Пристрій для перетворення підйомної гідростатичної сили рідини в механічну енергію

1 Пристрій для перетворення підйомної гідростатичної сили рідини в механічну енергію, що містить горизонтально встановлений на рамі з можливістю обертання вихідний вал, зв'язаний з вихідним валом з можливістю обертання разом з ним несучий елемент, парну КІЛЬКІСТЬ закріплених з рівномірним кроком на ЗОВНІШНІЙ поверхні несучого елемента камер змінного об'єму та з'єднану з ними камеру постійного об'єму з утворенням заповненої повітрям герметично замкненої системи, причому кожна з камер змінного об'єму оснащена рухомим під дією гравітаційних сил елементом, встановленим на камері з можливістю її стискування при находженні и по один бік вертикальної діаметральної площини несучого елемента та розпрямлення при знаходженні її по другій бік, який відрізняється тим, що несучий елемент виконаний у вигляді закріпленого на вихідному валу колеса з камерою постійного об'єму у вигляді трубчастого обода цього колеса, а кожна з камер змінного об'єму виконана у вигляді встановленої по своїй довжині паралельно Винахід стосується пристроїв для перетворення підйомної гідростатичної сили рідини в механічну енергію та може бути використаний в гідроенергетиці Найближчим за сукупністю ознак та досягаємим результатом до об'єкту винаходу є вибраний за прототип пристрій для перетворення підйомної гідростатичної сили рідини в механічну енергію, що містить раму з вертикальними боками та верхнім і нижнім кінцями у вигляді на півсфер, встановлений по ВІСІ на півсфери верхнього кінця рами з можливістю обертання вихідний вал, зв'язаний з вихідним валом з можливістю обертання разом з осі колеса чотиригранної призми зі звязаними між собою з можливістю взаємних поворотів стінками, дві суміжні з яких виконані з більшою шириною, причому одна з них нерухомо закріплена на ободі колеса, а друга оснащена рухомим важелем, закріпленим на цій СТІНЦІ ПО ВСІЙ її ширині перпендикулярно ребрам призми та оснащеним на виступному КІНЦІ ПІДШИПНИКОМ І елементом, рухомим під дією гравітаційних сил, у вигляді ваги, при цьому пристрій оснащений двома закріпленими на рамі криволінійними напрямними для ПІДШИПНИКІВ, одна з яких оточує колесо з одного боку його вертикальної діаметральної площини, а друга - з іншого, причому обидві напрямні розташовані на відстані від колеса, яке збільшується у напрямку від нижніх їх КІНЦІВ до верхніх, нижній та верхній КІНЦІ ОДНІЄЇ З напрям них розташовані з взаємоперекриттям під ВІДПОВІДНИМИ кінцями другої, а важелі встановлені З МОЖЛИВІСТЮ КОТІННЯ IX ПІДШИПНИКІВ ПО ЗОВНІШНІЙ поверхні першої напрямної з переходом на внутрішню поверхню другої над верхньою зоною колеса та переходом з цієї поверхні на зовнішню поверхню першої напрямної під нижньою зоною колеса 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що камери змінного об'єму виконані з довжиною, більшою, ніж їх висота ним несучий елемент, складений із закріпленого на вихідному валу колеса та натягнутого між колесом і нижнім кінцем рами замкненим гнучким зв'язком, а також парну КІЛЬКІСТЬ закріплених з рівномірним кроком на ЗОВНІШНІЙ поверхні замкненого гнучкого зв'язку камер змінного об'єму та з'єднану з ними камеру постійного об'єму у вигляді з'єднуючих камери шлангів з утворенням заповненої повітрям герметично замкненої системи При цьому кожна з камер змінного об'єму складена зі стисливого гофрованого циліндра, розташованого своєю віссю перпендикулярно валу та кінцями герметично закріпленого на двох фланцях, з яких один за 44422 кріплений на замкненому гнучкому звязку, а другий, виконуючий функцію рухомого під дією гравітаційних сил елемента, встановлений на камері з можливістю и стискування при знаходженні и по один бік вертикальної діаметральної площини несучого елемента та розпрямлення при знаходженні її по другій бік, для чого