Пристрій для отримання механічної сили та електроенергії

Реферат: Пристрій для отримання механічної сили і електроенергії містить поплавок, механічний привод, електрогенератор, важіль, один кінець якого механічно з'єднаний з поплавком, а другий кінець з механічним приводом, який з'єднаний з ротором електрогенератора. Поплавок встановлено в ємність, заповнювану рідиною. UA 81640 U (12) UA 81640 U UA 81640 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області поновлюваних джерел енергії, а саме потенційної енергії рідини і кінетичної і гравітаційної енергії занурених в рідину предметів в інші види, переважно в електричну. Відома хвильова енергетична установка (Кирюнин А.Е., Телегин Ю.А., Трофимов Ю.В.) "Волновая энергетическая установка", патент РФ №231667, F03B 13/12 від 05.06.2006 p.). Установка містить вертикальну, укріплену на дні опору, штангу, що коливається, встановлену на опорі з можливістю обертання довкола осі опори, поплавок, закріплений на одному з кінців штанги. Поплавок має впускний знизу і випускний зверху отвори, забезпечені керованими дистанційно клапанами, і електрогенератор. Верхній кінець опори знаходиться під водою при будь-якій можливій силі хвилювання. Датчик сили хвилювання пов'язаний з керованими дистанційно клапанами, поплавок підключений до магістралі, сполученої з джерелом тиску, штанга, що коливається, сполучена з насосом, який сполучений трубопроводом з акумулятором гідропотенціальної енергії на березі, електрогенератор розташований на березі і пов'язаний з гідротурбіною, сполученою з акумулятором гідропотенціальної енергії. Установка переходить в безпечний режим за рахунок заповнення поплавка водою при перевищенні сили хвилювання, яке визначається відповідним датчиком. До недоліків даної установки можна віднести складність конструкції, низький ККД, прив'язка до певного місця. Найбільш близьким по технічній суті і позитивному ефекту, що досягається, до пристрою, що заявляється, є спосіб здобуття енергії на основі використання енергії морських хвиль, що полягає в тому, що коливання поплавка за допомогою двоплечого важеля через механічний привід приводять в рух ротор електрогенератора, що виробляє електричний струм і знаходяться в герметично закритому внутрішньому просторі основи, яка кріпиться на дні в прибережній зоні [СА 2 503 607 А1, 11.10.2006, Ε 02 В9/08, 17с. Canadian intellectual property office, Chiasson, M.Mario, "Appareil de production d'energie electrique a partir de la force des vagues, apparatus for generating electric power using wave force"]. Суть способу полягає в наступному. У прибережній зоні, на невеликій глибині, будується установка, що складається з модулів. Одиничний модуль установки є укріпленою в донному ґрунті стійкою, на якій шарнірно закріплений двоплечий важіль, на одному кінці якого знаходиться поплавок, а інший зв'язаний за допомогою приводу з ротором електрогенератора, що знаходиться в герметично закритому внутрішньому просторі основи, яка кріпиться на дні в прибережній зоні. Коливання поплавка викликають рух двоплечого важеля і, через привід обертання, кручення ротора електрогенератора, що виробляє електроенергію. Недоліками цього способу є: - модулі можуть піддаватися руйнівній дії штормів; - обмежені принципові можливості по нарощуванню потужностей; - в процесі здобуття енергії не повною мірою використовується потенційна енергія води; - залежність отримуваної енергії від природно-кліматичних умов; - непередбачуваність на тривалий термін; - складність виконання конструкції; - дорожнеча конструкції; - низька якість електроенергії через непостійність хвилювання моря. Основними недоліками прототипу є: відсутність накопичення різнорідних позитивних, практично корисних і важливих ефектів, відсутність системно повного використання потенційної енергії за рахунок організованого додавання кінетичної і гравітаційної енергії поплавка і води. Задачею корисної моделі є здійснення екологічно чистого здобуття енергії на основі використання підіймальної(виштовхувальної) сили Архімеда і гравітаційної сили Ньютона, шляхом додавання кінетичної і гравітаційної енергії рідини і поплавка, для здобуття високого ККД і розширення сфери застосування. