Клапанний механізм для генерації гідроударів до енергогенератора і.м. федоткіна

Клапанний механізм для генерації гідроударів до енергогенератора, який розміщується в приливках верхньої кришки ротора і складається з запресованого в тілі кришки сідла, контактуючого з ним тарілчастого клапана зі штоком, на верхньому 3 рідиною, рівень якої фіксується покажчиком рівня 16. В приливах верхньої кришки 5 вмонтовано пристрій - клапанний механізм для генерації гідроударів. З фіг. 1 видно, що при перекритті входу потоку з кільцевої камери 3 на сопла 5, гідроударом охоплюється вся зона від виходу на сопла камери З гвинтових канавок 9 до входу в ці канавки в нижньому меншому торці ротора, і далі охоплює порожнину вала 2 і зону вихрової кавітації в верхній частині трубовала аж до вертушки 10-11, включаючи і тракт до насоса 6, тобто гідроударами охоплюється майже весь гідравлічний тракт енергогенератора. Пристрій (фіг. 2) відрізняється тим, що запірний механізм виконано в вигляді тарільчатих клапанів, які управляються загальним розподільним кільцевим кулачком 18, нерухомо закріпленим на верхній кришці резервуару енергогенератора. Як показано на фіг. 1 і 2, клапанний механізм 17 розміщено в верхній частині кришки 3 ротора, в приливах 19. Механізм складається із запресованого в тілі кришки сідла клапана 20, тарільчатого клапана 21, направляючої втулки 22, штока клапана, пружини 23, 24, пружинних тарілок 25, штовхача 26, у вилці якого на осі 27 закріплено ролик 28. Бокові зусилля, які виникають від дії профільованих поверхонь розподільчого кільцевого кулачка 18, сприймаються циліндричною частиною штовхача 26, яка зворотно-поступально ковзає в циліндричній розточці прилива 19, а повертання штовхача виключається завдяки наявності у штовхача двох шліців 29, які ковзають у пазах прилива кришки 19. Штовхач 26 отримує зворотно-поступальний рух у напрямку своєї поздовжньої осі завдяки наявності на боковій поверхні розподільчого кільцевого кулачка 18, профільованих по висоті й орієнтованих уздовж поздовжньої осі штовхана виступів і западин (провалів), по поверхні яких перекочується ролик 28. Тарілки пружин 25 закріплені на штоці клапана сухариком 30. На шток клапана одягнуто гумовий сальник 31. На фіг. 3,4 показано вид на контактну поверхню розподільчого кільцевого кулачка і розгортка цієї контактної поверхні. Заштриховані ділянки поверхні на фіг. 3 відповідають западинам (провалам) на контактній поверхні, при збігу в які роликів штовхачів відбувається одночасне закривання (захлопування) всіх каналів і перекривається надходження робочої рідини через канали 32 на вхід реактивних сопел. Клапанний механізм для генерації гідроударів працює наступним чином. Запускається в дію механізм при обертанні ротора енергогенератора разом із верхньою кришкою, на якій його змонтовано. Пружини 23, 24 (фіг. 2) притискають клапан 21 зі штоком, пружинними тарілками 25, штовхачем 26 і роликом 28 до контактних поверхонь кільцевого кулачка 18 з провалами (западинами) і, коли ролик 28 потрапляє в провал кільцевого кулачка 18, клапан 21 захлопується, перекриваючи гніздо 20 і генеруючи гідроудар. 