CZ11469U1 - Odvalovací tekutinový stroj - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká odvalovacího tekutinového stroje, který sestává ze zásobníku tekutiny, opatřeného přítokem a nejméně jednou výstupní tryskou, kde v oblasti výstupní trysky je na přidržovacím zařízení uložen nejméně jeden odvalovací rotor, tvořený tělesem rotačního tvaru.

Dosavadní stav techniky

Z autorského osvědčení č. 941 665 bývalého SSSR je znám hydromotor, který sestává z usměrňovacího kanálu, ve kterém je vytvořen konfuzor. V ose konfuzoru je na hřídeli uložen kulový rotor. Rotor je napojen na spouštěcí motor.

Při uvedení do chodu se nejprve pomocí spouštěcího motoru, roztočí hřídel a tudíž i kulový rotor. Proud kapaliny, který v konfuzoru obtéká ze všech stran kouli, se tak uvede do rotace. Rotující proud kapaliny potom udržuje otáčení kulového rotoru vlivem tření mezi kapalinou a povrchem kulového rotoru. Je třeba zdůraznit, že kulový rotor se v žádném režimu neodvaluje po stěnách konfuzoru.

Nevýhodou tohoto provedení je, že hydromotor nelze uvést do chodu bez pomocného spouštěcího motoru.

Z dalšího autorského osvědčení č. 1701971 bývalého SSSR je znám obdobný hydromotor, u kterého je spouštěcí motor nahrazen šroubovými lopatkami, uloženými v konfuzoru.

Také u tohoto provedení se neuvažuje s odvalováním rotoru po stěně konfuzoru.

Z české přihlášky vynálezu PV 2808-94 a z českého užitného vzoru č. 3241 je známa kulová vodní turbína, která sestává z komory s přítokovým otvorem a dýzou, nad kterou je na částečně pružném hřídeli zavěšena koule.

Při proudění vody dýzou se koule díky pružnému hřídeli odvaluje po stěně dýzy a tím roztáčí hřídel.

Jiný způsob přenosu energie u kulové vodní turbíny je znám z české přihlášky vynálezu PV 3045-96 a z českého užitného vzoru č. 5499. U tohoto provedení je dýza turbíny opatřena systémem elektromagnetických cívek a kouleje opatřena magnety. Za provozu tak rotující koule indukuje elektrický proud.

V praxi se však ukázalo, že obtékáním kulového rotoru vznikají zbytečné ztráty. To vedlo k hledání jiného vhodnějšího provedení tekutinového stroje, který by vykazoval vyšší účinnost.

Podstata technického řešení

Uvedeného cíle se dosahuje odvalovacím tekutinovým strojem, který sestává ze zásobníku tekutiny, opatřeného přítokem a nejméně jednou výstupní tryskou, kde v oblasti výstupní trysky je na přidržovacím zařízení uložen nejméně jeden odvalovací rotor, tvořený tělesem rotačního tvaru, podle technického řešení, jehož podstata spočívá vtom, že rotor má objem rozdělen rovinou největšího průměru na dvě části s rozdílnou velikostí, přičemž první část rotoru, přivrácená k výstupní trysce, má větší objem než druhá část rotoru, která je odvrácená od výstupní trysky.

Odvalovací tekutinový stroj podle technického řešení umožňuje dokonalé využití energie proudící tekutiny, kterou může být nejen kapalina, ale i plyn a směsi kapalin a plynů. Vyšší účinnosti je dosahováno zejména snížením odporu, který vzniká při odvalování rotoru v tekutině.

-1 CZ 11469 Ul

Stroj může pracovat i s tekutinami, které vykazuj í vysoký stupeň znečištění mechanickými částicemi. Navíc případná výměna opotřebených částí je velmi snadná.

Podle výhodného provedení může mít druhá část rotoru objem roven nule a první část rotoru může mít alespoň na části povrchu tvar koule.

Pro dokonalé využití energie proudícího média je výhodné, když přidržovací zařízení sestává z opěrné plochy, uspořádané ve výstupní trysce za rotorem, nebo když přidržovací zařízení sestává z hřídele, otočně uloženého v rámu a přidržujícího rotor v ose výstupní trysky, přičemž hřídel je alespoň v určitém úseku ohebný.

