Спосіб перетворення енергії гравітаційного поля в механічну енергію обертання

Винахід стосується енергетики і може бути використаний в машинобудуванні, а саме при виробництві двигунів. Відомий спосіб комплексного перетворення гравітаційної, гідростатичної і теплової енергії в механічну енергію обертання, який включає радіальне переміщення елементів, створюючих обертальний момент з послідовним переміщенням (Патент РФ №2054580, F03G76, Бюлетень изобретений, №5, 1996г.). До причин, що перешкоджають досягненню очікуваного технічного результату при використанні відомого способу є те, що радіальне переміщення теплочутливих елементів здійснюють за рахунок зміни температури середовища, що є інертним явищем - це обмежує потужність. Крім того, виникає необхідність створення двох середовищ з різними температурами - низький ККД перетворення гравітаційної, гідростатичної і теплової енергії в механічну енергію обертання. Найбільш близьким до об'єкта, що заявляється є спосіб перетворення теплоти рідкого теплоносія в механічну роботу, який включає використання енергії, обертання в вакуумному середовищі ротора і робочого тіла в умовах дії відцентрової сили, спрямування робочого тіла окремими потоками від осі обертання (Патент України №41697, F03G76, Бюл. "Промислова власність". №8, 2001р.). До причин, що заважають отримати описаний нижче результат при використанні відомого способу, відноситься те, що даний спосіб призначений для роботи у зимовий період при мінусових температурах повітря, тому потребує підлідну воду, яку складно добувати, що економічно невигідно. Крім того даний спосіб дуже громіздкий. Технічний результат, що досягається при використанні способу - під дією відцентрової сили робоче тіло виконує роботу при викиданні робочого тіла на турбіну і призводить до перетворення кінетичної енергії робочого тіла в механічну енергію обертання турбіни і як наслідок - безперервно обертає турбіну. В основу винаходу поставлено задачу в способі перетворення теплоти рідкого теплоносія в механічну роботу шляхом виконання роботи робочим тілом під дією відцентрової сили забезпечити перетворення енергії гравітаційного поля в механічну енергію обертання. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі перетворення енергії гравітаційного поля в механічну енергію обертання, що включає використання енергії, обертання в вакуумному середовищі ротора і робочого тіла в умовах дії відцентрової сили, спрямування робочого тіла окремими потоками від осі обертання згідно з винаходом в розріджене середовище, наповнене робочим тілом, встановлюють ротор з радіальним отвором і виконавчими соплами, початкову енергію ротору надають пусковим механізмом, при переміщенні робочого тіла під дією відцентрової сили робоче тіло виконує роботу, викидання робочого тіла на турбіну призводить до перетворення кінетичної енергії робочого тіла в механічну енергію обертання турбіни, частину якої відбирають і використовують для подальшого обертання ротора. Ознаки, що відрізняють технічне рішення від прототипу не виявлені в інших технічних рішеннях при вивченні даної і суміжних областей техніки. При дослідженні суттєвих ознак описаного способу не виявлено яких-небудь аналогічних відомих рішень, в яких у розріджене середовище, наповнене робочим тілом, встановлюють ротор з радіальним отвором і виконавчими соплами, початкову енергію ротору надають пусковим механізмом, при переміщенні робочого тіла під дією відцентрової сили робоче тіло виконує роботу, що призводить до обертання турбіни. Суть способа перетворення енергії гравітаційного поля в механічну енергію обертання пояснюється кресленням. У конструкцію гравідинамічного двигуна, в якому проходить процес перетворення енергії гравітаційного поля в механічну енергію обертання входять: Корпус (1) з розрідженим середовищем всередині, який містить ротор (2), всередині якого існує радіальний отвір (3), що закінчується двома виконавчими соплами (4, 5). Ротор має пістотілу вісь (6) і зв'язаний з пусковим механізмом (7) для первинного запуску обертання ротора (2). У корпусі (1), наповненому