43722 4 В залежності від часу закривання (захлопування) клапана наростає тиск у всьому тракті внаслідок розвитку гідроудару та миттєво доходить до меж десятків атмосфер, що спричиняє додатковий нагрів рідини від наростання тиску, додатковий нагрів рідини від виділення надлишкової теплової енергії при схлопуванні кавітаційних пухирців за рахунок нарощування енергії схлопування тиском від гідроудару. Зона дії гідроудару охоплює весь гідравлічний тракт енергогенератора аж до насоса, включаючи кільцеву камеру, гвинтові канавки ротора, порожнини вала, зону трубовала з вихровою, щілинною, пульсаційною, відцентровою, гідродинамічною кавітацією, пульсаційно-кавітаційну приставку, гідравлічний тракт і насос. Ефективність дії енергогенератора підвищується, крім збільшення ступеню кавітаційного нагріву, ще за рахунок створення нестаціонарної течії рідини через сопла, що збільшує силу реактивних струменів, які витікають із сопел. Кількісна оцінка підвищення ефективності роботи енергогенератора без труднощів виконується за рівняннями та формулами, наведеними автором цієї заявки в його працях [5-8]. Підвищення тиску від гідроудару вперше одержано Н.Е.Жуковським [5, 6, 7]. Його формула: Dp = rcw, (1) де r - густина рідини, с - швидкість поширення в ній хвиль збурення, w - швидкість руху рідини. Проте ця формула дає оцінку наростання тиску лише при миттєвому перекриванні потоку рідини, при t = 0. Автором виведено формули, які дозволяють оцінювати величину Dp при будь-якому проміжку часу перекриття потоку t , оцінювати максимальну швидкість w рідини для досягнення максимального Dp . При цьому формула Н.Е.Жуковського є лише частковим випадком. Формула автора [5-8]: Dp = Dp 0 å sin(fn t ) × e -at , (2) Dp 0 = rcw - перепад при миттєвому переде криванні каналу, 1 sin (fn t) » 2 з теоремою Вестфаля, lw R D a= ,d = = 12d 2 2 - гідравлічний радіус, l = 0,02 ¸ 0,035 - коефіцієнт гідравлічного опору, w - швидкість руху середовища в трубопроводі, с - швидкість поширення збурень, r - густина рідкого середовища. Наведемо числові розрахунки для D = 0,050 м. Маємо параметр а: lw 0,03w a= = = 0,2w. 12d 12 × 0,025 Розкладемо експоненту в ряд: å 5 43722 6 Маємо також рівняння [5, стр. 186-188]: e - at = 1 - at = 1 - 0,2 wt. (3) Максимальна сила гідроудару буде: ( æR ö E0 = 0,25 × 10 3 ç 0 ÷ ç t2g ÷ p s V0 è ø ) Dp = rcw (1 - aw t) = rc w - aw 2 t , (4) ¶Dp = rc (1 - 2 wat ) = 0, ¶w звідки 1 12D 3D w max = = = 2at 4l × 2t 2lt , 3 0,05 2,5 × = . t 2 0,03t (5) Як видно, існує гіперболічна залежність (5) швидкості рідини від часу закриття клапана: 0,3 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 15 12,5 7,5 5,0 2,5 1,67 1,25 1,0 Для вибраних числових значень, при wmax t = 2,5, маємо: 4l w max t = 0,2 w max t = 0,5 = const, 12D і тому Dp max = rcw (1 - 0,2 w max t ) = 0,5rcw max = 0,5Dp 0 ; , Dp 0 = r × c × w = 1000 × 414,85 × 1 41 = 29,42amм, де w = 1,41 м/с; 1 t t Dp = Dp 0 • е-a = 29,42 • e-0,2 = 2 29,42 = 14,7 аmм. Наведемо методику розрахунку степені підвищення коефіцієнта перетворення енергії за рахунок підвищення тиску в гідравлічному тракті енергогенератора. Енергія, яка виділяється при схлопуванні кавітаційного пухирця може бути визначена з безрозмірних критеріальних рівнянь І. М. Федоткіна [5-8]: æR ö E0 = 2,94 × 10 5 ç 0 ÷ ç t2g ÷ 4 pR 0 s è ø -1 2 ö ÷ , ÷ ø (6) де R0 - початковий радіус пухирця, s - поверхневий натяг рідини, p0 – тиск рідини, що оточує кавітаційний пухирець при її температурі p(t), t - час схлопування кавітаційного пухирця. Час схлопування кавітаційного пухирця визначається формулою: t = 0,915R 0 r . p0 æ p0 ç çp è