Podle dalšího výhodného provedení sestává přidržovací zařízení ze zalomeného hřídele, otočně uloženého v rámu a přidržujícího rotor mimo osu výstupní trysky.

Pro snadný přenos získané energie je výhodné když je rotor opatřen magnety, proti kterým jsou ve výstupní trysce uloženy magnetické cívky, nebo naopak, když je rotor opatřen magnetickými cívkami, proti kterým jsou ve výstupní trysce uloženy magnety, případně může rotor tvořit obtékaný generátor.

U některých provedení může být výhodné z kinematického hlediska obrátit funkci stroje, to znamená že rotor je uložen neotočně a výstupní tryska je uložena posuvně v rovině kolmé na směr průtoku.

Pro vytvoření čerpadla je výhodné, když je rotor propojen s hnací jednotkou.

Přehled obrázků na výkresech

Odvalovací tekutinový stroj podle technického řešení bude blíže popsán pomocí výkresů, na kterých jednotlivé obrázky znázorňují:

obr. 1 - příklad provedení odvalovacího tekutinového stroje podle technického řešení obr. 2 - příklad provedení rotoru obr. 3 - jiný příklad provedení rotoru obr. 4 - další příklad provedení odvalovacího tekutinového stroje podle technického řešení obr. 5 - jiný příklad provedení odvalovacího tekutinového stroje podle technického řešení obr. 6 - další příklad provedení odvalovacího tekutinového stroje podle technického řešení obr. 7 - příklad provedení odvalovacího tekutinového stroje podle technického řešení, upraveného pro získávání elektrické energie obr. 8 - jiné provedení odvalovacího tekutinového stroje pro získávání elektrické energie obr. 9 - další provedení odvalovacího tekutinového stroje pro získávání elektrické energie obr. 10 - odvalovací tekutinový stroj instalovaný na volnému toku obr. 11 - odvalovací tekutinový stroj instalovaný v potrubí obr. 12 - odvalovací tekutinový stroj ve funkci čerpadla.

Příklady provedení

Odvalovací tekutinový stroj podle obr. 1 sestává z plechového zásobníku I vody, který má v horní části přítok 2 a v dolní části výstupní trysku 3 ve tvaru konfuzoru. Na horním okraji zásobníku i je upevněn rám 14, ve kterém je otočně uložen hřídel 11, jehož spodní úsek je ohebný. V úrovni výstupní trysky 3 je na hřídeli 11 upevněn plastový rotor 5. Rotor 5 je tvořen rotačním tělesem, jehož objem je rozdělen rovinou 6 největšího průměru na dvě části. První část 9 rotoru 5, uspořádaná pod rovinou 6, má větší objem než druhá část 10 rotoru 5.

-2CZ 11469 Ul

Voda přiváděná do zásobníku i přítokem 2 odtéká ze zásobníku I výstupní tryskou 3, přičemž proud odtékající vody způsobí, že se rotor 5 začne krouživě odvalovat ve výstupní trysce 3.Odvalování rotoru 5 po stěně výstupní trysky 3 je umožněno ohebnou částí hřídele JJ. Rotační pohyb rotoru 5 je hřídelem JJ přenášen například na neznázorněný generátor elektrické energie.

Přidržovací zařízení 4 může být samozřejmě nainstalováno také pod rotorem 5, jak je znázorněno na obr. 5. Funkce tohoto provedení je stejná jako u výše popsaného provedení.

Maximální účinnosti se dosahuje, pokud se objem druhé části JO rotoru 5, nad rovinou 6 největšího průměru, blíží k nule. Ideální příklad provedení je znázorněn na obr. 2, podle kterého je rotor 5 tvořen polokoulí, tudíž objem druhé části 10 nad rovinou největšího průměru je roven nule.

První část 9 rotoru 5, která je přivrácena k výstupní trysce 3, samozřejmě nemusí mít povrch tvaru polokoule. Na obr. 3 je ztvárněn tvar kulové úseče. Obecně postačí, že se jedná o rotační těleso, například elipsoid. Druhá část 10 rotoru 5 podle obr. 3 je tvořena částí elipsoidu. Objem této druhé části 10 rotoru je výrazně menší než objem první části 9.

