EA044395B1 - METHOD FOR OBTAINING USEFUL ELECTRICAL ENERGY AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION - Google Patents

METHOD FOR OBTAINING USEFUL ELECTRICAL ENERGY AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION Download PDF

Info

Publication number
EA044395B1
EA044395B1 EA202000115 EA044395B1 EA 044395 B1 EA044395 B1 EA 044395B1 EA 202000115 EA202000115 EA 202000115 EA 044395 B1 EA044395 B1 EA 044395B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
bellows
working
vacuum
power
stroke
Prior art date
Application number
EA202000115
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Игоревич Дубинский
Игорь Николаевич Дубинский
Original Assignee
Андрей Игоревич Дубинский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Игоревич Дубинский filed Critical Андрей Игоревич Дубинский
Publication of EA044395B1 publication Critical patent/EA044395B1/en

Links

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности, двигателестроения, и касается вопросов разработки экологически чистых, энергосберегающих технологий генерации энергии. И может быть использовано, в частности, при создании вакуумно-атмосферных усилителей мощности (далее - ВАУМ), в которых используется внешний подвод атмосферы для производства механической работы, с последующим ее преобразованием в полезную электрическую энергию.The invention relates to the field of power engineering, in particular engine building, and concerns the development of environmentally friendly, energy-saving technologies for energy generation. And it can be used, in particular, in the creation of vacuum-atmospheric power amplifiers (hereinafter referred to as VAUM), which use an external supply of atmosphere to produce mechanical work, followed by its conversion into useful electrical energy.

Изобретение может быть использовано в гибридных силовых установках, а также в автономных энергетических агрегатах малой и средней мощности.The invention can be used in hybrid power plants, as well as in autonomous power units of low and medium power.

Известно, что альтернативой широко используемых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), с присущими им общеизвестными недостатками, основным из которых есть использование органического топлива для их работы и, соответственно, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, являются сегодня экологически чистые атмосферные двигатели, работающие за счет перепада атмосферного давления и вакуума.It is known that an alternative to widely used internal combustion engines (ICE), with their inherent well-known disadvantages, the main one of which is the use of organic fuel for their operation and, accordingly, toxic emissions and the need for a system for their removal, are today environmentally friendly atmospheric engines operating for due to the difference in atmospheric pressure and vacuum.

Известно устройство, реализующее технологию вакуумно-атмосферного подвода нетепловой внешней энергии, в котором, для получения механической работы (в частности, перемещения груза относительно опорной и подстилающей поверхностей), в качестве внешнего источника энергии, используется атмосферное давление (патент UA № 89112,2009 г., а также патент ЕА № 013312,2010 г.).A device is known that implements the technology of vacuum-atmospheric supply of non-thermal external energy, in which, to obtain mechanical work (in particular, moving a load relative to the supporting and underlying surfaces), atmospheric pressure is used as an external energy source (UA patent No. 89112, 2009 ., as well as patent EA No. 013312, 2010).

Такое устройство состоит из опоры, установленной на подстилающей поверхности, несущей платформы с опорной поверхностью, грузовой платформы, жёстко связанной с перемещаемым грузом, вакуумной рабочей камеры с рабочей средой, выполненной в виде сильфона с эластичной боковой поверхностью. Камера жёстко соединена своим верхним основанием с опорной поверхностью, а нижним основанием - с грузовой платформой. Рабочая камера также соединена со средствами откачки через выпускной клапан, а с системой напуска рабочей среды - через впускной клапан. При этом к нижнему основанию рабочей камеры жестко подсоединен кривошипно-шатунный механизм с вращающимся валом (далее КШМ).Such a device consists of a support installed on the underlying surface, a supporting platform with a supporting surface, a loading platform rigidly connected to the transported load, a vacuum working chamber with a working medium made in the form of a bellows with an elastic side surface. The chamber is rigidly connected by its upper base to the supporting surface, and by its lower base to the loading platform. The working chamber is also connected to the pumping means through the outlet valve, and to the working medium injection system through the inlet valve. In this case, a crank mechanism with a rotating shaft (hereinafter referred to as the CSM) is rigidly connected to the lower base of the working chamber.

Наряду с описанными с данном патенте преимуществами устройства, основанными на модификации схемы напуска и откачки рабочей среды, недостатком его является наличие КШМ, в котором возвратно-поступательное движение подвижной торцевой поверхности сильфона - тяговой платформы переводится во вращательное посредством коленчатого вала, который вращает генератор.Along with the advantages of the device described in this patent, based on modification of the circuit for injecting and pumping out the working medium, its disadvantage is the presence of a crankshaft, in which the reciprocating motion of the movable end surface of the bellows - the traction platform - is converted into rotational motion by means of the crankshaft, which rotates the generator.

Наличие КШМ на участке кинематической схемы между приводным механизмом, в данном случае подвижной тяговой платформой, и генератором, ограничивает отдаваемую мощность и КПД устройства. Что, в свою очередь, не позволяет полностью использовать основное преимущество технологии ВАУМ, заключающееся в постоянно действующей силе, неизменной по величине, во время рабочего хода. В отличие, к примеру, от принципа работы ДВС, в котором сила действия на поршень во время рабочего хода переменна.The presence of a crankshaft in the section of the kinematic diagram between the drive mechanism, in this case the moving traction platform, and the generator, limits the output power and efficiency of the device. Which, in turn, does not allow full use of the main advantage of the VAUM technology, which consists in a constantly acting force, unchanged in magnitude, during the working stroke. In contrast, for example, to the principle of operation of an internal combustion engine, in which the force on the piston during the working stroke is variable.

Поэтому в определенных случаях в данном устройстве, возможна потеря практически 50% мощности на КШМ.Therefore, in certain cases in this device, a loss of almost 50% of the power on the crankshaft is possible.

