Пластинчатые - лучше в более плотной и вязкой среде, а решетчатые в менее вязкой и плотной среде.
Одним из вариантов силовой установки возможно соединение в систему нескольких вариантов представленной силовой установки. Например, одна пузырьковая камера и две жидкостные камеры, соединенные с ней. Или две пузырьковые камеры и одна большая жидкостная камера.
В начальных положениях жидкая среда в разных частях емкости, разделенных перегородкой, однородна и находится на одинаковом уровне. При подаче газа в одну из частей емкости, в ней образуется газожидкостная смесь, плотность которой зависит от объема закаченного газа и меньше плотности жидкой среды во второй части емкости. В результате газо-жидкостная смесь в этой части емкости начнет перемещаться вверх, а жидкая среда из второй части емкости начнет перемещаться в эту часть через нижнее соединение. При этом столб газо-жидкостной смеси начнет давить на поплавки трансмиссии в одной части емкости, поднимая их вверх, а столб капельной жидкости начнет давит на поплавки трансмиссии вниз во второй части емкости, тем самым приводя в движение трансмиссию, которая в свою очередь приводит в движение соединенные с ней верхний и нижний валы с передачей крутящего момента на вал генератора или другого устройства отбора мощности.
Данный рабочий процесс будет сопровождаться явлением увлечения жидкости пузырьками газа, которые, поднимаясь вверх, расширяются и увеличивают скорость движения газо-жидкостной смеси вверх.
Газо-жидкостная смесь в этой части емкости при уравновешивании столба капельной жидкости во второй части емкости поднимется на высоту h (эффект газлифта), что вызовет ее перелив во вторую часть емкости.
ж
см
Высота h рассчитывается по формуле h=(р/р-1)×H,
ж
cм
где р - плотность жидкости; р - плотность газо-жидкостной смеси; Н - начальная высота жидкости.
При переливе газ из жидкости удаляется и восстанавливается ее первоначальная плотность.
В предложенной установке может быть использован широкий диапазон рабочей жидкостной среды, при этом возможно использование жидкостей с широкими рабочими температурами, что расширяет диапазон применения силовой установки.
Установка имеет низкие шумовые характеристики, обладает широким диапазоном возможных мощностных характеристик.
Установка экономически выгодна в использовании, проста в изготовлении.
Предложенное техническое решение может быть эффективно использовано для приведения в движение различных рабочих органов вне зависимости от внешних факторов с обеспечением экологической чистоты.