Na obr. 4 je zobrazen příklad provedení odvalovacího tekutinového stroje, jehož přidržovací zařízení 4 sestává z opěrné plochy 8, která je upevněna ve výstupní trysce 3 a to za rotorem 5 vzhledem ke směru proudění ve výstupní trysce 3. Rotor 5, zhotovený z plastu, má první část 9 ve tvaru polokoule a druhou část 10 ve tvaru části elipsoidu.

Rotor 5 je na opěrné ploše 8 uložen volně, přičemž při průtoku tekutiny výstupní tryskou 3 se rotor 5 krouživě odvaluje po stěnách výstupní trysky 3. Výše popsané tvarování rotoru 5 zaručuje, že je rotor 5 trvale orientován svou první částí 9 s větším objemem směrem k výstupní trysce 3.

Opěrnou plochu 8 lze výškově přestavit neznázoměným přestavovacím zařízením.

Jednou z možností, jak využít takto získanou energii je instalovat do rotoru 5 soustavu magnetů 12 a na jejich úrovni potom ve stěně výstupní trysky 3 soustavou magnetických cívek JJ.

Při odvalování rotoru 5 potom dochází k relativnímu pohybu mezi magnety 12 a cívkami 13, což vede k indukci elektrického proudu.

Na obr. 6 je znázorněno provedení odvalovacího tekutinového stroje podle technického řešení, jehož rotor 5 je nesen na zalomeném hřídeli JJ. Zalomený hřídel JJ je otočně uložen v rámu JJ, jehož střed je totožný s osou výstupní trysky 3. Rám 14 může být uspořádán buď pod výstupní tryskou 3 (jak je znázorněno na obr. 6), nebo nad výstupní tryskou 3 (podobně jako u provedení z obr. 1). Na zalomeném hřídeli JJ je otočně uložen rotor 5. Délka kliky zalomeného hřídele JJ je zvolena tak, aby se rotor 5 dotýkal stěny výstupní trysky 3, po které se krouživě odvaluje při průtoku kapaliny výstupní tryskou 3. Kroutící moment, vznikající na zalomeném hřídeli JJ, může být využit například k pohonu generátoru elektrického proudu.

Získanou energii lze také podle provedení z obr. 7 využít (podobně jako u provedení z obr. 4) tak, že rotor 5 nese soustavu magnetů 12. na jejichž úrovni jsou ve stěně výstupní trysky 3 instalovány magnetické cívky 13, ve kterých se při odvalování rotoru 5 indukuje elektrický proud.

Na obr. 8 je provedení podobné provedení obr. 7, pouze umístění magnetů 12 a cívek 13 bylo zaměněno, takže indukovaný elektrický proud se odebírá z rotoru 5.

Na obr. 9 je provedení odvalovacího tekutinového stroje podobné provedení z obr. 6. Provedení podle obr. 9 má rotor 5 tvořen tzv. obtékaným generátorem 16, u kterého jsou jak magnetické cívky J3 tak i magnety 12 uloženy v rotoru 5. Rychlejšího relativního pohybu mezi cívkami JJ a magnety J2 lze dosáhnout například neznázoměným planetovým soukolím.

U všech výše popsaných provedení odvalovacího tekutinového stroje podle technického řešení nemusí být zásobník I tvořen nádobou. Tento zásobník I může být vytvořen například přehrazením toku řeky nebo potoku, tak jak je zobrazeno na obr. 10.

-3 CZ 11469 Ul

Zásobník i může být také tvořen například částí vodovodního potrubí 17, tak jak je znázorněno na obr. 11. Směr proudění vody v potrubí Γ7 je vyznačen šipkou. Proud vody v potrubí 17 roztáčí rotor 5 stejně jako u výše popsaných provedení. Proud vody zároveň přitlaěuje rotor 5 na opěrnou plochu 8. V magnetických cívkách 13 je indukován elektrický proud stejně jako u výše popsaných příkladů provedení.