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб здобуття енергії на основі використання енергії морських хвиль, що полягає в тому, що коливання поплавка за допомогою важеля через механічний привід приводять в рух ротор електрогенератора, що виробляє електричний струм, доповнюють робочою ємкістю, в якій розміщується поплавок, що переміщається від зміни рівня рідини. До поплавка прикріплено тягар, який при зворотному ході поплавка з верхнього положення в нижнє дає можливість отримати корисну механічну енергію унаслідок перетворення його потенційної гравітаційної енергії на поступальний рух вниз. Для збільшення його потенціальної гравітаційної енергії під час його поступального руху вниз тимчасове збільшення його маси виконується шляхом використання баластної камери з автоматичним клапаном, розміщеної в поплавку, шляхом заповнення порожнини баластної камери робочою рідиною. З метою застосування пристрою в гірських районах застосовується накопичувальна 1 UA 81640 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ємність, в якій відбувається збір і накопичення рідини (води) від різних джерел, а з неї заповнення робочої ємності. З метою підвищення потужності пристрою використовують робочу рідину відповідної підвищеної щільності. З метою економії рідини підвищеної щільності застосовано насос для перекачування рідини в разі замкнутого циклу роботи пристрою. З метою зменшення використання кількості природної води для корисної роботи пристрою використовується і технічна вода, вживана в промислових виробництвах з різними цілями в замкнутому або незамкнутому циклі, тиск якої достатній для одержання корисної механічної сили. З метою підвищення ККД і економії робочої рідини використання первинної дози рідини може здійснюється послідовно в декількох аналогічних пристроях-модулях. Таким чином, пристрій, що заявляється, дозволяє отримати корисну механічну силу і отже можливість виробляти електроенергію. На фіг. 1 зображена загальна принципова схема пристрою для отримання механічної сили. На фіг.2 наведена конструктивна схема пристрою для перетворення прямолінійного зворотно-поступального руху робочого органу в обертальний рух двох валів. На фіг. 3 Вид А фіг.2 на елементи передачі кручення. Пристрій для отримання механічної сили і електроенергії складається з корпусу 1 (фіг. 1), тягаря 2, поплавка 3, стійки 4, механізму перетворення 5, бака витратного 6, ємності накопичувальної 7, трубопроводу 8, засувки 9, трубопроводу 10, засувки 11, трубопроводу 12, засувки 13. Додатково на фіг. 1 умовно показано частину описаного пристрою-пристрій-модуль 16, що складається з таких же корпусу 1, тягаря 2, поплавка 3, стійки 4, механізму перетворення 5, бака витратного 6, трубопроводу 17 з відповідною засувкою на ньому. Крім того, на фіг.1 умовно показано циркуляційний насос 18, що може бути з'єднаний всмоктувальним трубопроводом 19 з корпусом 1, а трубопроводом 20 - з баком витратним 6. Перераховані вище елементи виконані наступним чином: корпус 1 - вертикально розташований бак циліндричної або іншої форми заданих розмірів; тягар 2 - тіло, що має задану масу і з'єднане з поплавком 3; поплавок 3 - пустотіле або інше тіло, пристосоване для розміщення в рідині та має в своєму тілі відокремлену від загального об'єму герметичну частину - баластну камеру 14 з автоматичним клапаном 15 для швидкого впуску (випуску) рідини у внутрішній об'єм баластної камери поплавка 3; стійка 4 - вертикальна балка (одна або більше) жорстко закріплена на поплавку 3; механізм перетворення 5 - група елементів кінематично зв'язаних між собою і з'єднаних з однієї сторони з стійкою 4, а з другої - з споживачем крутного моменту; бак витратний 6 - ємність для розміщення частини робочої рідини, розташований вище