Известен способ работы вакуумного двигателя и вакуумный двигатель, включающий блок цилиндров с поршнями, заключающийся в создании разрежения в рабочей камере, путем сообщения ее с вакуумной камерой для перемещения поршня к верхней мертвой точке, и подачу в рабочую камеру газа для перемещения поршня к нижней мертвой точке (патент RU № 2329383, 2008 г.). Блок цилиндров с поршнями вакуумного двигателя образуют в цилиндрах рабочие камеры. Двигатель также содержит вакуумную камеру, коленчатый вал, компрессор и распределительный вал с кулачками и толкателями. Каждый цилиндр снабжен пружинным клапаном, а в корпусе каждого пружинного клапана выполнено отверстие с возможностью сообщения рабочей камеры с атмосферой.There is a known method of operation of a vacuum engine and a vacuum engine, including a cylinder block with pistons, which consists in creating a vacuum in the working chamber, by connecting it with the vacuum chamber to move the piston to top dead center, and supplying gas to the working chamber to move the piston to bottom dead center (RU patent No. 2329383, 2008). The cylinder block with vacuum engine pistons form working chambers in the cylinders. The engine also contains a vacuum chamber, a crankshaft, a compressor and a camshaft with cams and tappets. Each cylinder is equipped with a spring valve, and in the body of each spring valve there is a hole so that the working chamber can communicate with the atmosphere.

Установка на крышке цилиндра пружинного клапана со штоком обеспечивает возможность сообщения рабочей камеры с атмосферой и позволяет использовать атмосферный воздух в качестве рабочей среды для перемещения поршня к нижней мертвой точке. Создание разрежения в рабочей камере двигателя с помощью компрессора исключает применение каких-либо токсичных газов и обеспечивает безопасность работы двигателя.Installation of a spring valve with a rod on the cylinder cover allows the working chamber to communicate with the atmosphere and allows the use of atmospheric air as a working medium to move the piston to the bottom dead center. Creating a vacuum in the working chamber of the engine using a compressor eliminates the use of any toxic gases and ensures safe operation of the engine.

Однако недостатком данного способа и вакуумного двигателя на его основе, также является наличие КШМ на участке кинематической схемы между приводным и исполнительным механизмами данного устройства. Что ведет к нерациональной потере порядка 50% мощности. К тому же, применение компрессора ведет к значительному увеличению диаметров поршней для обеспечения приемлемой мощности при его практическом использовании.However, a disadvantage of this method and the vacuum engine based on it is also the presence of a crankshaft in the section of the kinematic diagram between the drive and actuator mechanisms of this device. Which leads to an irrational loss of about 50% of power. In addition, the use of a compressor leads to a significant increase in piston diameters to ensure acceptable power in its practical use.

Известны способы (и устройства их реализующие) для исключения негативного влияния КШМ, связанного с отбором мощности для работы устройств в целом, основанные на использовании в качестве исполнительного механизма возвратно-поступательного (линейного) генератора. При этом обеспечивается непосредственное воздействие подвижных элементов рабочих камер (поршневых или сильфонных) устройств (тепловых или вакуумно-атмосферных двигателей) на движущийся возвратно-поступательно рабочий элемент линейного генератора.There are known methods (and devices that implement them) to eliminate the negative impact of the crankshaft drive associated with the power take-off for the operation of devices as a whole, based on the use of a reciprocating (linear) generator as an actuator. This ensures the direct impact of the moving elements of the working chambers (piston or bellows) of devices (thermal or vacuum-atmospheric engines) on the reciprocating working element of the linear generator.

Такой принцип реализован, в частности, в электростанции возвратно-поступательного движения, которая содержит тепловой поршневой двигатель (состоящий из двух поршневых групп с противофаз- 1 044395 ными поршнями), линейный генератор с магнитопроводами и подвижным индуктором, систему автоматического регулирования теплосодержания топливовоздушной смеси. Поршни теплового двигателя соединены непосредственно со штоком индуктора линейного генератора (патент RU № 2211932, 2003 г.).This principle is implemented, in particular, in a reciprocating power plant, which contains a thermal piston engine (consisting of two piston groups with antiphase pistons), a linear generator with magnetic cores and a moving inductor, and a system for automatically controlling the heat content of the air-fuel mixture. The pistons of the heat engine are connected directly to the inductor rod of the linear generator (RU patent No. 2211932, 2003).

Однако устройство содержит дополнительный КШМ с маховиком, основным назначением которого является перевод поршня через мертвые точки при 4-тактном термодинамическом цикле. При этом поршни одновременно соединены непосредственно со штоком индуктора линейного генератора и с шатуном дополнительного КШМ, расположенного на консоли между поршнями и индуктором.However, the device contains an additional crankshaft with a flywheel, the main purpose of which is to move the piston through the dead points during a 4-stroke thermodynamic cycle. In this case, the pistons are simultaneously connected directly to the inductor rod of the linear generator and to the connecting rod of an additional crankshaft, located on the console between the pistons and the inductor.

Назначением КШМ является жесткое ограничение рабочего хода и обеспечение плавного перехода мертвых точек катушек индуктивности (соленоида) в магнитном поле. Однако, в данной кинематической схеме устройства, когда, линейный генератор расположен между оппозитными рабочими камерами, размещение КШМ конструктивно возможно только на боковой консоли относительно основной силовой оси кинематической цепи устройства. Что значительно усложняет конструкцию, резко уменьшает ресурс работы за счет вибраций, и не дает возможности использовать совместно с коленчатым валом КШМ дополнительные устройства с силовой нагрузкой.The purpose of the crankshaft is to strictly limit the working stroke and ensure a smooth transition of the dead points of the inductors (solenoid) in the magnetic field. However, in this kinematic diagram of the device, when the linear generator is located between the opposite working chambers, placement of the crankshaft is structurally possible only on the side console relative to the main power axis of the kinematic chain of the device. This significantly complicates the design, sharply reduces the service life due to vibrations, and does not make it possible to use additional power-loaded devices in conjunction with the crankshaft of the crankshaft.

Предложенная кинематическая схема устройства значительно усложняет практическое применение данного способа прохождения мертвых точек и производит дополнительный отбор мощности для работы устройства в целом. Что, в свою очередь, нивелирует основное преимущество линейного генератора. И снижает КПД устройства в целом.The proposed kinematic diagram of the device significantly complicates the practical application of this method of passing dead spots and produces additional power take-off for the operation of the device as a whole. Which, in turn, eliminates the main advantage of the linear generator. And it reduces the efficiency of the device as a whole.

Известны дополнительные способы повышения КПД преобразователей подводящей энергии в полезную работу, предполагающие создание в устройствах (тепловых или вакуумно-атмосферных двигателях) силовых пар рабочих камер с переменным объемом (поршневых или сильфонных). При этом, дополнительную камеру располагают оппозитно первой, соединяя их подвижные элементы между собой жесткой тягой или через шатуны, подсоединенные к единой эксцентричной оси коленвала КШМ.Additional methods are known to increase the efficiency of converters of input energy into useful work, involving the creation in devices (thermal or vacuum-atmospheric engines) of power pairs of working chambers with a variable volume (piston or bellows). In this case, the additional chamber is positioned opposite the first, connecting their moving elements to each other with a rigid rod or through connecting rods connected to a single eccentric axis of the crankshaft.

