СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕКУЧЕГО АГЕНТА В МЕХАНИЧЕСКУЮ РАБОТУ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO CONVERT ENERGY OF FLUID AGENT INTO MECHANICAL OPERATION AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к области преобразования одного вида энергии в другой и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, тепловых машинах, гидроагрегатах, насосах, вакуумных насосах, смесителях, дегазаторах и других машинах различного функционального назначения.
Известен способ перемещения оболочки, включающий возвратно-поступательное перемещение оболочки тяговым органом, подачи и удаления из оболочки текучего агента (а.с. СССР 1536047).
Недостатком этого способа является ограниченная функциональность способа. Недостатком устройства является также ограниченное выполнение различных функций.
Известно устройство для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (а.с. 1450511). Известен объемный двигатель (а.с. СССР F04B 43/00 №1543118). Также известно устройство для преобразования энергии рабочего тела в электроэнергию (а.с. СССР 1529357). Известны и другие устройства, например, тепловой двигатель (а.с. СССР 1468113), устройство для преобразования тепловой энергии в механическую (а.с. СССР 1455053), объемный двигатель (а.с. СССР S4 1543118 A, F04B 43/00), объемный двигатель (а.с. СССР 1523749 A1), тепловой двигатель (а.с. СССР 1468113 А1 F03G 7/06).
Недостатком этих устройств являются ограниченные функциональные возможности.
Также известны устройства для перекачивания текучей среды (а.с. СССР 1455045, а.с. СССР 1574905), насос объемного вытеснения (а.с. СССР 1536047), насос объемного вытеснения (а.с. СССР 1441082).
Недостатком этих устройств являются ограниченные функциональные возможности.
С развитием малого и среднего бизнеса, а также индивидуального предпринимательства возникла большая потребность в применении многофункциональных устройств. Такая потребность возникла и в области строительства, например при строительстве и восстановлении трубопроводов различного назначения. Например, при восстановлении трубопроводов бестраншейным способом с помощью нанесения цементно-песчаной смеси необходимо следующее оборудование: дизельэлектростанция; насос; компрессор; смеситель; насос для подачи бетона; вакуумный насос; осушитель. Эти агрегаты в производственном цикле работают практически отдельно и в определенной последовательности. Продолжительность работы каждого агрегата не превышает 10% общего цикла выполнения работ. Поэтому большинство агрегатов простаивают при выполнении работы другими агрегатами.
Самым близким прототипом является пневмогидропривод Урядко В.Н. а.с. СССР №918590 F15B 15/10, F04B 49/06, который содержит горообразную эластичную оболочку, устройство для подачи приводной среды. Недостатком этого устройства является то, что оно имеет ограниченные функциональные возможности, низкий КПД и ограниченную мощность.
Задачей изобретения является создание многофункционального агрегата и способа, обеспечивающих выполнение различных функций.
Создание такого способа и агрегата обеспечивает: сокращение количества оборудования; снижает стоимость оборудования; сокращает срок выполнения работ; уменьшает численность рабочих, обеспечивающих работу оборудования.
Поставленная цель достигается совокупным применением группы изобретений.
Способ преобразования текучего агента в механическую работу, включающий подачу и удаление в полости оболочек текучего агента и перекатывание оболочки.
Способ преобразования текучего агента в механическую работу, включающий возвратно-поступательное перекатывание оболочки путем подачи и удаления текучего агента в полости оболочки, преобразование этого перекатывания во вращение рабочего органа за счет взаимодействия внутренней поверхности оболочки с рабочим органом.
Синхронное перекатывание коаксиально установленных оболочек разного диаметра и подача и удаление текучего агента в полости, образованные оболочками, также расширяет функциональные возможности. Одновременное воздействие на оболочку усилия тягового органа и усилия, передающегося давлением текучего агента, взаимодействующего с оболочкой (оболочками), расширяет функциональные возможности.