Z příkladu provedení podle obr. 11 je zřejmé, že odvalovací stroj podle technického řešení může fungovat nejen s v podstatě vertikální orientací osy výtokové trysky 3, tak jako je tomu u gravitačního výtoku kapaliny, nýbrž osa výtokové trysky 3 může být orientována libovolně, pokud je tekutina k výtokové trysce 3 přiváděna pod dostatečným tlakem.

Tekutinou nemusí být jen kapalina, nýbrž stroj je funkční i pokud je mediem plyn, případně směs plynů a kapalin. Popsané příklady ukazují, že stroj podle technického řešení může pracovat jako zdroj kroutícího momentu a jako generátor elektrického proudu.

Tento stroj však může pracovat i jako čerpadlo. Příklad takového provedení je znázorněn na obr. 12. K hřídeli lije připojena hnací jednotka 18, kterou v tomto provedení tvoří elektromotor, který přes hřídel j_l pohání rotor 5. Část hřídele lije ohebná, takže po roztočení se rotor 5 začne odvalovat po stěně výstupní trysky 3 a tekutina je tak čerpána ze zásobníku i do prostoru 19. Hnací jednotkou 18 může být libovolný motor, případně i ruční pohon s příslušným převodem.

Odborník v dané oblasti samozřejmě dokáže upravit odvalovací tekutinový stroj podle technického řešení tak, že rotor 5 je zabržděn a odvaluje se výstupní tryska 3, která u takovéhoto provedení musí být uložena posuvně v rovině kolmé na směr průtoku.

Claims (11)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Odvalovací tekutinový stroj, sestávající ze zásobníku (1) tekutiny, opatřeného přítokem (2) a nejméně jednou výstupní tryskou (3), kde v oblasti výstupní trysky (3) je na přidržovacím zařízení (4) uložen nejméně jeden odvalovací rotor (5), tvořený tělesem rotačního tvaru, vyznačující se tím, že rotor (5) má objem rozdělen rovinou (6) největšího průměru na dvě části (9, 10) s rozdílnou velikostí, přičemž první část (9) rotoru (5), přivrácená k výstupní trysce (3), má větší objem než druhá část (10) rotoru (5), odvrácená od výstupní trysky (3).
2. 2. Odvalovací tekutinový stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhá část (10) rotoru (5), odvrácená od výstupní trysky (3), má objem roven nule.
3. 3. Odvalovací tekutinový stroj podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že první část (9) rotoru (5), přivrácená k výstupní trysce (3), má alespoň na části povrchu tvar koule.
4. 4. Odvalovací tekutinový stroj podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že přidržovací zařízení (4) sestává z opěrné plochy (8), uspořádané ve výstupní trysce (3) za rotorem (5).
5. 5. Odvalovací tekutinový stroj podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že přidržovací zařízení (4) sestává z hřídele (11), otočně uloženého v rámu (14) a přidržujícího rotor (5) v ose výstupní trysky (3), přičemž hřídel (11) je alespoň v určitém úseku ohebný.

   -4CZ 11469 Ul
6. 6. Odvalovací tekutinový stroj podle některého z předchozích nároků laž6, vyznačující se tím, že přidržovací zařízení (4) sestává ze zalomeného hřídele (15), otočně uloženého v rámu (14) a přidržujícího rotor (5) mimo osu výstupní trysky (3).
7. 7. Odvalovací tekutinový stroj podle některého z předchozích nároků, vyznačující 5 se t í m , že rotor (5) je opatřen magnety (12), proti kterým jsou ve výstupní trysce (3) uloženy magnetické cívky (13).
8. 8. Odvalovací tekutinový stroj podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že rotor (5) je opatřen magnetickými cívkami (13), proti kterým jsou ve výstupní trysce (3) uloženy magnety (12).

   ío
9. 9. Odvalovací tekutinový stroj podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že rotor (5) tvoří obtékaný generátor (16).
10. 10. Odvalovací tekutinový stroj podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že rotor (5) je uložen neotočně a výstupní tryska (3) je uložena posuvně v rovině kolmé na směr průtoku.
11. 15 11. Odvalovací tekutinový stroj podle některého z předchozích nároků laž9, vyznačující se t í m , že rotor (5) je propojen s hnací jednotkou (18).