Наличие в устройстве силовых пар рабочих камер позволяет производить повышенную (удвоенную) работу в течение одного однотактного цикла.The presence of power pairs of working chambers in the device allows for increased (double) work to be performed during one single-cycle cycle.

Так, известна силовая установка, действие которой основано на принципе преобразования механической энергии теплового двигателя в электрическую энергию (патент RU № 2213236, 2003 г.). Рабочий механизм устройства состоит из нескольких силовых пар оппозитных рабочих камер с изменяемыми объемами, выполненными в виде сильфонов. Подвижные торцы камер жестко соединены между собой тягами, объединенными подвижной прочной рамой. Внутри рамы между оппозитными камерами расположен линейный генератор с неподвижным статором и ротором, кинематически связанным посредством жесткой тяги с приводным звеном двигателя.Thus, a power plant is known, the operation of which is based on the principle of converting the mechanical energy of a heat engine into electrical energy (RU patent No. 2213236, 2003). The working mechanism of the device consists of several power pairs of opposed working chambers with variable volumes, made in the form of bellows. The movable ends of the chambers are rigidly connected to each other by rods united by a movable durable frame. Inside the frame, between the opposed chambers, there is a linear generator with a stationary stator and a rotor, kinematically connected through a rigid rod to the engine drive link.

Однако в данном устройстве рабочие камеры выполнены в виде тонкостенных сильфонов. Работа сильфонов происходит при высокочастотных перепадах температур и давлений. Это резко ограничивает ресурс работы устройства и требует постоянной замены сильфонов.However, in this device the working chambers are made in the form of thin-walled bellows. Bellows operate under high-frequency temperature and pressure changes. This sharply limits the service life of the device and requires constant replacement of the bellows.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения полезной электрической энергии, включающий использование в качестве приводного двигателя подвижных частей преобразователя энергии (исполнительного механизма) вакуумно-атмосферного двигателя (ВАД).The closest to the claimed is a method of obtaining useful electrical energy, including the use of moving parts of an energy converter (actuator) of a vacuum-atmospheric engine (VAE) as a drive motor.

При этом ВАД содержит, как минимум, одну пару соосных, расположенных оппозитно друг другу, вакуумных рабочих камер с изменяемым объемом, в которые циклично напускают и откачивают атмосферу так, что напуск атмосферы в одну из камер осуществляют одновременно с ее откачкой из второй камеры.In this case, the VAD contains at least one pair of coaxial, located opposite to each other, vacuum working chambers with a variable volume, into which atmosphere is cyclically injected and pumped out so that the atmosphere is injected into one of the chambers simultaneously with its pumping out from the second chamber.

Обе рабочие камеры могут быть жестко соединены между собой в единую силовую пару общим штоком/штангой, которая, в свою очередь, жестко соединена с подвижным элементом исполнительного механизма, в частности, линейного генератора (патент UA № 102562, 2013 г., а также патент ЕА № 021678, 2015 г.).Both working chambers can be rigidly connected to each other into a single power pair by a common rod/rod, which, in turn, is rigidly connected to the moving element of the actuator, in particular, a linear generator (UA patent No. 102562, 2013, as well as a patent EA No. 021678, 2015).

В ином случае обе рабочие камеры могут быть соединены между собой в единую силовую пару через шатуны, закрепленные на одной эксцентричной оси коленвала КШМ, который расположен между ними (патент UA № 89894, 2010 г.).Otherwise, both working chambers can be connected to each other into a single power pair through connecting rods mounted on one eccentric axis of the crankshaft, which is located between them (UA patent No. 89894, 2010).

Оба устройства, описанные в указанных патентах, обладают всеми преимуществами технологии ВАУМ (в частности, экономичностью, экологичностью и пр.), а также преимуществами от использования силовых пар рабочих камер. Как упоминалось выше, наличие силовых пар рабочих камер с возможностью их одновременного синхронного движения в обоих направлениях, обеспечивает постоянное действие удвоенной силы на подвижный элемент исполнительного механизма в процессе двухтактного цикла. Что позволяет производить повышенную работу в режиме двухтактного цикла, в котором каждый ход есть рабочий.Both devices described in these patents have all the advantages of VAUM technology (in particular, efficiency, environmental friendliness, etc.), as well as the advantages of using power pairs of working chambers. As mentioned above, the presence of power pairs of working chambers with the possibility of their simultaneous synchronous movement in both directions ensures a constant action of double force on the moving element of the actuator during the push-pull cycle. This makes it possible to perform increased work in a two-stroke cycle mode, in which each stroke is a working stroke.

Однако, каждому их этих устройств присущи недостатки. Как упоминалось выше, наличие КШМ в устройстве (по патенту № 89894) на участке кинематической схемы между приводным двигателем и исполнительным механизмом ограничивает отдаваемую мощность и КПД устройства в целом. К тому же компоновочная схема данного устройства обуславливает наличие двух вакуумных насосов и ресиверов, что усложняет устройство.However, each of these devices has disadvantages. As mentioned above, the presence of a crankshaft drive in the device (according to patent No. 89894) in the section of the kinematic diagram between the drive motor and the actuator limits the output power and efficiency of the device as a whole. In addition, the layout of this device determines the presence of two vacuum pumps and receivers, which complicates the device.

Негативное влияние КШМ, расположенного на участке кинематической схемы между приводнымNegative influence of the crankshaft, located in the section of the kinematic diagram between the drive

- 2 044395 двигателем и исполнительным механизмом, на КПД устройства, исключено в схеме, описанной в патенте № 102S62. Однако, данная кинематическая схема включает расположение общего подвижного штока рабочих камер исполнительного механизма в полости одной из них, с обеспечением скользящего вакуумного уплотнения штока. Сложность обеспечения скользящих вакуумных уплотнений, а также необходимость использования двух вакуумных насосов в таком устройстве, значительно усложняет конструкцию, уменьшает ее надежность и сокращает ресурс работы устройства в целом.- 2 044395 motor and actuator, on the efficiency of the device, is excluded in the circuit described in patent No. 102S62. However, this kinematic diagram includes the location of a common movable rod of the working chambers of the actuator in the cavity of one of them, ensuring a sliding vacuum seal of the rod. The difficulty of providing sliding vacuum seals, as well as the need to use two vacuum pumps in such a device, significantly complicates the design, reduces its reliability and shortens the service life of the device as a whole.