Синхронное перекатывание двух торообразных оболочек расширяет функциональные возможности, повышает КПД и мощность. Это достигается тем, что внутренняя горообразная оболочка уменьшает и увеличивает объем камер, осуществляет массоперенос тепла и текучего агента из одной полости в другую.
Разница усилия, воздействующего на оболочку (оболочки) в камерах, расширяет функциональные возможности.
Выполнение устройства из камер, соединенных друг с другом, и установка в камерах оболочки, оба конца которой отогнуты и соединены между собой или закреплены по периметрам камер, которые сообщены с системами подачи и удаления реагентов, причем полость оболочки заполнена текучей средой, в которой установлен элемент привода или тягового механизма, расширяет функциональные возможности.
Взаимодействие оболочки с элементом привода или элементом, соединяющим концы оболочек, расширяет функциональные возможности.
Установка привода в оболочке также расширяет функциональные возможности.
Выполнение устройства из коаксиально установленных оболочек разного диаметра и сообщение системы подачи и удаления текучего агента с полостями, образованными оболочками, расширяет функциональные возможности.
Сообщение камер с системами вакуумирования или системами смешивания реагентов, или с системами подачи и удаления текучего агента расширяет функциональные возможности.
На представленных чертежах изображено:
на фиг.1 - двигатель;
на фиг.2 - насос;
на фиг.3 - устройство из двух оболочек;
на фиг.4 - насос, содержащий коаксиально установленные оболочки;
на фиг.5 - вакуумный насос;
на фиг.6 - смеситель;
на фиг.7 - торовый двигатель-насос;
на фиг.8 - насос-компрессор;
на фиг.9 - многофункциональное устройство.
В описании используются термины рукав и тор, которые определяются общим термином - торообразная оболочка. Рукав - это торообразная оболочка, которая является половиной тора. В этом случае один конец рукава закреплен по периметру камеры, а второй конец рукава отогнут и соединен с рабочим органом.
Устройство, изображенное на фиг.1, выполнено из корпуса 1, в котором установлен тор 2, образующий полости 3, 4, которые снабжены выпускными клапанами 5, 6. В торе 2 установлены звездочки 7, 8 на валах 9, соединенные с рабочим органом (не показаны). Выпускные клапаны 10, 11 соединены с генератором газа 12, который через горелку 13 (нагреватель) соединен с ресивером 14. Полость тора 2 сообщена с системой подачи воздуха. Клапаны 16 регулируют подачу и отвод газа в полости 3, 4. На внутренней поверхности тора 2 закреплена роликовая цепь 17, взаимодействующая со звездочками 7, 8.
Устройство, изображенное на фиг.2, выполнено из корпуса 1, тора 2.
Top 2 образует в корпусе 1 полости 3, 4, которые сообщены с системами 18, 19 подачи жидкости и системами 20, 21 ее отвода.
Устройство, изображенное на фиг.3, выполнено из тора 2, через который проходит рукав 22 (оболочка). Концы 23 рукава 22 отогнуты и герметично закреплены по периметру тора 2 (оболочки). Полости 24, 25 через клапаны 26 сообщены с системой 27 подачи текучего агента (газа, жидкости, пара) и с системой отвода текучего агента 28.
Устройство, изображенное на фиг.4, выполнено из тора 2, через который проходит рукав 22. Концы 23 рукава 22 отогнуты и герметично закреплены по периметру тора 2 (оболочки). Полости 24, 25 через клапаны 26 сообщены с системой 27 подачи текучего агента (газа, жидкости, пара) и с системой отвода текучего агента 28. Рукав 22 установлен в корпусах 29, 30 и образует полости 31, 32, которые сообщены с системами 33, 34 отсоса пара из хранилища (не показаны) и с системами 35, 36 сбора конденсата.
Устройство, изображенное на фиг.5, выполнено из корпуса 1, в котором установлен тор 2, полости 3, 4 сообщены с системами 37, 38 подачи смешиваемых реагентов и с системами 39, 40 сбора готового раствора.
