ГРАВИТАЦИОННЫЙ ГИДРОВАКУУМНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может найти применение для экологически чистого получения механической энергии и преобразования ее в другие виды энергии, например, электрическую, тепловую и т.д.
Известен гравитационный вакуумно-гидравлический двигатель (патент РФ №2080485, МПК6 F03G 7/00, опубл. 27.05.1997 г.), включающий поплавки с изменяющимся объемом, состоящие из корпуса и выдвигающегося из него грузового поршня, и закрепленные с равномерным шагом на бесконечной ленте, натянутой на верхнее и нижнее колеса. Колеса с бесконечной лентой и поплавками помещены в камеру, заполненную рабочей жидкостью, и соединенную с вакуумирующим устройством.
К недостаткам двигателя можно отнести его конструктивную сложность и громоздкость, а также недостаточную мощность.
Известна газожидкостная машина (заявка РФ №95102885 А1, МПК6 F03B 1/04, опубл. 20.05.1997 г.), которая может быть использована в качестве двигателя или насоса. В варианте двигателя она включает две емкости, каждая из которых частично заполнена жидкостью. Давление газа на поверхности жидкости в первой емкости выше, чем давление газа на поверхности жидкости во второй емкости. К первой емкости, к той ее части, которая заполнена жидкостью, подключен гидравлический двигатель, выход из которого подключен к входу во вторую емкость. Дополнительно имеется камера, которая при помощи клапанов может периодически сообщаться как с первой, так и со второй емкостью. Ко второй емкости, к той ее части, которая заполнена газом, подключен выходной канал, по которому газ из второй емкости удаляется в атмосферу. К первой емкости, к той ее части, которая заполнена газом, подключен входной канал, периодически отключаемый от нее при помощи клапана. Из входного канала в первую емкость поступает газ от внешнего источника. Жидкость при работе установки из первой емкости через гидравлический двигатель поступает во вторую емкость, из которой она через камеру вновь поступает в первую емкость.
Недостатком вышеописанного двигателя является его ограниченная мощность, так как в нем работу совершает вытесняемая жидкость, не обладающая большой кинетической энергией, кроме того, двигатель занимает большой объем.
Изобретение решает задачу повышения мощности двигателя за счет накопления рабочим телом потенциальной энергии и преобразования ее в кинетическую энергию при рабочем ходе.
Для решения поставленной задачи в известном двигателе, включающем две герметичные емкости, частично заполненные жидкостью, с клапанами в верхней части для впуска и выпуска воздуха, средство создания вакуума, предлагается емкости выполнить вертикально ориентированными, сообщающимися и соединить со средством создания вакуума с возможностью их поочередного подключения, а в каждой емкости разместить, с возможностью вертикального прямолинейного возвратно-поступательного движения груз-поплавок, который связать через шток с устройством для отбора мощности, а шток снабдить компенсационной пружиной.
Внутренние боковые поверхности емкостей могут быть выполнены с вертикально ориентированными направляющими, а боковые поверхности груза-поплавка снабжены роликами, расположенными оппозитно направляющим.
Боковые поверхности груза-поплавка могут быть выполнены с вертикально ориентированными направляющими, оппозитно которым на внутренних боковых поверхностях емкостей устанавливают ролики.
Предлагаемый гравитационный гидровакуумный двигатель представляет собой две герметичные вертикально ориентированные емкости, сообщающиеся в нижней части посредством канала. В верхней части каждая емкость имеет клапаны; один для связи с атмосферой, другой - со средством создания вакуума. Емкости частично заполнены жидкостью, и в каждую емкость помещен груз-поплавок с возможностью вертикального прямолинейного возвратно-поступательного движения. Для обеспечения лучших условий для создания такого движения можно выполнить внутренние боковые поверхности емкости с направляющими, по которым будет перемещаться груз-поплавок, снабженный, например, роликами. Также можно выполнить направляющие на боковых поверхностях груза-поплавка, а ролики закрепить на внутренних боковых поверхностях емкости.
Груз-поплавок через шток и шатун связан с преобразователем возвратно-поступательного движения во вращательное, например, коленчатым валом. Шток снабжен на уровне нижней мертвой точки компенсационной пружиной.