Общим недостатком обоих, близких к заявляемому, устройств является наличие КШМ, назначением которого является жесткое ограничение рабочего хода и обеспечение плавного перехода мертвых точек катушек индуктивности (соленоида) в магнитном поле. При этом, коленвал КШМ и линейный генератор расположены между оппозитными рабочими камерами, что предопределяет потерю до 50% мощности устройства.A common drawback of both devices, close to the claimed one, is the presence of a crankshaft, the purpose of which is to strictly limit the working stroke and ensure a smooth transition of the dead points of the inductors (solenoid) in the magnetic field. At the same time, the crankshaft of the crankshaft and the linear generator are located between the opposed working chambers, which predetermines a loss of up to 50% of the device’s power.

Целью заявляемого изобретения является осуществление технологии ВАУМ с прямым преобразованием потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию, с возможностью дополнительной компенсации кратковременных пиковых изменений отбора мощности при переменных нагрузках в устройствах, создаваемых с применением этого способа. И как следствие - увеличение КПД таких устройств, при одновременном увеличении надежности их работы, продуктивности и экономичности.The purpose of the claimed invention is to implement VAUM technology with direct conversion of atmospheric potential energy into useful electrical energy, with the possibility of additional compensation for short-term peak changes in power take-off under variable loads in devices created using this method. And as a consequence - an increase in the efficiency of such devices, while simultaneously increasing the reliability of their operation, productivity and efficiency.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения полезной электрической энергии включает использование силы атмосферного давления для обеспечения возвратно-поступательного перемещения подвижного рабочего элемента линейного генератора электрической энергии, кинематически связанного одновременно с подвижными элементами двух соосных вакуумных рабочих камер с изменяемым объемом, в которые циклично напускают и откачивают атмосферу так, что напуск атмосферы в одну из камер осуществляют одновременно с ее откачкой из второй камеры.This goal is achieved by the fact that the method of obtaining useful electrical energy includes the use of atmospheric pressure to ensure reciprocating movement of the movable working element of a linear electric energy generator, kinematically connected simultaneously with the movable elements of two coaxial vacuum working chambers with a variable volume, into which they are cyclically injected and the atmosphere is pumped out so that the atmosphere is injected into one of the chambers simultaneously with its pumping out from the second chamber.

Новым в способе является то, что наряду с этим осуществляют передачу линейному генератору дополнительной мощности от инерционного накопителя энергии, воздействуя одновременно на подвижные элементы обеих вакуумных рабочих камер с изменяемым объемом, посредством кривошипно-шатунного механизма, через дополнительное кинематическое звено, с обеспечением соосности всех элементов компоновочной схемы.What is new in the method is that, along with this, additional power is transferred to the linear generator from the inertial energy storage device, simultaneously acting on the moving elements of both vacuum working chambers with variable volume, through a crank mechanism, through an additional kinematic link, ensuring the coaxiality of all elements layout diagram.

При этом длину кривошипа l кривошипно-шатунного механизма выбирают из соотношения l = L/2, где L - длина хода подвижного рабочего элемента линейного генератора. А площадь сечения рабочего элемента линейного генератора и эффективную площадь подвижного элемента каждой вакуумной рабочей камеры выбирают равными между собой.In this case, the crank length l of the crank mechanism is selected from the ratio l = L/2, where L is the stroke length of the movable working element of the linear generator. And the cross-sectional area of the working element of the linear generator and the effective area of the moving element of each vacuum working chamber are chosen equal to each other.

Поставленная цель достигается также тем, что, устройство для получения полезной электрической энергии содержит рабочий механизм, состоящий из двух соосных вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами, боковые и торцевые поверхности которых выполнены подвижными, с возможностью возвратно-поступательного движения под действием давления атмосферы, соединенных через впускные и выпускные клапаны с системами напуска и вакуумной откачки рабочей среды. А также, исполнительный механизм, содержащий движущийся возвратно-поступательно рабочий элемент линейного генератора.This goal is also achieved by the fact that the device for obtaining useful electrical energy contains a working mechanism consisting of two coaxial vacuum working chambers with variable volumes, the side and end surfaces of which are made movable, with the possibility of reciprocating movement under the influence of atmospheric pressure, connected through inlet and outlet valves with systems for inlet and vacuum pumping of the working medium. And also, an actuator containing a reciprocating working element of a linear generator.

Новым в устройстве является то, что устройство дополнительно содержит инерционный накопитель энергии с кривошипно-шатунным механизмом, а рабочий механизм дополнительно включает неподвижную опорную поверхность с внутренней полостью, к противоположным внешним сторонам которой жестко подсоединены основания вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами. А подвижные торцевые поверхности камер выполнены в виде тяговых платформ, жестко связанных между собой дополнительными тягами в единую силовую пару.What is new in the device is that the device additionally contains an inertial energy storage device with a crank mechanism, and the working mechanism additionally includes a stationary support surface with an internal cavity, to the opposite outer sides of which the bases of vacuum working chambers with variable volumes are rigidly connected. And the movable end surfaces of the chambers are made in the form of traction platforms, rigidly connected to each other by additional rods into a single power pair.

При этом одна из тяговых платформ жестко связана штоком с подвижным рабочим элементом исполнительного механизма, расположенным на одной оси с подвижными элементами обеих соосных вакуумных рабочих камер.In this case, one of the traction platforms is rigidly connected by a rod to a movable working element of the actuator, located on the same axis with the movable elements of both coaxial vacuum working chambers.

А противоположная ей тяговая платформа жестко связана дополнительным штоком с КШМ инерционного накопителя энергии, при этом, коленчатый вал КШМ расположен на одной оси с подвижными элементами обеих соосных вакуумных рабочих камер.And the traction platform opposite to it is rigidly connected by an additional rod to the crankshaft of the inertial energy storage device, while the crankshaft of the crankshaft is located on the same axis with the moving elements of both coaxial vacuum working chambers.

При этом впускные и выпускные клапаны выполнены в основаниях рабочих камер, а каналы напуска и откачки рабочей среды выполнены в полости неподвижной опорной поверхности устройства.In this case, the inlet and outlet valves are made in the bases of the working chambers, and the inlet and pumping channels of the working medium are made in the cavity of the stationary supporting surface of the device.