закріплений на замкненому гнучкому зв'язку фланець оснащений виступаючою з камери трубкою, а рухомий фланець - виступаючим у порожнину камери стержнем, яким він входить до вищевказаної трубки при стискуванні камери Кожна з камер змінного об'єму розміщена на візку, оснащеному парами роликів, встановлених таким чином, що края рами знаходяться між роликами кожної з пар (патент України №25253, кл F03B17/04, 1998р) Рухомі фланці камер змінного об'єму при переміщенні камер по один бік вертикальної діаметральної площини несучого елемента знаходяться під камерами, тому їх вага розтягує стисливі гофровані циліндри, що збільшує об'єми камер, а при переміщенні камер по другій бік цієї площини рухомі фланці знаходяться над камерами, тому їх вага стискує гофровані циліндри, що зменшує об'єми камер При цьому повітря, стиснуте в стискуваних рухомими елементами камерах, перетікає під підвищеним тиском до розпрямлюваних камер, сприяючи їх розпрямленню Усе це обумовлює більші ПІДЙОМНІ гідростатичні (виштовхуючи) сили, які діють на камери на першому боку вертикальної діаметральної площини рами, та менші на другому боку цієї площини, що призводить до виникнення момента сил, які діють на замкнений гнучкий зв'язок по обидва боки вертикальної діаметральної площини рами та, як наслідок, до переміщення замкненого гнучкого зв'язку й тим самим до обертання колеса та вихідного валу, тобто до перетворення підйомної гідростатичної сили рідини в механічну енергію При цьому ролики ВІЗКІВ, на яких розміщені камери змінного об'єму, обкочуються по краям рами, утримуючи стабільну траєкторію переміщення замкненого гнучкого зв'язку без тертя ковзання між замкненим гнучким зв'язком і боками та нижнім кінцем рами Недоліки пристрою прототипу такі Несучий елемент складений з колеса та замкненого гнучкого зв'язку, при цьому, до нього належать також візки, на яких встановлені камери змінного об'єму, що обумовлює складність конструкції, а також значні масу та розміри несучого елемента, та значні сили тертя між роликами та краями рами Кожна з камер змінного об'єму містить гофрований циліндр, який обмежує різницю в об'ємах розпрямлених і стиснутих камер та, як наслідок, обмежує момент сил, які діють на несучий елемент по обидва боки його вертикальної діаметральної площини, а також збільшує гідравлічний опір переміщенню стиснутих камер Поряд з тим, кожна камера має два фланці, один з яких, виконуючий функцію рухомого під дією гравітаційних сил елемента, має бути важким Крім того, рухомий фланець виконаний з виступаючим у порожнину камери змінного об'єму стержнем, а закріплений на замкненому гнучкому зв'язку фланець - з виступаючою з камери трубкою, в яку входить стержень рухомого фланця при його переміщенні Усе це обумовлює складність конструкції, а також значні маси та розміри цих камер, тертя між стержнем та трубкою, а також можливість стопоріння взаємному переміщенню останніх Крім того, камера постійного об'єму у вигляді з'єднуючих камери змінного об'єму шлангів має складну конструкцію, а також значні масута розміри Таким чином, основні конструктивні вузли пристрою-прототипу складені з декількох елементів, в основному складної форми, мають значні маси та розміри, деякі елементи цих вузлів взаємодіють зі значними силами тертя Усе це обумовлює значні витрати енергії на подолання інерції рухомих елементів, сил тертя між взаємодіючими елементами та гідравлічного опору їх переміщенням, що поряд з обмеженою різницею в об'ємах розпрямлених і стиснутих камер обмежує степінь перетворення підйомної гідростатичної сили рідини в механічну енергію, а також обумовлює значні габарити пристрою Наявність у пристрою великої КІЛЬКОСТІ взаємодіючих конструктивних елементів обумовлює складність його конструкції та недостатню надійність його функціонування Крім того, вага фланця може бути недостатня для