ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к двигателям, предназначенным для образования энергии гидравлического давления воды в механическую.
Известные гидравлические турбины и роторные двигатели (Гидротехника под ред. В.И.Обрезкова для студ.ВУЗов. Москва. Энергоатомиздат, 1988. 2-е изд-е, стр.94) предназначены для преобразования энергии потока воды под значительным напором.
С увеличением напора возникает явление кавитации: в зоне высоких скоростей воды в проточной части гидротурбины с последующим их заклиниванием и сопутствующим этому разрушением металла гидротурбины. Поэтому с ростом напора оптимальный коэффициент быстроходности уменьшается, что является ограничениями к применению гидротурбины.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является гидравлический двигатель (патент РФ, 2176767, F 03 В 17/02, 2001), который содержит питательную емкость, коленчатый вал с маховиком и опорами коренных подшипников, шатуны, гильзы цилиндров, расположенные ниже коленчатого вала, подводящие и отводящие трубы, впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с впускными и выпускными кулачками, имеющим кинематическую связь с коленчатым валом, направляющие стержни, установленные по оси гильз, поршни с кронштейнами и направляющими втулками, имеющие зазор между гильзой и поршнем без уплотнения. Так же двигатель оснащен дополнительными питательными трубами, соединенными с питательной емкостью и цилиндром по его высоте и периметру имеющими впускные клапаны с приводом от распределительного вала.
Для получения необходимой мощности в известном двигателе используется достаточно сложная система создания подъемной силы и скорости движения поршня: требуется увеличение высоты гильзы, установка дополнительных питательных труб с клапанами и кулачками распределительного вала. Кроме того, для наполнения водой гильзы до уровня верхней образующей поршня требуется определенное время, наблюдается неравномерность давления. А именно: во взятом для сравнения гидравлическом двигателе сила давления воды действующая на поршень уменьшается по мере подъема поршня, так как на поршень действует выталкивающая сила сообщающихся сосудов. По мере подъема поршня, разница уровней воды в сообщающихся сосудах уменьшается и соответственно по правилу сообщающихся сосудов сила давления воды на поршень уменьшается.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения КПД двигателя, увеличение его мощности за счет использования всей потенциальной энергии давления воды. Для достижения этого технического результата гидростатический двигатель содержит накопительную емкость, подводящие клапаны, поршни, шатуны, цилиндры, силовой вал, маховик.
Отличительными признаками предлагаемого гидростатического двигателя от указанного выше является выполнение цилиндров с отверстиями по периметру для слива воды. Роль выпускного клапана выполняет сливное кольцо с отверстиями по периметру, составляющие вторую стенку цилиндра. Поршни соединены между собой тягами от направляющих шатунов с распределительным коромыслом. За счет применения коромысла в распределительной системе, силы, затрачиваемые на стопорение и расстопорение, то есть открытие и закрытие перепускных клапанов на противоположных цилиндрах тяготеют к уравновешиванию, а значит, сводятся к минимуму силы, затрачиваемые на распределительную систему. Далее в предлагаемом двигателе по мере движения поршня вниз давление воды на поршень относительно увеличивается, так как высота столба воды увеличивается. Распределительные шестерни регулируют работу клапанов. Для увеличения динамики вращения маховика предусмотрена обгонная муфта.
Такая конструкция гидростатического двигателя позволяет использовать всю потенциальную энергию давления воды и увеличивать ее, используя эффект гидростатического парадокса, когда сила давления воды на поршень равна: - площадь поверхности поршня умноженная на высоту подводящего канала. Причем сила давления на поршень не зависит от диаметра подводящего канала.
Поршни принимают давление воды через подводящие каналы из накопительной емкости и предают его на силовой вал, например, коленчатый. По такому принципу можно создать систему гидростатических поршневых пар, передающих усилие на единый силовой вал, например, коленчатый. При этом необходимо предусмотреть нечетное количество поршневых пар, находящихся в разных угловых моментах их одновременного положения. В этом случае исключается одновременное совпадение верхних мертвых точек (ВМТ) и нижних мертвых точек (НМТ) на поршневых парах.
Гидростатический двигатель может использовать всю потенциальную энергию давления спада воды как большой реки, так и малых рек, ручьев и увеличить эту энергию, используя эффект гидростатического парадокса. Для заявляемого гидростатического двигателя достаточно даже подъема воды на несколько метров, всего лишь улучшив судоходность реки. Для эффективной работы достаточно поднятия воды на два-три метра на ручьях и родниках, при этом плотины не обязательны. Можно использовать желоб, наполняющий водой накопительную емкость.
Предлагаемый гидростатический двигатель иллюстрируется чертежами:
на фиг.1, 2 схематично показано устройство и принцип действия гидростатического двигателя при разных положениях поршня. Фиг.3 р-р А-А фиг.1. Фиг.4 р-р Б-Б фиг.1.
Гидростатический двигатель содержит накопительную емкость 1, подводящие каналы 2, перепускной клапан 3, перепускной клапан 4, поршни 5, шатун 6, цилиндры 7, силовой вал (коленчатый вал) 8, маховик 9, обгонную муфту 10, отверстия для слива воды 11 цилиндра 7, сливное
кольцо 12 с отверстиями 13 по периметру сливного кольца 12, тяги 14 для перепускного клапана 3 и сливного кольца 12, распределительное коромысло 15, люфтовая распределительная шестерня 16, распределительная шестерня 17, тяга 18 для открытия перепускного клапана 4, Распределительная шестерня 19, тяга 20 открытия сливного кольца 12, распределительная тяга 21.
Гидростатический двигатель работает следующим образом. Вода из накопительной емкости 1 по подводящему клапану 2 через перепускной канал 3 поступает в цилиндр 7 и давит на поршень 5. Шатун 6 передает усилия силовому валу 8 на котором установлен маховик 9. К шатуну 6 прикреплена распределительная тяга 21, которая дает движение распределительному коромыслу 15. Увеличивает динамику вращения маховика обгонная муфта 10.
При движении поршня 5 вниз перепускной клапан 3 открыт. По достижении НМТ перепускной клапан 3 закрывается, сливное кольцо 12 открывается посредством тяги 14 и люфтовой распределительной шестерни 16, распределительной шестерни 17, тяги 18 перепускного клапана 4 и тяги 14 открытие сливного кольца 12.
В противоположном цилиндре по достижении НМТ перепускной клапан 3 открывается, сливное кольцо 12 открывается. Таким образом, когда в одном цилиндре происходит цикл рабочего хода, в другом цилиндре происходит слив воды. Чередуя подачу воды в цилиндры, посредством всей распределительной системы усилив давления воды, непрерывно передается силовому валу.