s 1,3 , (9) 0,3 æ p0 ç çp è s ö ÷, ÷ ø (10) 3 4pR0 де V0 = 3 w max = 0,2 ö ÷ ÷ ø E0 0,6 æ R rg ö = 0,25 × 10 3 (0,915) ç 0 ÷ ç p ÷ p s V0 è s ø = -2at < 0, ¶w 2 що відповідає максимуму функції. Для D = 0,05 м, l = 0,03, отримаємо: 0,1 æ p0 ç çp è s або після підстановки значення t з (7): ¶ 2 Dp t,c wmax, м/c -0,3 (7) Підставивши t з формули (7) у рівняння (6), отримаємо: æ rgR 0 öæ p 0 ö E0 ÷ ÷ç = 2,46 × 10 5 ç ç p ÷ç p ÷, 3 4pR 0 s è s øè s ø (8) - початковий об'єм пухирця. Всі ці рівняння дійсні на періоді дії закону збереження енергії при ККДNH=NH( D p), (20) D р = const, а p0 = var, і тому КПЕ тим паче, що енергогенератора вищий за 100%. Можна передбачити, що гідроудари миттєво підвищують тиск, а такий імпульс може не відбиватися на витраті енергії насосом, значно збільшуючи енергію схлопування. Проте лишається ще один сумнів. Підвищення тиску, без сумнівів, збільшує виділення обох складових енергії схлопування - до Rкр і після Rкр, але підвищення тиску стискає кавітаційний пухирець і зменшує R0, що значно зменшує виділення енергії від підвищення тиску. Дамо чисельну оцінку цього негативного впливу. Приймемо початковий тиск у гідравлічному тракті p1 = 1amм. Підвищення тиску від гідроудару до p2 = 85 amм. Стискування кавітаційного пухирця під дією надлишкового тиску приймемо політропічним: æ =ç ç è å g g p 1V1 = p 2 V2 , (21) Cp g= = 1,4 CV . де Зменшення об'єму пухирця становитиме: 1/ g V1 æ p 2 ö ÷ =ç = 851/ 1,4 = 23,80раза. V2 ç p1 ÷ ø è Зменшення початкового радіусу пухирця буде становити: 8 1/ 3 R1 æ V1 ö ÷ =ç = 23,801/ 3 = 2,88 » 3 R 2 ç V2 ÷ ø è рази. Зменшення енергії схлопування від зменшення радіуса пухирця стане: 3/2 æR ö Vcx 2 R 2 = =ç 2÷ Vcx1 R 3 / 2 ç R1 ÷ ø è 1 3/2 = 3 3 / 2 = 5,2 разів, 2 E 2 æ Vcx 2 ö ÷ = 5,2 2 = 28 =ç E1 ç Vcx1 ÷ ø è раз. А збільшення енергії схлопування від збільшення тиску: Kp 2 E2 85 = = 85 = 1 Kp 1 E1 раз. Тому енергетичний виграш лишається в 85 = 3 28 рази. Джерела інформації 1. Патент України на корисну модель №35765. Конструкція енергогенератора І.М.Федоткіна. Зареєстрована 10.10.2008 р. Опубл. 10.10.2008 р., Бюл. №18 /I.М.Федоткін. 2. Патент України на корисну модель №35768. Енергогенератор І.М.Федоткіна з суперкавітуючою крильчаткою. Зареєстровано 10.10.2008 р. Опубл. 10.10.2008 р., Бюл. №19 /1. М. Федоткін. 3. Патент України на корисну модель №34259. Енергогенератор І. М. Федоткіна. Зареєстровано 11.08.2008 р. Опубл. 11.08.2008 р., Бюл. №15 /1. М. Федоткін. 4. Патент України на корисну модель №38971. Пульсаційно-кавітаційний енергогенератор І.М.Федоткіна. Зареєстровано 28.01.2009 р. Опубл. 28.01.2009 p., Бюл. №2, 2009 p. / Федоткін І.М, Федоткіна-Гінсгеймер Н.Г. 5. Федоткін І.М., Боровський В.В. Избыточная энергия и физический вакуум. Вінниця - 2004 p., 352 стр. 6. Федоткін І.М., Гулий І.С. Кавитация. Часть І, Киев - «Полиграфкнига», 1997 г.-840 стр. 7. Федоткин И.М, Гулый И.С. Кавитация. Часть II, Киев - АО «ОКО», 2000 г. - 898 стр. 8. Ткаченко А.Н., Федоткин И.М., Тарасов В.А. Производство избыточной энергии. Киев: «Техніка», 2002 г. - 332 стр. 9. Брилинг Н. Р. Двигатели внутреннего сгорания. НКТП СССР. Объединенное научнотехническое издательство. Гл. ред. энергетич. литературы, Москва-Ленинград, 1935 г. - 408 стр. 9 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 43722 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601