подолання гідростатичного тиску при розпрямленні та заповненні повітрям камери В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для перетворення підйомної гідростатичної сили рідини в механічну енергію шляхом виконання несучого елемента за одне ціле з камерою постійного об'єму та безпосереднього його закріплення на вихідному валу, виконання камер змінного об'єму складаними майже до плоскої форми за рахунок дії закріпленого на кожній камері важеля з підшипником та вагою, що дозволить збільшити різницю між об'ємами стиснутих і розпрямлених камер, знизити шерційність рухомих елементів і гідравлічний опір їх переміщенню, а також тертя між взаємодіючими елементами й тим самим створити простий, надійно функціонуючий малогабаритний пристрій з великим ступенем перетворення підйомної гідростатичної сили рідини в механічну енергію Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для перетворення підйомної гідростатичної сили рідини в механічну енергію, що містить горизонтально встановлений на рамі з можливістю обертання вихідний вал, зв'язаний з вихідним валом з можливістю обертання разом з ним несучий елемент, парну КІЛЬКІСТЬ закріплених з рівномірним кроком на ЗОВНІШНІЙ поверхні несучого елемента камер змінного об'єму та з'єднану з ними камеру постійного об'єму з утворенням заповненої повітрям герметично замкненої системи, причому кожна з камер змінного об'єму оснащена рухомим під дією гравітаційних сил елементом, встановленим на камері з можливістю її стискування при знаходженні її по один бік вертикальної діаметральної площини несучого елемента та розпрямлення при знаходженні и по другий бік, згідно винаходу несучий елемент виконаний у вигляді закріпленого на вихідному валу колеса з камерою постійного об'єму у вигляді трубчастого обода цього колеса, а кожна з камер змінного об'єму виконана у вигляді встановленої по своїй довжині паралельно осі колеса чотиригранної призми зі зв'язаними між собою з можливістю взаємних поворотів стінками, 44422 дві суміжні з яких виконані з більшою шириною, НІШНІЙ поверхні першої напрямної вона здійснює причому одна з них нерухомо закріплена на ободі зусилля на важелі через підшипники в напрямку колеса, а друга оснащена рухомим важелем, зарозкриття камер змінного об'єму, а при перемікріпленим на цій СТІНЦІ по всій її ширині перпендищенні ПІДШИПНИКІВ важелів по внутрішній поверхні кулярно ребрам призми та оснащеним на виступдругої напрямної вона здійснює зусилля на важелі ному КІНЦІ підшипником і елементом, рухомим під через підшипники в напрямку стискування цих кадією гравітаційних сил, у вигляді ваги, при цьому мер, що дозволяє зменшити масу ваг із забезпепристрій оснащений двома закріпленими на рамі ченням надійності зміни об'єму камер Дія ваг, у криволінійними напрямними для ПІДШИПНИКІВ, одна свою чергу, знижує силу притиску ПІДШИПНИКІВ до з яких оточує колесо з одного боку його вертиканапрямних і тим самим силу тертя між ними При льної діаметральної площини, а друга - з іншого, цьому забезпечується можливість переміщення причому обидві напрямні розташовані на відстані ПІДШИПНИКІВ по криволінійній прямій як по похилій від колеса, яке збільшується у напрямку від нижніх поверхні, що посилює дію важелів в подоланні їх КІНЦІВ до верхніх, нижній та верхній КІНЦІ ОДНІЄЇ З гідростатичного тиску при розкритті і заповнені напрямних розташовані з взаємоперекриттям під робочим повітрям камер змінного об'єму, які проВІДПОВІДНИМИ кінцями другої, а важелі встановлені суваються рід рідиною З МОЖЛИВІСТЮ КОТІННЯ IX ПІДШИПНИКІВ ПО ЗОВНІШНІЙ При цьому камери змінного об'єму виконані з довжиною, більшою, ніж їх висота Довжина камер поверхні першої напрямної з переходом на внутзмінного об'єму може бути значно більша, ніж ширішню поверхню другої над верхньою зоною колерина колеса Це дозволяє збільшити ПІДЙОМНІ гідса та переходом з