Устройство, изображенное на фиг.6, выполнено из корпуса 1, в котором установлен тор 2, образующий полости 3, 4, 41. В торе 2 на раме 42 установлены ролики 43 на валах 44. Один или несколько роликов со звездочками соединен с мотор-редуктором 45, который кабелем 46 соединен с источником 47 электрического тока, который установлен вне корпуса 1. Полости 3, 4 сообщены с системами 48, 49 подачи жидкости, а также с системами 50, 51 ее удаления.
Устройство, изображенное на фиг.7, выполнено из торового корпуса 52, в котором установлены торы 53, образующие в корпусе 52 полости 54, 55, сообщенные с системой подачи и удаления газа (аналогично устройству, изображенному на фиг.1). На средней части торов 53 установлены, например, фрикционные ролики 58 на валах 9, передающие их вращение на механизм, преобразующий вращение валов в любое перемещение рабочего органа (не показано). Полости торов 53 заполнены текучим агентом, например воздухом, под необходимым давлением.
Устройство, изображенное на фиг.8, выполнено из торового корпуса 52, в котором установлены торы 53, заполненные текучим агентом. Торы 53 образуют полости 54, 55, сообщенные с системами 56 подачи газа, жидкости, смешиваемых реагентов или отсоса газа, пара, а также с системами 57 сбора газа, жидкости, раствора, конденсата. На средней части торов 53 установлены элементы 58, преобразующие возвратно-поступательное движение средней части торов 53 в любое известное перемещение рабочего органа 59.
Устройство, изображенное на фиг.9, выполнено из двух корпусов 60, выполненных из частей 61, 62 разного диаметра. По периметру частей 61 закреплены рукава 63. В частях 62 на штоках 65 установлены торы 66. Штоки 65 соединены между собой зубчатой рейкой 67, которая взаимодействует с шестерней 68, установленной на валу 69, который передает реверсивное вращение шестерни 68 в необходимое движение рабочего органа 70. Полости 71, 72 сообщены с системами 73 подачи пара или газа, или жидкости, или различных реагентов, или отсоса пара, а также с системами 74 сбора конденсата, газа или жидкости, или раствора. Полости 75, 76 сообщены с системами 77 подачи газа или жидкости с системами 78 отвода газа или жидкости.
Устройство, изображенное на фиг.1, работает следующим образом.
В полость 3 подают газ из ресивера 14. Из полости 4 газ удаляют через клапан 5. Top 2 перекатывается вправо и вращает звездочки 7, 8. Звездочка 7 передает вращение валу 9, а звездочка 8 вращается вхолостую. После прихода тора 2 до конца полости 4 в нее подают газ, а из полости 3 его удаляют через клапан 6. Top 2 начинает перекатываться влево. Звездочка 7 начинает вращаться вхолостую, а звездочка 8 передает вращение рабочему органу. В этом случае устройство работает в режиме двигателя, преобразующего энергию горячего газа в работу.
Устройство, изображенное на фиг.2, работает следующим образом.
Любым двигателем вращают звездочку 7, которая, взаимодействуя с роликовой цепью 17, перемещают тор 2, который выдавливает текучий агент, пар, газ или жидкость в систему 20. Полость 4 начинает заполняться текучим агентом (паром, газом, жидкостью). После того, как тор 2 дойдет до конца полости 3, вращение звездочек 7, 8 меняют на обратное. Звездочка 7 начинает вращаться вхолостую, а звездочка 8 перемещает тор 2 вправо, за счет взаимодействия ее с роликовой цепью 17. Текучий агент снова вытесняется из полости 4 в систему 21, а полость 3 заполняется текучим агентом. Устройство работает в режиме насоса, компрессора.
