Водяний двигун

1. Водяний двигун, який містить високорівневий резервуар і з'єднану з ним трубопроводом водяну турбіну, який відрізняється тим, що двигун додатково містить U-подібну трубу, на торцях якої через вентилі встановлені розподільні коробки із з'єднаними з ними пустотілими кільцями, в яких розміщені не жорстко з'єднані між собою пустотілі поплавки, оснащені прорізами, а високорівневий резервуар з'єднаний трубопроводом через вентиль послідовно з водяною турбіною і центра 3 резервуара, проходить через гідромашину в нижній резервуар, сполучений з атмосферою. Гідромашина при цьому працює в режимі турбіни, електрична машина - у режимі генератора, виробляючи електроенергію. Далі заповнюють водою нижній герметичний резервуар, повітря з якого стравлюють в атмосферу. Після заповнення нижнього герметичного резервуара електростанція перебуває у вихідному положенні і готова до зарядки. Недоліком відомого пристрою є недостатньо високий к.к.д. пристрою та нестабільна робота турбіни. Це пояснюється таким чином. Відомий пристрій працює циклічно, тобто для виробітку їм електроенергії спочатку необхідно здійснити зарядку електростанції. Для цього витрачається значна кількість електроенергії: за допомогою мотора перекачується вода з нижніх резервуарів у високорівневий резервуар; подається стиснене повітря у високорівневий резервуар та у нижній герметичний резервуар. Крім того, при розрядці електростанції відбувається падіння тиску повітря у високорівневому резервуарі. Це призводить до змінення водяного напору, за допомогою якого обертається турбіна, що обумовлює нестабільну роботу турбіни. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення водяного двигуна, в якому за рахунок введення додаткових елементів і нових зв'язків між елементами забезпечується підтримання постійного рівня води у високорівневому резервуарі за рахунок створення сполученої гідравлічної системи, що дозволяє підвищити к.к.д. водяного двигуна при одночасному досягненні стабільної роботи водяної турбіни. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому водяному двигуні, який містить високорівневий резервуар і з'єднану з ним трубопроводом водяну турбіну, новим, відповідно до технічного рішення, що заявляється, є те, що двигун додатково містить U-подібну трубу, на торцях якої через вентилі встановлені розподільні коробки з приєднаними до них пустотілими кільцями, в яких розміщені не жорстко з'єднані між собою пустотілі поплавки, споряджені прорізами, а високорівневий резервуар з'єднаний трубопроводом через вентиль послідовно з водяною турбіною і центральної частиною U-подібної труби, при цьому розподільні коробки споряджені золотниками, на вільних торцях поплавків встановлені підпружинені золотники і штовхачі, а в пустотілих кільцях зі сторони прорізів на поплавках на рівні, що перевищує припустимий рівень води в резервуарі, виконані штуцера для з'єднання кілець з резервуаром. Новим також є те, що поплавки займають 2/33/4 об'єму пустотілих кілець. Новим також є те, що на вході у водяну турбіну додатково встановлений прискорювач потоку води, виконаний у вигляді конічно звуженого елемента з установленим в ньому розсікачем. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. 57453 4 Введення в конструкцію водяного двигуна нових елементів і нові зв'язки між елементами конструкції, а саме: - введення в конструкцію двигуна додатково Uподібної труби, на торцях якої через вентилі встановлені розподільні коробки з приєднаними до них пустотілими кільцями, в яких розміщені не жорстко з'єднані між собою пустотілі поплавки; - спорядження поплавків прорізами і розміщення на їх вільних торцях підпружинених золотників і штовхачів; - з'єднання високорівневого резервуара трубопроводом через вентиль послідовно з водяною турбіною і центральною частиною U-подібної труби; - спорядження розподільних коробок золотниками; - виконання в пустотілих кільцях зі сторони прорізів на поплавках на рівні, що перевищує припустимий рівень води в резервуарі, штуцерів для з'єднання кілець із резервуаром; - у сукупності з відомими ознаками корисної моделі забезпечує підтримання постійного рівня води у високорівневому резервуарі за рахунок створення сполученої гідравлічної системи, що дозволяє підвищити к.