Боковые поверхности обеих вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами могут быть выполнены в виде сильфонов с размещенными противоположно, относительно опорной поверхности, подвижными замкнутыми торцами, выполняющими роль тяговых платформ.The side surfaces of both vacuum working chambers with variable volumes can be made in the form of bellows with movable closed ends placed opposite to the supporting surface, acting as traction platforms.

Каждая вакуумная рабочая камера с изменяемым объемом также может быть выполнена в виде цилиндропоршневой группы с неподвижным поршнем и подвижным полым цилиндром с одним замкнутым торцом, выполняющим роль тяговой платформы, который герметично прикреплен к поршню с возможностью скользящего возвратно-поступательного движения относительно него. При этом поршни жестко закреплены на противоположных сторонах неподвижной опорной поверхности, а впускные и выпускные клапаны выполнены в основаниях поршней.Each vacuum working chamber with a variable volume can also be made in the form of a cylinder-piston group with a fixed piston and a movable hollow cylinder with one closed end that acts as a traction platform, which is hermetically attached to the piston with the possibility of sliding reciprocating movement relative to it. In this case, the pistons are rigidly fixed on opposite sides of the fixed supporting surface, and the intake and exhaust valves are made at the bases of the pistons.

- 3 044395- 3 044395

Исполнительный механизм устройства может быть выполнен в виде катушки индуктивности (соленоида), движущейся в магнитном поле, площадь сечения Sk которой равна Sk = Sp ± ΔSp, где Sp - эффективная площадь подвижной тяговой платформы, а ее объём Vk равен Vk = Vp ± ΔVP, где Vp - максимальный объём вакуумной рабочей камеры.The actuator of the device can be made in the form of an inductance coil (solenoid) moving in a magnetic field, the cross-sectional area S k of which is equal to S k = Sp ± ΔS p , where Sp is the effective area of the movable traction platform, and its volume V k is equal to V k = V p ± ΔV P , where V p is the maximum volume of the vacuum working chamber.

Исполнительный механизм устройства также может быть выполнен в виде постоянных магнитов, совершающих возвратно-поступательное движение в неподвижной катушке индуктивности, площадь сечения которой равна эффективной площади каждой подвижной тяговой платформы, а ее внутренний объём равен максимальному объёму каждой вакуумной рабочей камеры.The actuator of the device can also be made in the form of permanent magnets that perform reciprocating motion in a stationary inductor coil, the cross-sectional area of which is equal to the effective area of each movable traction platform, and its internal volume is equal to the maximum volume of each vacuum working chamber.

Катушка индуктивности, при этом, может состоять из набора отдельных катушек, расположенных на магнитопроводе, общий суммарный внутренний объём которых равен максимальному объему каждой вакуумной рабочей камеры.The inductor coil, in this case, can consist of a set of individual coils located on the magnetic circuit, the total total internal volume of which is equal to the maximum volume of each vacuum working chamber.

Таким образом, в заявляемом способе получения полезной электрической энергии с использованием технологии ВАУМ, заложен принципиально иной физический механизм применения КШМ, в котором он выводится из кинематической схемы между приводным механизмом, в данном случае подвижной тяговой платформой, и линейным генератором, и включается в кинематическую схему между инерционным накопителем и противоположной тяговой платформой приводного механизма, на одной оси всей кинематической схемы.Thus, in the claimed method of obtaining useful electrical energy using VAUM technology, there is a fundamentally different physical mechanism for using a crankshaft, in which it is derived from the kinematic diagram between the drive mechanism, in this case a moving traction platform, and a linear generator, and is included in the kinematic diagram between the inertial accumulator and the opposite traction platform of the drive mechanism, on the same axis of the entire kinematic diagram.

В предлагаемом способе КШМ выводится из кинематики генерации энергии на нагрузку, где он играет отрицательную роль, и вводится в кинематику между генератором и инерционным накопительным механизмом, где КШМ начинает играть положительную роль для повышения КПД устройства, в котором применяется технология ВАУМ до 80-85%.In the proposed method, the crankshaft is removed from the kinematics of power generation to the load, where it plays a negative role, and is introduced into the kinematics between the generator and the inertial storage mechanism, where the crankshaft begins to play a positive role to increase the efficiency of the device that uses VAUM technology to 80-85% .

Прежде всего он жестко ограничивает рабочий ход и обеспечивает плавный переход мертвых точек катушек индуктивности (соленоида) в магнитном поле, но при этом не участвует в передаче усилия сопротивлению движения катушек и не снижает отдаваемую мощность катушек на нагрузку.First of all, it strictly limits the working stroke and ensures a smooth transition of the dead points of the inductor coils (solenoid) in the magnetic field, but does not participate in the transfer of force to the resistance of the movement of the coils and does not reduce the power output of the coils to the load.

Кроме этого он обеспечивает передачу дополнительной мощности от инерционного накопителя линейному генератору, обеспечивая дополнительное механическое усилие и автоматическую компенсацию пиковых максимальных потреблений энергии индуктивной нагрузкой, например пусковых токов электродвигателей.In addition, it transfers additional power from the inertial accumulator to the linear generator, providing additional mechanical force and automatic compensation of peak maximum energy consumption of inductive loads, such as starting currents of electric motors.

Чтобы получать в течение длительного времени положительную механическую работу устройства, в котором применен способ получения полезной электрической энергии с использованием технологии ВАУМ, необходимо обеспечить цикличность движения тяговых платформ относительно опоры.In order to obtain positive mechanical operation of a device for a long time, which uses a method for generating useful electrical energy using VAUM technology, it is necessary to ensure the cyclic movement of the traction platforms relative to the support.