Устройство, изображенное на фиг.3, работает следующим образом. Системой 27 подают текучий агент в полость 24, а из полости 25 его удаляют системой 28. Top 2 и рукав 22 начинают перекатываться влево. Роликовая цепь 17 вращает звездочку 7, которая вращает рабочий орган. Звездочка 8 вращается вхолостую. После прихода тора 2 и рукава 22 в крайнее левое положение начинается подача текучего агента в полость 25 и отвод его из полости 24. Top 2 и рукав 22 начинают перекатываться вправо. Вращение звездочек 7, 8 меняется на обратное. Звездочка 7 начинает вращаться вхолостую, а звездочка 8 передает вращение рабочему органу. После прихода тора 2 и рукава 22 в крайнее правое положение снова происходит изменение подачи и отвода текучего агента из полостей 24, 25.
При возвратно-поступательном перемещении тора 2 он обеспечивает совершенно новые функции:
- осуществляет перенос текучего агента, заключенного в торе 2 и полостях 24, 25;
- осуществляет перенос тепла из полостей 24, 25;
- изменяет давление и рабочий объем полостей 24, 25.
Устройство работает в режиме двигателя.
Устройство, изображенное на фиг.4, работает следующим образом.
Двигателем вращают реверсивные звездочки 7, 8, тор 2 и рукав 22 начинают перемещаться в корпусах 29, 30 возвратно-поступательно. При перемещении тора 2 и рукава 22 вправо холодный газ подают системой 27 в полость 25. Рукав 22 начинает охлаждать пар в полости 31, который конденсируется и конденсат выдавливается в систему 36. В полость 32 пар всасывается системой 33 из хранилища, например, алюминиевой цистерны, в которой находится влажный продукт (зерно, соленая рыба и т.д.). При движении тора 2 и рукава 22 влево системой 28 удаляют холодный газ из полости 25, а системой 27 подают холодный газ в полость 24. Пар в полости 32 конденсируется и выдавливается в систему сбора конденсата 35.
Устройство работает в режиме вакуумного насоса и высушивает продукт, находящийся в хранилище. Так как вакуум создается импульсно, в полостях 35, 36 достигается более глубокий вакуум, то влага из продукта выходит не только в качестве пара, а она также выходит в качестве аэрозоля, состоящего из пара и мельчайших капелек жидкости. Это повышает эффективность сушки.
При возвратно-поступательном перемещении тора 2 он обеспечивает совершенно новые функции:
- осуществляет перенос текучего агента, заключенного в торе 2 и полостях 24, 25;
- осуществляет перенос тепла из полостей 24, 25;
- изменяет давление и рабочий объем полостей 24, 25.
Устройство, изображенное на фиг.5, работает следующим образом. Реверсивным вращением звездочек 7, 8, которые вращаются двигателем, перемещают тор 2 в корпусе 1 возвратно-поступательно. Системой 37, 38 в полости 3, 4 подают заданное количество различных реагентов, например цемент, песок, воду. Тор 2 перемещает продукт (раствор) по полостям 3, 4.
Так как тор 2 совершает сложное движение, он перемещается поступательно и вращательно. При соответствующих скоростях в объеме раствора начинают возникать кавитации, которые измельчают реагенты и ускоряют их перемешивание. Перемешиванию раствора способствует его периодическое сдавливание и расширение. После заданного количества циклов перемещения тора 2 открывают системы 39, 40 и тором 2 выдавливают в них раствор из полостей 3, 4 тором 2.
Устройство работает в режиме смесителя.
Устройство, изображенное на фиг.6, работает следующим образом.
Мотор-редуктор 45 реверсивно вращает ролики со звездочками 43. Реверсивное вращение роликов со звездочками 43 перекатывает тор 2 по корпусу 1 возвратно-поступательно. При перемещении тора 2 вправо жидкость из полости 3 выдавливается в систему 50, а в полость 4 жидкость поступает из системы 49. При обратном перемещении тора 2 жидкость из полости 4 выдавливается в систему 51 и поступает в полость 3 из системы 48. Устройство работает в режиме насоса.
Устройство, изображенное на фиг.7, работает следующим образом.