корпусу 1; ємність накопичувальна 7 - ємність (басейн) природного або штучного походження для збору, накопичення і зберігання робочої рідини, розташований вище бака витратного 6; трубопровід 8 - трубопровід будь-якого виду, що з'єднує ємність накопичувальну 7 з баком витратним 6; засувка 9 - керований пристрій для пропуску рідини із ємності накопичувальної 7 в бак витратний 6; трубопровід 10 - трубопровід, що з'єднує бак витратний 6 з корпусом 1; засувка 11 - керований пристрій для пропуску рідини із бака витратного 6 в корпус 1; трубопровід 12 - трубопровід для відводу рідини із корпусу 1; засувка 13 - керований пристрій для пропуску рідини з корпусу 1 в трубопровід 12; пристрій-модуль 16 - пристрій для повторного використання робочої рідини використаної в корпусі 1, розташований нижче корпусу 1; трубопровід 17 - трубопровід для відводу рідини з пристрою 16. Описаним вище пристроєм для отримання механічної сили і електроенергії користуються наступним чином. Ємність накопичувальну 7 заповнюють робочою рідиною, наприклад водою, створюючи достатній запас її для тривалої неперервної роботи пристрою. Відкривають засувку 9 і рідина по трубопроводу 8 самоплином надходить в бак витратний 6, заповнюючи його до потрібного рівня, який залежить від величини розрахованих витрат і тиску рідини. При цьому, засувка 9 може бути закрита або залишена частково відкритою для збереження постійного заданого рівня рідини в баці витратному 6. Після цього, відкривають засувку 11 і рідина із бака витратного 6 самоплином тече по трубопроводу 10 в корпус 1. Поплавок 3 з тягарем 2 піднімається рідиною під дією виштовхуючої сили Архімеда а потім, під дією безперервно рідини, що надходить, переміщується вверх до верхнього крайнього положення, утворюючи при цьому, направлену вверх, корисну механічну силу заданої величини, накопичуючи потенціальну енергію, за допомогою стійки 4 здійснюється передача цієї механічної сили механізму перетворення 5, для перетворення її в корисний крутний момент. При досягненні поплавком 3 верхнього крайнього положення автоматично закривається засувка 11 і автоматично відкривається засувка 13. Рідина самоплином зливається з корпуса 1 по трубопроводу 12, а поплавок 3 з тягарем 2 під дією сили тяжіння, разом з рідиною, йде в нижнє крайнє положення, витрачаючи накопичену раніше потенціальну енергію тягаря 2. При 2 UA 81640 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 цьому також йде передача механічної сили за допомогою стійки 4 механізму перетворення 5 для перетворення сили в крутний момент. При знаходженні поплавка 3 з тягарем 2 в крайньому верхньому положенні автоматичний клапан 15 баластної камери 14 поплавка 3 відкривається і робоча рідина з корпусу 1 швидко заповнює внутрішній об'єм баластної камери поплавка 3, збільшуючи тим самим його масу і відповідно його потенційну енергію в крайньому верхньому положенні, яка використовується для одержання механічної сили під час переміщення поплавка 3 з тягарем 2 вниз до крайнього нижнього положення. При підході поплавка 3 з тягарем 2 до крайнього нижнього положення, автоматичний клапан 15 баластної камери 14 поплавка З відкривається і рідина з внутрішнього об'єму баластної камери 14 поплавка 3 витікає в корпус 1, після чого цей клапан автоматично закривається. Кількість рідини що поступає в баластну камеру 14 поплавка 3 через автоматичний клапан 15 може регулюватися часом його відкриття. Величина відкриття засувки 11 визначає швидкість заповнення рідиною корпусу 1, а величина відкриття засувки 13 - швидкість витоку рідини з корпусу 1, що відповідно визначає швидкість підйому або швидкість опускання поплавка 3 з тягарем 2. Доза робочої рідини, що відпрацювала в корпусі 1 по трубопроводу 12 може бути направлена в бак витратний 6 пристрою-модулю 16 для повторного аналогічного використання, якщо пристрій 16 розміщено по рівню нижче першого пристрою, а по трубопроводу 17 - в третій пристрій і т.