Например, тяговая платформа площадью Sэфф = 1 м2, при прохождении расстояния l= 1 м под действием силы Fa атмосферного давления Ра (далее - САД) атмосферного столба воздуха, который давит на эффективную площадь внешней стороны тяговой платформы, произведет работуFor example, a traction platform with an area S eff = 1 m 2 , when passing a distance l = 1 m under the influence of the force Fa of atmospheric pressure Ra (hereinafter referred to as SAP) of the atmospheric air column, which presses on the effective area of the outer side of the traction platform, will produce work

A = Fa1= 101 кН х \м = 101 [кДж] (1) и может обеспечивать в секунду получение 101 КВт полезной мощности:A = F a 1= 101 kN x \m = 101 [kJ] (1) and can provide 101 kW of useful power per second:

N=FJ/t = PaS^l/l =101 [кВт] (2)N=FJ/t = P a S^l/l =101 [kW] (2)

Очевидно, что исходя из формул (1) и (2), мощность определяется скоростью откачки вакуумной полости с максимальным объёмом ~It is obvious that based on formulas (1) and (2), the power is determined by the pumping speed of a vacuum cavity with a maximum volume ~

Для возврата платформы в исходное положение необходимо естественным путем (напуском) заполнить вакуумную полость атмосферным воздухом для компенсации действия САД на внешнюю сторону платформы. Таким образом, система может работать как двухтактный вакуумно-атмосферный механический силовой блок с заданной регулируемой частотой и вакуумно-атмосферным замкнутым циклом откачка - напуск.To return the platform to its original position, it is necessary to naturally fill the vacuum cavity with atmospheric air to compensate for the effect of the SAD on the outside of the platform. Thus, the system can operate as a push-pull vacuum-atmospheric mechanical power unit with a given adjustable frequency and a vacuum-atmospheric closed pumping-inlet cycle.

Жесткое соединение данного двухтактного вакуумно-атмосферного механического силового блока с линейным генератором, в котором катушка индуктивности совершает в магнитном поле возвратнопоступательное движение по замкнутому циклу, обеспечивает прямую конвертацию механической работы, произведенной тяговой платформой, в электрическую энергию, генерируемую катушкой индуктивности в магнитном поле.The rigid connection of this push-pull vacuum-atmospheric mechanical power unit with a linear generator, in which the inductor coil reciprocates in a closed loop in a magnetic field, provides direct conversion of the mechanical work produced by the traction platform into electrical energy generated by the inductor in the magnetic field.

Таким образом, заявляемый способ получения полезной электрической энергии с использованием технологии ВАУМ, обеспечивает прямое преобразование потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию, которое осуществляется с помощью заявляемого устройства.Thus, the inventive method of obtaining useful electrical energy using VAUM technology provides direct conversion of the potential energy of the atmosphere into useful electrical energy, which is carried out using the inventive device.

С учетом формул (1) и (2), при Ра=const, мощность такого генерирующего устройства составляет 100 Вт при максимальном объёме рабочей камеры один литр. А если вакуумно-атмосферный цикл, при заданных в примере параметрах, будет происходить с частотой 10 Гц (600 об/мин), то посредством рабочей камеры можно обеспечить за счет потенциальной энергии атмосферы 1 МВт мощности для осуществления механической работы.Taking into account formulas (1) and (2), with P a =const, the power of such a generating device is 100 W with a maximum working chamber volume of one liter. And if the vacuum-atmospheric cycle, with the parameters specified in the example, occurs with a frequency of 10 Hz (600 rpm), then through the working chamber it is possible to provide 1 MW of power for mechanical work using the potential energy of the atmosphere.

В случае стандартного преобразования поступательного движения платформы во вращение коленчатого вала при помощи КШМ, при преобразовании поступательного движения платформы во вращение коленвала, крутящий момент, с учетом формулы (1), будет равен = [Нм] (3)In the case of a standard conversion of the translational motion of the platform into rotation of the crankshaft using a crankshaft, when converting the translational motion of the platform into rotation of the crankshaft, the torque, taking into account formula (1), will be equal to = [Nm] (3)

- 4 044395 а мощность этого устройства с применением КШМ равна- 4 044395 and the power of this device using a crankshaft is equal to

N = nPaS^r [Вт] (4) где n - число оборотов силового вала;N = nP a S^r [W] (4) where n is the number of revolutions of the power shaft;

Ра - атмосферное давление, Па;Ra - atmospheric pressure, Pa;

Sэфф - эффективная площадь внешней поверхности платформы, м2;S eff - effective area of the outer surface of the platform, m 2 ;

r - радиус точки приложения силы, м.r is the radius of the force application point, m.

Эта формула определяет основные параметры силовой имплозивной энергетической установки, работающей по вакуумно-атмосферному циклу, с преобразованием возвратно-поступательного движения платформы во вращение коленвала, в которой, в качестве внешнего источника нетепловой энергии, используется потенциальная энергия внешней среды - атмосферы.This formula determines the main parameters of a power implosion power plant operating on a vacuum-atmospheric cycle, with the conversion of the reciprocating motion of the platform into rotation of the crankshaft, in which, as an external source of non-thermal energy, the potential energy of the external environment - the atmosphere - is used.

Например, при нормальном атмосферном давлении Ра=1,013-105 Па, крутящий момент для рассматриваемого случая равенFor example, at normal atmospheric pressure P a = 1.013-10 5 Pa, the torque for the case under consideration is equal to

1^=1,013^10^//2 = 50650 [Нм] (5) а отдаваемая мощность при n=10 будет равна1^=1.013^10^//2 = 50650 [Nm] (5) and the output power at n=10 will be equal to

1,013^0^5^ = 506 [кВт] (6)1.013^0^5^ = 506 [kW] (6)

В данном случае отдаваемая мощность в два раза меньше, чем может произвести механический блок силовой энергетической установки. Согласно формуле (2) при частоте 10 Гц, мощность, которую может генерировать устройство, будет 1МВт, однако отдаваемая мощность на выходном силовом валу, согласно формуле (6) составляет 0.5 МВт.In this case, the output power is two times less than what the mechanical unit of the power plant can produce. According to formula (2), at a frequency of 10 Hz, the power that the device can generate will be 1 MW, but the output power at the output power shaft, according to formula (6) is 0.5 MW.

Сила Fa не меняется по величине в процессе рабочего хода и, при наличии двух, оппозитно расположенных рабочих камер, жестко связанных в силовую пару механического блока, будет постоянна во время всего двухтактного цикла, т.к. каждый ход - рабочий. Т.о., отсутствие КШМ позволит исключить потери мощности до 50%.The force Fa does not change in magnitude during the power stroke and, in the presence of two oppositely located working chambers, rigidly connected into a power couple of the mechanical unit, will be constant during the entire two-stroke cycle, because every move is a working move. Thus, the absence of a crankshaft will eliminate power losses of up to 50%.