Нагретый газ из ресивера 14 подается в полость 54 и удаляется из полости 55. Торы 53 начинают перекатываться из полости 54 в полость 55. Фрикционные ролики 58 начинают вращаться за счет перемещения относительно них средней части торов 53. Два фрикционных ролика 58 передают крутящий момент на рабочий орган. Два других фрикционных ролика 58 вращаются вхолостую. После того, как торы 53 полностью войдут в полость 55, происходит изменение подачи и отвода газа в полостях 54, 55. Торы 53 изменяют движение на обратное. Они выходят из полости 55 в полость 54. Ролики 56 меняют вращение на обратное, при этом два из них передают вращательный момент рабочему органу, а два ролика 58 вращаются вхолостую.
Устройство работает в режиме двигателя.
Устройство, изображенное на фиг.8, работает следующим образом.
Рабочим органом 59 вращают фрикционные ролики 58 реверсивно. Реверсивное вращение роликов 58 при взаимодействии их со средней частью торов 53 перекатывает торы 53 возвратно-поступательно.
Торы 53 периодически входят в полости 54, 55 и выходят из них. При выходе торов 53 из полости 54 в нее поступает продукт (пар, газ, реагенты и т.д.). Из полости 55 тора 53 выдавливают продукт в систему 57.
При изменении вращения роликов 58 на обратное продукт поступает в полость 55 и выдавливается из полости 54 в систему 57.
Устройство может работать в качестве двигателя, насоса, вакуумного насоса, смесителя и т.д.
Устройство, изображенное на фиг.9, работает следующим образом.
Системой 73 подают газ в полость 71, а системой 77 подают газ в полость 76. Из полостей 75, 72 газ отводят системами 78 и 74.
Торы 66 и рукава 63 вместе со штоками 65 и рейкой 67 перемещаются вправо.
Рейка 67 вращает шестерню 68, которая через вал 69 передает вращение рабочему органу 70.
После прихода рукавов 63 и торов 66 в крайнее правое положение меняют подачу и отвод газа. Системой 73 газ подают в полость 72, а системой 77 газ подают в полость 75. Рейка 67 начинает перемещаться в исходное положение, вращая шестерню 68 обратно. Это вращение через вал 69 также передается рабочему органу 70.
Устройство работает в режиме двигателя.
Если двигателем реверсивно вращать шестерню 68, а в полости 71, 72, 75, 76 подавать и отводить необходимый продукт, то устройство будет работать в качестве насоса, компрессора, смесителя и т.д.
Пример 1
Осуществляли преобразование энергии сжатого газа во вращательное движение рабочего органа. Способ осуществляли устройством, изображенным на фиг.8.
Системой 56 сжатый газ подавали в полость 54, а системой 57 отводят его из полости 55. Торы 53 перемещались из полости 54 в полость 55. Перемещение средней части торов 53 преобразовывалось в необходимое перемещение рабочего органа 59.
Путем изменения подачи и отвода газа в полостях 54, 55, возвращая торы 53 в исходное положение, при этом перемещение торов 53 роликами 58 преобразовывали в перемещение рабочего органа.
Пример 2
Осуществляли перемещение рабочего органа 59 в перекачивание текучего агента, например в подачу сжатого газа (выполнение функций компрессора).
Способ осуществляли устройством, изображенным на фиг.8.
Рабочим органом 59 реверсивно вращали ролики 58, которыми перемещали возвратно-поступательно торы 53. Между торами 53 в корпус 52 закачивали и удаляли текучий агент (газ). Если газ подавали в одну полость, то из противоположной полости его удаляли. При изменении движения торов 53 на обратное изменяли подачу и отвод газа в полости 54, 55.
Газ подавали в противоположную полость 55, а отводили его из полости 54. Перемещением торов 53 сдавливали и подавали газ потребителю.
Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности устройства.
Устройство может быть выполнено диаметром 0,5-20 м и длиной до сотен метров. Это позволяет сократить расходы, увеличить мощность и производительность устройства.