д., в залежності від геодезичної висоти місцевості. Використану в одному або кількох послідовних або паралельних пристроях рідину можливо направляти самоплином знову в природне використання. Крім того, з'єднавши трубопровід 12 з відповідним насосом 18, а цей насос з баком витратним 6 пристрою, можливо утворити автономно працюючий пристрій, що має замкнутий цикл використання робочої рідини - циркуляційний режим. При замкнутому циклі роботи пристрою можливо використовувати як робочу рідину воду або рідину з більшою питомою вагою, що дозволяє одержати більшу, порівняно з водою, виштовхувальну силу Архімеда і відповідно більшу механічну силу. Описаний пристрій можливо використовувати і без механізму перетворення 5. При цьому одержана прямолінійно діюча механічна сила може бути використана безпосередньо для виконання корисної роботи з допомогою стійки 4: пресування матеріалу, згинання або різання заготовок, підйом-опускання вантажу і т.п. Джерелом рідини для роботи пристрою може бути природна водойма, маловодна річка, дощ, сніг, інші невеликі джерела, особливо в гірських районах Землі і т.п. Приклад 1. Пристрій для перетворення прямолінійного зворотно-поступального руху робочого органа в обертальний рух двох валів. Пристрій (фіг.2) складається з: корпуса 1, тягаря 2, поплавка 3, стійки 4, ланцюгів 21 і 22, зірочок 23 і 24, напрямної 25, кришки 26, амортизаторів 27, патрубків 28 і 29, підшипників 30, 31, 32, 33, 34, 35 і 36 (фіг.3), валів 37, 38, 39 і 40, муфт 41 і 42, зірочок 43 і 44, ланцюга 45, мультиплікатора 46, маховика 47, електрогенератора 48 або іншого споживача крутного моменту. Перераховані вище елементи пристрою виконані так: корпус 1 (фіг.2) - вертикально розташований бак циліндричної або іншої форми заданих розмірів, тягар 2 - тіло закріплене на поплавку 3, що має найбільшу рівномірно розподілену масу при заданих розмірах тягаря 2 з одночасним врахуванням маси інших закріплених на поплавку 3 елементів; поплавок 3 пустотіле або інше тіло, пристосоване для розміщення в рідині, має можливо більший запас плавучості і укомплектоване автоматичним клапаном (на фіг.2 не показано) для впуску або випуску рідини в внутрішній об'єм пустотілого поплавка 3; стійка 4 - вертикальна балка жорстко закріплена на поплавку 3; ланцюги 21 і 22 - стандартні (наприклад, втулково-роликові) ланцюги заданого типорозміру нерухомо закріплені протилежно один одному на стійці 4; зірочки 23 і 24 однакові приводні зірочки, що входять в зачеплення з ланцюгами 21 і 22 відповідно, встановлені на валах 37 і 40 (фіг.3) відповідно; напрямна 25 (фіг.2) - вертикальна балка, розташована усередині корпусу 1 на його центральній осі жорстко закріплена до корпусу 1, та забезпечує відсутність повороту на ній стійки 4 (разом з поплавком 3) навколо їх загальної центральної вертикальної осі; кришка 26 - закриває внутрішній об'єм корпуса 1, має по центру отвір для проходу стійки 4; амортизаторів 27 - пружинні елементи, пристосовані для сприйняття маси поплавка 3 з тягарем 2 при знаходженні їх в крайньому нижньому положенні; патрубки 28 і 29 розташовані в нижній частині корпуса 1 для підводу і відводу робочої рідини відповідно; підшипники 30, 31, 32, 33, 34, 35 і 36 - для встановлення в них валів 37, 38, 39, 40 відповідно; півмуфти автоматичних муфт 41 і 42 встановлені на валах 37 і 38 і на валах 39 і 40 відповідно; однакові приводні зірочки 43 і 44 встановлені на валах 38 і 39 відповідно і з'єднані між собою 3 UA 81640 U 5 10 15 20 25 ланцюгом 45; мультиплікатор 46 своїм вхідним валом з'єднаний з валом 38, а вихідним - з маховиком 47 і електрогенератором 48. Описаним пристроєм користуються так. В заданий момент часу робочу рідину подають під тиском через патрубок 28 (фіг.2) всередину корпуса 1. При досягненні рідиною певного рівня поплавок 3 з тягарем 2, що знаходиться в нижньому крайньому положенні, під дією сили виштовхування рідини і пружної сили стиску амортизаторів 27 зрушує з місця і, відповідно швидкості надходження рідини переміщується вздовж стійки 