к.д. водяного двигуна при одночасному досягненні стабільної роботи водяної турбіни. Заявлене конструктивне виконання водяного двигуна забезпечує створення сполученої гідравлічної системи, в якій вода з високорівневого резервуара безперервно надходить самопливом по трубопроводу у водяну турбіну, яка перетворює кінетичну енергію потоку води в механічну енергію обертання вала водяної турбіни, а відпрацьована вода повертається назад у високорівневий резервуар по U-подібній трубі через розподільні коробки та приєднані до них пустотілі кільця за допомогою поплавків, виконаних заявленим образом. Відповідно до закону сполучених посудин тиск відпрацьованої води на вході в пустотілі кільця, прикріплені до розподільних коробок, пропорційний різниці висот між рівнем води в резервуарі і рівнями розміщення розподільних коробок. Вода під тиском надходить у пустотілі кільця, заповнюючи робочі камери кілець то зі сторони одного поплавка, то зі сторони другого поплавка, переміщаючи при цьому поплавки по черзі то в одну сторону по кільцю, то в іншу. Перемикання потоку відбувається внаслідок зіткнення штовхачів, установлених на вільних торцях поплавків, з золотниками, установленими в розподільних коробках, які, переміщаючись, відкривають по черзі вхідні отвори в пустотілі кільця. А заявлене конструктивне виконання поплавків і пустотілих кілець забезпечує підіймання відпрацьованої води на рівень, що перевищує рівень води в резервуарі, і перекачування її з кілець назад у резервуар. Тобто у створеній сполученій гідравлічній системі розподільні коробки з приєднаними до них пустотілими кільцями з поплавками, виконаними заявленим образом, виконують функцію насосів, що постійно перекачують відпрацьовану воду, яка пройшла через водяну турбіну, назад у високорівневий резервуар, що забезпечує підтримання пос 5 тійного заданого рівня води у високорівневому резервуарі, та, як наслідок, стабільний напір води, яка надходить у водяну турбіну. Це обумовлює підвищення к.к.д. водяного двигуна, що заявляється, і підвищення стабільності роботи водяної турбіни. Причому, введення до конструкції водяного двигуна не менше двох розподільних коробок з приєднаними до них пустотілими кільцями з поплавками підвищує стабільність роботи водяного двигуна за рахунок забезпечення безперервного перекачування відпрацьованої води назад у резервуар. Тим самим досягається підтримання постійного заданого рівня води в резервуарі та стабільний напір води у водяній турбіні. Виконання поплавків заявлених розмірів, тобто щоб вони займали 2/3-3/4 об'єму пустотілих кілець, забезпечує оптимальний об'єм води, що надходить у робочу камеру кільця за один цикл, для ефективного її переміщення за допомогою поплавків на рівень, що перевищує рівень води в резервуарі, і перекачування в резервуар. Збільшення розміру поплавків вище заявленого приводить до зменшення об'єму робочих камер у кільцях, що, в свою чергу, знижує об'єм води, що перекачується за один цикл, та знижує ефективність перекачування відпрацьованої води назад в резервуар. Зниження розміру поплавків нижче заявленого також погіршує ефективність перекачування відпрацьованої води назад в резервуар, оскільки в цьому випадку збільшується розмір робочих камер у пустотілих кільцях і тиск води в робочих камерах може знизитися до мінімуму. Розміщення на вході у водяну турбіну прискорювача потоку води, виконаного у вигляді конічно звуженого елемента з установленим в ньому розсікачем, забезпечує підвищення напору води, що надходить у водяну турбіну, внаслідок чого підвищується швидкість обертання вала водяної турбіни та ефективність роботи водяного двигуна. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де зображені: на Фіг.1 - водяний двигун (вид прямо); на Фіг.2 - водяний двигун (вид зверху); на Фіг.3 - водяний двигун (вид збоку); на Фіг.4 - переріз по А-А на Фіг.1; на Фіг.5 - переріз по С-С на Фіг.4; на Фіг.6 - переріз по В-В на Фіг.2 з крайнім лівим положенням поплавків; на Фіг.7 - те ж саме з крайнім правим положенням поплавків; на Фіг.8 - переріз по D-D на Фіг.6; на Фіг.9 - поплавки в нез'єднаному положенні; на Фіг.10 - переріз по Е-Е на Фіг.9; на Фіг.11 - переріз по G-G на Фіг.9. Водяний двигун містить високорівневий резервуар 1 з конічним днищем 2, установлений на геодезичній висоті на жорсткій рамі 3, водяну турбіну 4, яка містить розміщені в її робочій камері 5 лопати 6, встановлені на валу 7, з'єднаному з генератором 8, і U-подібну трубу 9, на торцях якої через вентилі 10, 11 установлені розподільні коробки 12, 13, до яких приєднані пустотілі кільця 14, 15 (див. Фіг.1, 3, 4). У кільці 14 (як і у кільці 15) ро 57453 6 зміщені з'єднані між собою пустотілі поплавки 16, 17, які утворюють у кільці 14 робочі камери 18, 19 (див. Фіг.6, 7). Поплавки 16, 17 з'єднані між собою не жорстко за допомогою, наприклад, м'якої пружини 20, закріпленої на внутрішніх торцях 21, 22 поплавків 16, 17 (див. Фіг.8). Конічне днище 2 резервуара 1 з'єднано трубопроводом 23 через вентиль 24 послідовно з водяною турбіною 4 і центральною частиною U-подібної труби 9 (див. Фіг.1). У розподільній коробці 12, як і у розподільній коробці 13, установлений золотник 25 для поперемінного відкривання вхідних отворів 26, 27 у пустотіле кільце 14 (див. Фіг.6). Поплавки 16, 17 споряджені прорізами 28, 29, а на вільних торцях 30, 31 поплавків 16, 17 установлені підпружинені золотники 32, 33 і штовхачі 34, 35 (див. Фіг.9, 10, 11). У пустотілому кільці 14 (як і у кільці 15) зі сторони прорізів 28, 29 на поплавках 16, 17 на рівні, що перевищує припустимий рівень води в резервуарі 1, виконані штуцера 36, 37 для з'єднання кільця 14 з резервуаром 1 (див. Фіг.1, 2). Пустотілі кільця 14, 15 для зручності монтажу виконані рознімними по периметру з двох симетричних півкілець 38, 39, кожне з яких представляє собою бокову стінку з виступами по периметру для з'єднання півкілець 38, 39 між собою з утворенням порожнини кільця 14 (див. Фіг.2). Поплавки 16, 17 займають 2/3-3/4 об'єму пустотілих кілець 14, 15. На вході в робочу камеру 5 водяної турбіни 4 установлений прискорювач 40 потоку води, виконаний у вигляді конічно звуженого елемента з установленим в ньому розсікачем 41 (див. Фіг.4, 5). Високорівневий резервуар споряджений кришкою 42 зі штуцером 43 для сполучення з атмосферою, штуцером 44 для нагнітання води в резервуар 1. Крім того, резервуар 1 містить штуцер 45 для виключення переливу води вище припустимого рівня води в резервуарі 1 і штуцери 46, 47, розташовані вище припустимого рівня води в резервуарі 1, для з'єднання гумовими трубками 48 зі штуцерами 36, 37 (див. Фіг.1, 2). U-образна труба 9 споряджена вентилем 49 для скидання води з водяного двигуна та вентилями 50, 51 для видалення повітря з U-подібної труби 9 в процесі заповнення її водою (див. Фіг.1). Водяний двигун монтують таким чином. Виготовляють резервуар 1 з конічним днищем 2 і штуцерами 45, 46, 47. Накривають кришкою 42 зі штуцерами 43 й 44 і встановлюють резервуар 1 на жорсткій рамі 3 на геодезичній висоті. Конічне днище 2 резервуара 1 з'єднують трубопроводом 23 через вентиль 24 послідовно з водяною турбіною 4 і центральною частиною U-подібної труби 9. Вал 7 водяної турбіни 4 з'єднують з генератором 8, а на торцях U-подібної труби 9 через вентилі 10, 11 установлюють розподільні коробки 12, 13. Причому, розподільні коробки 12, 13 установлюють на такій висоті, щоб вхідні отвори 26, 27 у пустотілі кільця 14, 15 перебували на рівні, який становить 25-30см від днища 2 резервуара 1. До розподільної коробки 12 приєднують півкільце 39, споряджене штуцерами 36, 37. Розміщають у півкільці 39 не жорстко зв'язані між собою за 7 допомогою м'якої пружини 20 поплавки 16, 17 таким чином, щоб штовхач 34 входив у вхідний отвір 26, а прорізи 28, 29 були звернені у сторону штуцерів 36, 37. Золотник 25 при цьому встановлюють у положення, що перекриває вхідний отвір 27. Після цього приєднують півкільце 38, утворюючи пустотіле кільце 14. Зовнішній діаметр поплавків 16, 17 повинен бути на 0,8-1,0мм менше внутрішнього діаметру пустотілого кільця 14 для забезпечення їх вільного переміщення по кільцю 14. При цьому поплавки 16, 17 з'єднують між собою не жорстко, що виключає можливість їх заклинювання в кільці 14 при переміщенні поплавків 16, 17 з крайнього лівого