Потенциальная энергия атмосферы в гравитационном поле, которая используется посредством создания вакуумной полости в виде рабочей камеры с переменным объемом и подвижной тяговой платформой выражается формулойThe potential energy of the atmosphere in a gravitational field, which is used by creating a vacuum cavity in the form of a working chamber with variable volume and a movable traction platform, is expressed by the formula

WpK = P^ = Р^ (7) где l - длина (м) хода платформы при сокращении объёма рабочей камеры от максимального до минимального, что определяет ее рабочий объём Vpk м3;W pK = P^ = P^ (7) where l is the length (m) of the platform stroke when the volume of the working chamber is reduced from maximum to minimum, which determines its working volume Vpk m 3 ;

Sэфф - площадь поперечного сечения (м2) тяговой платформы.S eff - cross-sectional area (m 2 ) of the traction platform.

Известно, что энергия магнитного поля соленоида равнаIt is known that the energy of the magnetic field of the solenoid is equal to

Wc=μμ0H2ScU2 = BHVc/2 (8) гдеW c =μμ 0 H 2 S c U2 = BHV c /2 (8) where

Sc - площадь поперечного сечения соленоида, м2;Sc is the cross-sectional area of the solenoid, m 2 ;

L - длина соленоида, м;L - solenoid length, m;

Vc - объём соленоида, м3;V c - solenoid volume, m 3 ;

Н - напряженность магнитного поля, А/м;N - magnetic field strength, A/m;

В - магнитная индукция, Т;B - magnetic induction, T;

μ0 - магнитная проницаемость.μ 0 - magnetic permeability.

Из приведенных формул (7) и (8), очевидно, что энергия, полученная с помощью рабочей камеры, прямо пропорциональна её объёму и атмосферному давлению, а энергия соленоида прямо пропорциональна его объёму, магнитной индукции и напряженности магнитного поля, в котором он находится.From the above formulas (7) and (8), it is obvious that the energy obtained using the working chamber is directly proportional to its volume and atmospheric pressure, and the energy of the solenoid is directly proportional to its volume, magnetic induction and the strength of the magnetic field in which it is located.

В общем виде, если рабочая камера находится в другой среде, например в воде, то необходимо учитывать плотность среды р, находящейся в гравитационном поле, что в данном случае, есть полная аналогия магнитной проницаемости μ0.In general, if the working chamber is located in another medium, for example in water, then it is necessary to take into account the density of the medium p located in the gravitational field, which in this case is a complete analogy to the magnetic permeability μ 0 .

Жесткое соединение подвижной торцевой поверхности тяговой платформы с соленоидом, находящимся в магнитном поле, приводит к тому, что они движутся под постоянным действием САД с одинаковой скоростью по возвратно-поступательному вакуумно-атмосферному циклу. При этом работа, производимая тяговой платформой, будет в соленоиде конвертироваться в работу силы Лоренца, которая будет генерировать ЭДС индукции, пропорциональную работе, произведенной тяговой платформой.The rigid connection of the movable end surface of the traction platform with the solenoid located in the magnetic field leads to the fact that they move under the constant action of the SAD at the same speed along the reciprocating vacuum-atmospheric cycle. In this case, the work produced by the traction platform will be converted in the solenoid into the work of the Lorentz force, which will generate an induced emf proportional to the work produced by the traction platform.

Соленоид движется за счет постоянно действующей, неизменной по величине САД, которая прямо пропорциональна эффективной площади тяговой платформы.The solenoid moves due to a constantly acting, constant-value SBP, which is directly proportional to the effective area of the traction platform.

А создающая движению соленоида сопротивление (магнитное торможение) сила Ампера Famp, прямо пропорциональна силе тока, который генерируется соленоидом для работы на нагрузку, и так же прямо пропорционально зависит от площади сечения соленоида. Таким образом, именно равенство эффективной площади тяговой платформы Sэфф и площади сечения соленоида Sc позволяет получить максимальный КПД устройства.And the Ampere force Famp, which creates resistance (magnetic braking) to the movement of the solenoid, is directly proportional to the current strength that is generated by the solenoid to work on the load, and also directly proportional to the cross-sectional area of the solenoid. Thus, it is the equality of the effective area of the traction platform S eff and the cross-sectional area of the solenoid Sc that makes it possible to obtain the maximum efficiency of the device.

Если площадь Sэфф будет больше сечения площади соленоида Sc, то сила Fk будет больше силы Famp, и в этом случае будет затрачиваться больше энергии на откачку рабочей камеры, чем может генериро- 5 044395 вать соленоид.If the area S eff is greater than the cross-sectional area of the solenoid Sc, then the force F k will be greater than the force Famp, and in this case more energy will be spent on pumping the working chamber than the solenoid can generate.

Если же сечение соленоида больше эффективной площади Sэфф, то невозможно будет получить максимальный ток, на который рассчитаны параметры соленоида.If the cross section of the solenoid is larger than the effective area S eff , then it will be impossible to obtain the maximum current for which the solenoid parameters are designed.

Очевидно, что, исходя из формул (2) и (7), объём рабочей полости Vk и объём соленоида Vc также должны быть равны для оптимальной генерации электрической энергии.It is obvious that, based on formulas (2) and (7), the volume of the working cavity V k and the volume of the solenoid Vc must also be equal for optimal generation of electrical energy.

Таким образом, в заявляемом способе получения полезной электрической энергии и в устройстве для его осуществления должны соблюдаться следующие соотношения:Thus, in the claimed method of obtaining useful electrical energy and in the device for its implementation, the following relationships must be observed:

$* = $с±Д$с (9) ^=ГС±ДГС (10)$* = $ с ±Д$с (9) ^=Г С ±ДГ С (10)

Предложенное техническое решение устройства позволяет реализовать все вышеуказанные преимущества заявленного способа.The proposed technical solution of the device makes it possible to realize all the above advantages of the claimed method.

Основной особенностью конструкции является такое расположение соосных оппозитных рабочих камер, когда их рабочие подвижные элементы расположены не навстречу друг другу, а развернуты в противоположные стороны относительно неподвижной опорной поверхности. В отличие от устройств ДВС и схем вышеописанных аналогов, включая наиболее близкие.The main feature of the design is the arrangement of coaxial opposed working chambers, when their working moving elements are not located towards each other, but are turned in opposite directions relative to the fixed supporting surface. In contrast to internal combustion engine devices and the circuits of the analogues described above, including the closest ones.