25 вверх до верхнього крайнього положення, накопичуючи потенціальну енергію. При цьому ланцюги 21 і 22 крутять зірочки 23 і 24,а з ними і вали 37 і 38 (фіг.3): вал 37 проти часової стрілки, а вал 38 - по часовій. Перед ходом поплавка 3 (фіг.2) вверх автоматично вмикається муфта 42 (фіг.3) і передає кручення від вала 40 валу 39. Одночасно муфта 41 автоматично відключається і кручення вала 37 не передається на вал 38. Вал 38 вільно крутиться від вала 39 зірочкою 44, ланцюгом 45 і зірочкою 43. Рух вала 39 передається мультиплікатору 46, який передає крутний момент маховику 47 і ротору електрогенератора 48. При цьому маховик 47 забезпечує рівномірність кручення ротора генератора та плавність переходу поплавка 3 (фіг.2) через крайні нижнє або верхнє положення. При знаходженні поплавка 3 в крайньому верхньому положенні автоматично припиняється подача рідини через патрубок 28 в корпус 1, муфта 42 (фіг.3) автоматично відключається, а муфта 41 автоматично включається. Одночасно автоматично починається вільний злив рідини через патрубок 29 (фіг.2) під дією сили тяжіння. При русі поплавка 3 з тягарем 2 вниз, зірочка 23 має кручення по часовій стрілці, а зірочка 24 - проти неї. Тоді вал 40 (фіг.3) крутиться вільно, а вал 37 передає кручення валу 38, зірочці 43, ланцюгу 45, зірочці 44, валу 39 і далі, через мультиплікатор 46, ротору електрогенератора 48, напрям кручення якого зберігається. Накопичена потенціальна енергія витрачається переходячи в кінетичну і далі в корисну роботу. При знаходженні поплавка 3 (фіг.2) в крайньому нижньому положенні муфта 41 автоматично відключається, а муфта 42 автоматично включається, подається в корпус 1 робоча рідина і робочий цикл пристрою повторюється. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 1. Пристрій для отримання механічної сили і електроенергії, що містить поплавок, механічний привод, електрогенератор, важіль, один кінець якого механічно з'єднаний з поплавком, а другий кінець - з механічним приводом, який з'єднаний з ротором електрогенератора, який відрізняється тим, що поплавок встановлено в ємність, заповнювану рідиною. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що для здобуття корисної механічної сили потрібної величини для здійснення подальшого зворотного ходу поплавка з верхнього положення в нижнє без додаткової витрати енергії застосовано вантаж, що забезпечує перетворення його потенційної гравітаційної енергії в поступальний рух поплавка вниз. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що для збільшення маси поплавка для збільшення його потенціальної гравітаційної енергій під час його поступального руху вниз періодичне тимчасове збільшення його маси виконується шляхом використання баластної камери з автоматичним клапаном, розміщеної в поплавку. 4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що для підвищення потужності пристрою, використовують робочу рідину відповідної підвищеної щільності. 5. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що для зменшення вживання кількості природної води для корисної роботи пристроїв використовується і технічна вода, вживана в промислових виробництвах з різними цілями в замкнутому або незамкнутому циклі, тиск якої достатній для здобуття корисної механічної сили. 6. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що для використання його в гірських районах використовується ємність (басейн) природного або штучного походження для збору, накопичення і зберігання робочої рідини. 7. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що для економії рідини підвищеної щільності застосовано насос для перекачування рідини в разі замкнутого циклу роботи пристрою. 8. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що для підвищення ККД і економії робочої рідини використовують послідовне підключення декількох таких пристроїв-модулів, причому кожний з попередніх розташований вище наступного. 4 UA 81640 U 5 UA 81640 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6