положення в крайнє праве положення і назад. Розмір поплавків 16, 17 вибирають таким, щоб вони займали 2/3-3/4 об'єму пустотілих кілець 14, 15. У цьому випадку робочі камери 18, 19 кільця 14 мають оптимальний розмір для перекачування відпрацьованої води з робочих камер 18, 19 через відповідний поплавок назад у резервуар 1. Штуцера 36, 37, якими споряджене пустотіле кільце 14 на рівні, що перевищує припустимий рівень води в резервуарі 1 на 30-50мм, з'єднують гумовими трубками 48 зі штуцерами 46, 47, розташованими на резервуарі 1 на тій же висоті, що й штуцера 36, 37, забезпечуючи цим можливість вільного перетікання води з кільця 14 у резервуар 1. Аналогічним чином монтують розподільну коробку 13 і кільце 15. Водяний двигун, що заявляється, працює таким чином. При закритих вентилях 10, 11, 49 на U-подібній трубі 9, відкритому вентилі 24 на трубопроводі 23 та відкритих вентилях 50, 51 на U-подібній трубі 9 заповнюють водою високорівневий резервуар 1 від зовнішнього джерела води. При цьому вода заповнює також трубопровід 23, робочу камеру 5 водяної турбіни 4 і з'єднану з трубопроводом 23 Uподібну трубу 9. Резервуар 1 заповнюють водою до заданого рівня, обумовленого місцем розташування штуцера 45. При заповненні водою трубопроводу 23 і U-подібної труби 9 повітря стравлюють через вентилі 50, 51. Потім вентилі 50, 51 закривають і перевіряють на герметичність всі з'єднання. Виявлені недоліки усувають. Далі відкривають вентилі 10, 11 на U-подібній трубі 9, починаючи нульовий цикл роботи водяного двигуна. При відкриванні вентиля 10 за законом сполучених посудин вода надходить у розподільну коробку 12 під тиском, пропорційним різниці висот між рівнем води в резервуарі 1 і рівнем розміщення розподільної коробки 12. Золотник 25, розміщений у розподільній коробці 12, установлений у положенні, що перекриває вхідний отвір 27 у пустотіле кільце 14 зі сторони поплавка 17. Тому вода надходить у пустотіле кільце 14 через вхідний отвір 26, заповнює робочу камеру 18, переміщаючи поплавок 16 і не жорстко пов'язаний з ним поплавок 17 по кільцю 14 до зіткнення штовхача35 із золотником 25, установленим у розподільній коробці 12. Внаслідок цього золотник 25 переміщається, перекриває вхідний отвір 26 у кільце 14, відкриваючи вхідний отвір 27. Причому, досить 57453 8 самого незначного зусилля з боку штовхача 35, щоб золотник 25 перекрив вхідний отвір 26, оскільки напір води у розподільній коробці 12 вище напору води в робочій камері 18. Перший цикл роботи водяного двигуна. Вода під напором з розподільної коробки 12 надходить у кільце 14 через вхідний отвір 27, переміщає поплавок 17 і не жорстко пов'язаний з ним поплавок 16 у зворотному напрямку, заповнюючи робочу камеру 19. Одночасно відпрацьована вода з робочої камери 18 кільця 14 через підпружинений золотник 32, установлений на вільному торці 30 поплавка 16, надходить усередину поплавка 16, який рухається вниз під тиском поплавка 17, опорожняючи робочу камеру 18 від відпрацьованої води до зіткнення штовхача34 з золотником 25, який переміщається і відкриває вхідний отвір 26 та запирає вхідний отвір 27. В цьому випадку золотник 32 поплавка 16 закривається. Другий цикл роботи водяного двигуна. Вода під напором з розподільчої коробки 12 надходить у кільце 14 через вхідний отвір 26, переміщає поплавок 16 і не жорстко пов'язаний з ним поплавок 17 по кільцю 14, заповнюючи робочу камеру 18. Одночасно відпрацьована вода з поплавка 16 витісняється через проріз 28 і штуцер 36, з'єднаний гумовою трубкою 48 зі штуцером 46, назад в резервуар 1 у простір над рівнем води в резервуарі 1. При цьому відпрацьована вода з робочої камери 19 кільця 14 через підпружинений золотник 33, установлений на вільному торці 31 поплавка 17, надходить усередину поплавка 17, який рухається вниз під тиском поплавка 16, опорожняючи робочу камеру 19 від відпрацьованої води до зіткнення штовхача 35 з золотником 25, який переміщається і відкриває вхідний отвір 27 та запирає вхідний отвір 26. В цьому випадку золотник 33 поплавка 17 закривається. Третій цикл роботи водяного двигуна. Вода під напором з розподільної коробки 12 надходить у кільце 14 через вхідний отвір 27, переміщає