цієї поверхні на зовнішню поверостатичні сили, які діють на камери змінного об'рхню першої напрямної під нижньою зоною єму, збільшити їх КІЛЬКІСТЬ на ободі колеса й тим колеса самим зменшити висоту шару рідини, в якій воно Виконання несучого елемента у вигляді закрівстановлене та, як наслідок, зменшити гідростатипленого на вихідному валу колеса з камерою почний тиск на камери змінного об'єму, що перемістійного об'єму у вигляді трубчастого обода цього щуються під колесом, а також витрати енергії на колеса, тобто безпосереднє закріплення несучого подолання цього тиску елемента, об'єднаного з камерою постійного об'єму, на вихідному валу, виключає з конструкції Суть винаходу пояснюється кресленнями, де пристрою замкнений гнучкий зв'язок, візки з ролина фіг 1 зображено пристрій для перетворення ками та з'єднуючі камери змінного об'єму шланги, підйомної гідростатичної сили рідини в механічну що знижує маси й розміри рухомих елементів та їх енергію, вид спереду, на фіг 2 - те ж, вид збоку, на гідравлічний опір, а також виключає тертя між рофіг 3 - камера змінного об'єму, вид зверху, на фіг 4 ликами ВІЗКІВ і краями рами Крім того, виконання те ж, вид збоку несучого елемента у вигляді трубчастого обода Пристрій для перетворення підйомної гідроколеса зменшує відстані, які проходить повітря з статичної сили рідини в механічну енергію містить одних камер до других і тим самим втрату тиску несучий елемент, виконаний у вигляді закріпленоповітря Виконання камер змінного об'єму у вигляго на вихідному валу колеса 1 з камерою постійноді чотиригранних призм з поворотними одна відного об'єму у вигляді трубчастого обода цього колесно другої стінками (наприклад, утвореними з лисса, яке змонтоване на горизонтальному вихідному та відігнутими одна відносно другої стінками), валу 2 Вал 2 опирається своїми кінцями на бокові тобто складаними майже до плоскої форми, заопори 3, з'єднані з несучою рамою 4 та встановлебезпечує велику різницю в об'ємах розпрямлених і ні на діаметрально протилежних точках ободу ростиснутих камер та, як наслідок, збільшує момент бочого колеса 1 На ЗОВНІШНІЙ поверхні колеса 1 з сил, які діють на колесо по обидва боки його веррівномірним кроком закріплені камери 5 змінного тикальної діаметральної площини, а також зменоб'єму (фіг 1) Кожна з камер змінного об'єму викошує гідравлічний опір переміщенню стиснутих канана у вигляді встановленої по своїй довжині памер Крім того, це значно зменшує масу камер та ралельно ВІСІ колеса чотиригранної призми зі зв'яїх опір стискуванню і розкриттю, а також виключає заними між собою з можливістю взаємних можливість перешкод їх стискуванню та розкритповоротів стінками, дві суміжні з яких виконані з тю Таким чином, винахід дозволяє збільшити різбільшою шириною Одна з суміжних стінок 6 через ницю між об'ємами стиснутих і розпрямлених капатрубок 7 закріплена на ободі колеса 1, а друга 8 мер, виключити одну частину конструктивних оснащена рухомим елементом у вигляді важеля 9, елементів, зокрема, тих, які взаємодіють між созакріпленого на цій СТІНЦІ ПО ВСІЙ ІІ ширині перпенбою з тертям, мають складну конструкцію та значдикулярно ребрам призми та оснащеного на вину масу, замінити іншу частину на більш легкі, ступи ому КІНЦІ підшипниками 10 та елементом, компактні та прості за конструкцією елементи, що рухомим під дією гравітаційних сил, у вигляді ваги обумовлює зниження сумарної інерційної маси й 11 (фіг 4) розмірів рухомих елементів, гідравлічний опір їх Пристрій оснащений двома закріпленими на переміщенню, а також сил тертя й тим самим знирамі 4 криволінійними напрямними 12, 13, одна з жує витрати енергії на подолання вказаних сил, яких оточує колесо 1 з одного боку його вертикапротидіючих переміщенню рухомих елементів та, льної діаметральної площини, а друга - з іншого як наслідок, створити простий, надійно функціонуОбидві