робочим тілом (8), розташована турбіна (9), що з'єднана з ротором (2) механізмом відбору потужності (10). Заявлений спосіб здійснюється таким чином. Пусковим механізмом (7) надають початковий рух ротору (2). Робоче тіло (8) послідовно через пустотілу вісь (6) подають до радіального отвору (3), яке в умовах дії відцентрової сили спрямовують від осі обертання до виконавчих сопел (4, 5), при переміщенні робочого тіла (8) під дією відцентрової сили робоче тіло (8) виконує роботу. Викидання робочого тіла (8) призводить до обертання турбіни (9). Певну величину енергії через механізм відбору потужності (10) передають для подальшого обертання ротора (8), а решту енергії відбирають для подальшого використання. Розглянемо кількісну характеристику даного способу. Нехай ротор (2) має радіальний отвір (3) N=1, де N- кількість радіальних отворів і виконавчих сопел (4,5)n=1, де n - кількість виконавчих сопел. Робоче тіло (8), підведене до ротора (2) під дією відцентрової сили, переміщується від центра ротора (2) до периферії і має розподілений тиск уздовж радіального отвору (3), що визначають відцентровою силою: 1 F = ma = ò pr 2 r 0 (2pln )2 dl (І) 1 де m - маса обертаємого робочого тіла в радіальному отворі; 1 m= ò pr 2 rdl (II) 0 r - радіус радіального отвору, r - густина використовуваної робочого тіла, l - довжина радіального отвору від центра ротора (радіус ротора), a - відцентрове прискорення: a = J2 / 1 = (2 pln )2 / 1 (III) n - частота обертання ротора. Роботу, виконану при переміщенні робочого тіла (8) від центра ротора (2) до виконавчого сопла (4), об'ємом, що дорівнює об'єму радіального отвору, та масою, визначеною виразом (II), позначимо одиничною роботою А': А'=F.1 (IV) Результатом рішення виразу (IV) буде вираз: A` = m` J 2 (V) 2 де m ` - одинична маса робочого тіла, визначена виразом (II); J - лінійна швидкість обертання на відстані l. Як видно з виразу (V), величина одиничної роботи кількісно дорівнює кінетичній енергії робочого тіла масою m ` обертаємого із швидкістю J на відстані l від центра обертання. Енергія рідини масою m ` на виході сопла дорівнює сумі кінетичної енергії і одиничної роботи: E = A ` + E (VI) å Рух робочого тіла має складну траєкторію і містить дві складові відносно осі симетрії виконавчого сопла. Перша компонента швидкості руху паралельна осі сопла і її величина визначається тиском у радіальному отворі. Друга компонента, перпендикулярна осі виконавчого сопла і визначається швидкістю обертання самого виконавчого сопла. При обертанні робочого тіла масою m ` і викинутого із виконавчого сопла ротора на лопатки турбіни необхідно затратити енергію, величина якої становить: m `J 2 (VII) 2 де J - лінійна швидкість обертання по колу з радіусом r=1. Початково цю енергію отримують від пускового механізму. Далі робоче тіло, викинуте із виконавчого сопла, попадає на турбіну, за допомогою якої енергія струменя робочого тіла перетворюється в обертальний рух турбіни. Певна частина енергії для обертання послідуючого робочого тіла, що надходить до ротора через пустотілу вісь, відбирається від турбіни через механізм відбору потужності. E= Вираз (VI) виражає сумарну енергію робочого тіла, придбану в процесі руху робочого тіла масою m ` по замкнутому колу (за цикл). Вираз для енергії, яку можна використати для виконання корисної роботи за один цикл, має вид: А=А'-Ев (VIII) де А - корисна робота за один цикл; Ев - енергія втрати на різне тертя в системі і неефективності перетворення енергії струменя робочого тіла за допомогою турбіни за один цикл. З приведених вище розрахунків видно, що потужність, отримана при використанні даного способу перетворення енергії гравітаційного поля в механічну енергію обертання залежить від швидкості обертання ротора, радіуса ротора і маси робочого тіла, що минає будь-який переріз у системі за одиницю часу. Використання даного способу перетворення енергії гравітаційного поля в механічну енергію обертання дозволить зекономити ресурси традиційних джерел енергії, таких як тверде та газоподібне паливо, електричну та інші види енергії.