поплавок 17 і не жорстко пов'язаний з ним поплавок 16 по кільцю 14, заповнюючи робочу камеру 19. Одночасно відпрацьована вода з поплавка 17 витісняється через проріз 29 і штуцер 37, з'єднаний гумовою трубкою 48 зі штуцером 47, назад в резервуар 1 у простір над рівнем води в резервуарі 1. Одночасно відпрацьована вода з робочої камери 18 кільця 14 через підпружинений золотник 32, установлений на вільному торці 30 поплавка 16, надходить усередину поплавка 16, який рухається вниз під тиском поплавка 17, опорожняючи робочу камеру 18 від відпрацьованої води до зіткнення штовхача 34 з золотником 25, який переміщається і відкриває вхідний отвір 26 та запирає вхідний отвір 27. В цьому випадку золотник 32 поплавка 16 закривається. Описана послідовність циклів роботи водяного двигуна відбувається і при відкриванні вентиля 11, що подає воду через розподільну коробку 13 у кільце 15, встановлене на другому торці Uподібної труби 9. Тобто, відпрацьована вода з робочих камер 18, 19 поперемінно перекачується назад в резервуар 1 за допомогою поплавків 16, 17, виконаних 9 заявленим образом. За рахунок цього у резервуарі 1 підтримується постійний заданий рівень води. Вода з резервуара 1 безперервно надходить самопливом по трубопроводу 23 у робочу камеру 5 водяної турбіни 4, приводячи в обертання лопати 6 і пов'язаний з ними вал 7, обертання якого перетворюється генератором 8 в електричну енергію. При розміщенні на вході у водяну турбіну 4 прискорювача 40 потоку води, виконаного у вигляді конічно звуженого елемента з установленим у ньому розсікачем 41, потік води проходить через водяну турбіну 4 з великим напором, що підвищує швидкість обертання вала 7 турбіни 4 та ефективність роботи водяного двигуна. Таким чином, за рахунок безперервного перекачування води з U-подібної труби9 у резервуарі, звідки вода безперервно самопливом надходить по трубопроводу 23 у водяну турбіну 4, а потім в U-подібну трубу 9, забезпечується постійний заданий рівень води в резервуарі 1 і, отже стабільний напір води, що надходить у турбіну 4. Це забезпечує підвищення к.к.д. двигуна, що заявляється, і стабільність роботи водяної турбіни. У випадку непередбачених ситуацій (протічки вентилів та інше) об'єм води в резервуарі 1 поповнюється до заданого рівня із зовнішнього джерела води. Зупинку водяного двигуна здійснюють перекриванням вентилем 24 потоку води з резервуара 1 в робочу камеру 5 водяної турбіни 4. Заявлене конструктивне виконання водяного двигуна забезпечує підтримання постійного рівня води у високорівневому резервуарі за рахунок створення сполученої гідравлічної системи, що 57453 10 дозволяє підвищити к.к.д. водяного двигуна при одночасному досягненні стабільної роботи водяної турбіни та у разі з'єднання валу водяної турбіни з генератором одержувати дешеву електроенергію. Відомі двигуни для приведення в обертання валу генератора працюють на твердому, рідинному, газоподібному та ядерному паливі та для виробки 1кВт/годину витрачають 380г умовного палива. Наприклад, по Запорізькій ГРЕС річний відпуск електроенергії складає 25360млн. кВт/годину, вартість 1 тонни умовного палива - 454грн. За рік витрати умовного палива складають 9636800 тонн на суму 4375107200 грн. На Запорізькій гідроелектростанції ім. В.І.Леніна на виробку 1кВт/годину витрачається 16м3 проточної води при напорі води висотою 36м. На Каховській гідроелектростанції на виробництво 1кВт/годину витрачається 35-36м3 при напорі води висотою 12-13м. Заявлений водяний двигун для виробки 1кВт/годину використовує воду замість палива. При цьому витрати на виробку 1кВт/годину заявленим водяним двигуном залежать тільки від витрат на його виготовлення і обслуговування, тим самим забезпечується висока економічність заявленого двигуна. Очікуваний річний економічний ефект від використання одного водяного двигуна може скласти 5млн.грн. Корисна модель, що заявляється, може бути виготовлена на існуючому устаткуванні з використанням відомих матеріалів і засобів, що підтверджує промислову придатність об'єкта. 11 57453 12 13 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 57453 Підписне 14 Тираж 23 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