напрямні розташовані на відстані від колеючий малогабаритний пристрій з великим степеса 1, яке збільшується у напрямку від нижніх їх нем перетворення підйомної гідростатичної сили КІНЦІВ до верхніх Нижній та верхній КІНЦІ ОДНІЄЇ З рідини в механічну енергію напрямних розташовані з взаємоперекриттям під ВІДПОВІДНИМИ кінцями другої, а важелі 9 встановПри переміщенні ПІДШИПНИКІВ важелів по ЗОВ 44422 ЛЄНІ З МОЖЛИВІСТЮ КОТІННЯ IX ПІДШИПНИКІВ 1 0 ПО ЗОВНІШНІЙ поверхні першої напрямної 12 з переходом на внутрішню поверхню другої 13 над верхньою зоною колеса 1 та переходом з цієї поверхні на зовнішню поверхню першої напрямної 12 під нижньою зоною колеса 1 (фіг 1) Напрямні 12, 13 з'єднані з рамою 4 з можливістю корегування траєкторії та відстані їх розміщення навколо колеса 1 штирями 14 Для регулювання тиску постійного об'єму трубчастого ободу колеса 1 на ньому встановлений ніпель 15 Рама 4 пристрою закріплена на дні ємності 16 для рідини в горизонтальному положенні так, щоб КІНЦІ напрямних 12, 13 находились по вертикалі В цьому положенні підшипники 10 важеля 9 верхньої камери 5 упираються на внутрішню поверхню напрямної 13, а підшипники 10 важеля 9, які розташовані під колесом 1, упираються на зовнішню поверхню напрямної 12 Рама 4 встановлена в ємність 16 з можливістю регулювання її рівня штирями 17 Колесо 1 стопориться і ємність 16 заливають рідиною до рівня 18 Пристрій для перетворення підйомної гідростатичної сили рідини в механічну енергію працює таким чином Після ЗНЯТТЯ блокування колеса 1 під'ємна гідростатична сила виштовхує на поверхню камери 5, заповнені робочим повітрям Камери 5 піднімаються до поверхні рідини 18, що призводить до обертання колеса 1, тобто підйомна гідростатична сила рідини перетворюється у механічну енергію Частина цієї підйомної сили витрачається на подолання гідростатичного тиску при відкритті і заповнені робочим повітрям камери 5 Підшипники 10 важелів 9 починають просовуватись по ЗОВНІШНІЙ поверхні напрямної 12 та внутрішній поверхні напрямної 13 При цьому камери 5, пов'язані з на 8 прямною 12, розкриваються, а діаметрально протилежні камери 5, пов'язані з напрямною 13, стискаються і робоче повітря перекачується через ємність колеса 1 з одної камери у другу Подолання гідростатичного тиску при відкриванні і заповнені робочим повітрям камери 5, що просувається під рідиною, а також стиснення камери 5, що просувається над колесом 1, здійснюється завдяки тому, що підшипники 10 важелів 9 просуваються по напрямним 12, 13 як по похилим поверхням Цей процес безперервно повторюється з другими парами діаметрально протилежних камер Таким чином, виконання несучого елемента за одне ціле з камерою постійного об'єму та безпосереднього його закріплення на вихідному валу, застосування напрямних 12, 13 як похилих поверхонь, що посилюють дію важелів 9, виконання камер змінного об'єму складаними майже до плоскої форми за рахунок дії закріпленого на кожній камері важеля з підшипником та вагою, дозволяє збільшити різницю між объемами стиснутих і розкритих камер, знизити шерційність рухомих елементів і гідравлічний опір їх переміщенню, а також тертя між взаємодіючими елементами й тим самим створити простий, надійно функціонуючий малогабаритний пристрій з великим степенем перетворення підйомної гідростатичної сили рідини в механічну енергію Завдяки застосуванню камер, які мають довжину значно більшу за висоту, збільшена їх КІЛЬКІСТЬ на ободі робочого колеса 1 і ВІДПОВІДНО їх тягова сила, зменшений діаметр колеса, а ВІДПОВІДНО І рівень рідини у ємності 16 і, як наслідок, зменшений гідростатичний тиск на ємність змінного об'єму 5, що просувається у рідині під колесом, а також необхідні зусилля для подолання цього тиску 12: \ •a r JP j 1 il N ґ НИЗ: Фіг. 1 Фіг 2 H * 44422 s \ \ Фіг З Фіг. 4 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90