Управление клапанами, расположенными в верхней части каждой емкости и обеспечивающими попеременное поступление атмосферного воздуха в емкость и вакуумирование емкости, производят автоматически, используя известные способы.
м
ж
ж
Для обеспечения плавучести груза-поплавка необходимо его изготовить из материала, плотность которого ρ≤0,8ρ, где ρ - плотность жидкости. Тогда при вакуумировании верхней части одной из емкостей жидкость начинает подниматься вместе с грузом-поплавком на рассчитанную высоту, обеспечивающую, при выбранной массе груза, накопление необходимой величины потенциальной энергии, которая превращаясь при обратном ходе груза-поплавка вниз в кинетическую энергию, совершает работу. Под воздействием динамической нагрузки компенсационная пружина на штоке, расположенная на уровне нижней мертвой точки, сжимается, происходит частичное преобразование кинетической энергии груза в потенциальную энергию сжатия пружины. При достижении грузом нижней мертвой точки автоматически открывается клапан, сообщающий емкость со средством создания вакуума и закрывается клапан, сообщающий емкость с атмосферой. Пружина, а также архимедова сила помогают грузу изменить направление движения.
На приведенной схеме изображен предлагаемый гравитационный гидровакуумный двигатель в разрезе. На схеме приняты следующие обозначения:
1 - накопитель вакуума;
2- первая емкость;
3- вторая емкость;
4, 5 - грузы-поплавки;
6 - клапан, связывающий первую емкость со средством создания вакуума:
7 - клапан, связывающий первую емкость с атмосферой;
8 - клапан, связывающий вторую емкость со средством создания вакуума;
9 - клапан, связывающий вторую емкость с атмосферой;
10, 11, 12, 13 - направляющие на внутренних поверхностях емкостей; 14, 15 - компенсационные пружины; 16, 17 - штоки; 18, 19 - шатуны;
20 - коленчатый вал;
21 - ролики;
22 - жидкость.
Работа гравитационного гидровакуумного двигателя осуществляется следующим образом.
Средство создания вакуума 1 создает разряжение порядка 0,8 атмосфер. В емкости 2 открывается клапан 6, связывающий емкость 2 со средством создания вакуума, а в емкости 3 в этот момент открывается клапан 9, связывающий емкость 3 с атмосферой. В верхней части камеры 2 создается рабочая зона пониженного давления. В результате жидкость начинает перетекать из камеры 3 в камеру 2, стараясь заполнить разреженный объем под воздействием атмосферного давления в камере 3, вытесняющего водяной столб. Вместе с жидкостью поднимается до верхней мертвой точки и груз-поплавок 4, приобретая потенциальную энергию. После чего клапан 6, сообщающий емкость 2 со средством создания вакуума закрывается и открывается клапан 7, сообщающий емкость с атмосферой. В емкости 3 в этот момент происходит закрытие клапана 9, сообщающего емкость с атмосферой, и открытие клапана 8, сообщающего емкость со средством создания вакуума. Резкий перепад давления в верхних частях емкостей приведет к обратному движению водяного столба и грузов-поплавков. Причем груз-поплавок, поднятый на высоту, соответствующую верхней мертвой точке, при движении вниз под действием сил гравитации, толкает шток 17, совершая, таким образом, работу по преобразованию накопленной потенциальной энергии в кинетическую. Во время рабочего хода сжимается пружина 15 на штоке 17, происходит преобразование кинетической энергии динамических нагрузок в потенциальную энергию сжатия пружины. При достижении нижней мертвой точки пружина и архимедова сила помогают грузу-поплавку изменить направленность движения и цикл повторяется.
Расчетные габариты двигателя составляют 3×4×7 м при следующих условиях
- в качестве жидкости выбрана вода:
- масса груза-поплавка равна 5000 кг;
3
- объем его равен 6 м;
- рабочий ход равен 2 м за 1 сек.
Мощность двигателя при этом составит примерно 120 кВт.
Для повышения эффективности использования данного технического решения предлагается соединять несколько двигателей по принципу двигателя внутреннего сгорания.