При этом жесткое соединение подвижных элементов, выполненных в виде тяговых платформ, между собой дополнительными тягами, расположенными за пределами оппозитных рабочих камер, позволяет им двигаться одновременно в одну и ту же сторону. Образуя при этом единый жесткий силовой блок, обеспечивающий постоянное и неизменное по величине действие силы атмосферного давления на подвижный элемент линейного генератора, при его возвратно-поступательном движении.In this case, the rigid connection of the moving elements, made in the form of traction platforms, with each other by additional rods located outside the opposite working chambers allows them to move simultaneously in the same direction. Forming at the same time a single rigid power block, ensuring a constant and unchanged in magnitude action of the force of atmospheric pressure on the moving element of the linear generator during its reciprocating motion.

Предложенная схема устройства также позволяет расположить на одной оси с тяговыми платформами оппозитных рабочих камер и линейный генератор и инерционный накопитель энергии, разнесенные относительно силового блока.The proposed design of the device also makes it possible to place on the same axis with the traction platforms of the opposed working chambers both a linear generator and an inertial energy storage device, spaced apart from the power unit.

Заявленное техническое решение устройства, обеспечивающее соосность всех элементов его компоновочной схемы, обуславливает очень высокую прочность и жёсткость всей конструкции и, как следствие, надежность ее работы.The declared technical solution of the device, which ensures the alignment of all elements of its layout, determines very high strength and rigidity of the entire structure and, as a consequence, the reliability of its operation.

В отличие от вышеописанных аналогов, в конструкциях которых линейные генераторы расположены между оппозитными рабочими камерами, что снижает прочность всей конструкции в целом, и, как следствие, надежность ее работы, а также ограничивается возможность применения дополнительных устройств.Unlike the analogues described above, in the designs of which linear generators are located between opposed working chambers, which reduces the strength of the entire structure as a whole, and, as a consequence, the reliability of its operation, and also limits the possibility of using additional devices.

Жесткое соединение тяговых платформ рабочих камер позволяет силовой паре работать в режиме однотактного вакуумно-атмосферного цикла, при котором каждый ход силовой пары есть рабочий, в отличие, к примеру, от классических двух и четырехтактных циклов двигателей внутреннего сгорания, в которых поршни соединены карданным валом, и движутся в оппозитной паре на встречу друг к другу.The rigid connection of the traction platforms of the working chambers allows the power couple to operate in a single-stroke vacuum-atmospheric cycle mode, in which each stroke of the power couple is a working stroke, in contrast, for example, to the classical two and four-stroke cycles of internal combustion engines, in which the pistons are connected by a driveshaft, and move in an opposite pair towards each other.

В данном случае, любое движение силовой пары в обе стороны является рабочим, соответственно каждый ход катушки индуктивности в магнитном поле линейного генератора так же является рабочим, что позволяет получать на выходе устройства стабильное напряжение в виде синусоиды без потери мощности на холостом ходу.In this case, any movement of the power pair in both directions is working, respectively, each stroke of the inductor in the magnetic field of the linear generator is also working, which allows you to obtain a stable voltage at the output of the device in the form of a sinusoid without loss of power at idle.

Подсоединение к противоположному концу штока линейного генератора инерционного накопителя энергии посредством КШМ позволяет жестко ограничить рабочий ход и обеспечить плавный переход мертвых точек катушками индуктивности в магнитном поле, при этом не снижать отдаваемую мощность катушек на нагрузку.Connecting an inertial energy storage device to the opposite end of the rod of a linear generator by means of a crankshaft makes it possible to strictly limit the working stroke and ensure a smooth transition of dead points by the inductor coils in the magnetic field, without reducing the power output of the coils to the load.

Кроме этого, КШМ обеспечивает передачу дополнительной мощности от инерционного накопителя линейному генератору при необходимости компенсации пиковых максимальных потреблений энергии индуктивной нагрузкой, а так же повысить КПД устройства до 80-85%.In addition, the KShM ensures the transfer of additional power from the inertial storage device to the linear generator if it is necessary to compensate for peak maximum energy consumption by an inductive load, as well as increase the efficiency of the device to 80-85%.

Заявленный способ образования силовой пары с инерционным накопителем энергии обеспечивает в устройстве равномерную силовую нагрузку сильфонов при конвертации ее в полезную работу катушки индуктивности, что способствует надежности и увеличению ресурса его работы.The claimed method of forming a power pair with an inertial energy storage device ensures a uniform power load of the bellows in the device when converting it into the useful work of the inductor, which contributes to the reliability and increase in the service life of its operation.

Таким образом, совокупность признаков заявляемого изобретения является необходимой и достаточной для достижения поставленной цели.Thus, the set of features of the claimed invention is necessary and sufficient to achieve the stated goal.

На чертеже представлена схема заявляемого устройства для случая, когда устройство содержит одну силовую пару, состоящую из двух сильфонов 1, 2;The drawing shows a diagram of the inventive device for the case when the device contains one power pair, consisting of two bellows 1, 2;

подвижные торцы сильфонов - тяговые платформы 3 и 4, а также вакуумные полости сильфонов находятся в среднем положении рабочего хода/холостого хода;the movable ends of the bellows - traction platforms 3 and 4, as well as the vacuum cavities of the bellows are in the middle position of the working stroke/idle stroke;

стрелками показано направление движения рабочей среды через полость опорной поверхности/силовую пару;arrows indicate the direction of movement of the working medium through the cavity of the supporting surface/power couple;

система откачки/напуска рабочей среды (атмосферного воздуха) не показана;the system for pumping out/injecting the working medium (atmospheric air) is not shown;

R - радиус/длина кривошипа коленвала; 2R - длина соленоида/подвижного элемента линейного генератора.R - radius/length of the crankshaft; 2R is the length of the solenoid/moving element of the linear generator.

Сильфоны 1, 2 содержат клапаны напуска, соответственно, 5 и 6 рабочей среды (атмосферного воздуха), и клапаны, соответственно 7 и 8 вакуумной системы откачки. Тяговые платформы 3 и 4 - подвиж-Bellows 1, 2 contain inlet valves, respectively 5 and 6, of the working medium (atmospheric air), and valves, respectively 7 and 8, of the vacuum pumping system. Traction platforms 3 and 4 - movable

Claims (2)

ные торцы сильфонов жестко соединены тягами 9 и движутся синхронно в обе стороны. Неподвижные торцы сильфонов жестко закреплены на опорной поверхности 10 корпуса устройства.The ends of the bellows are rigidly connected by rods 9 and move synchronously in both directions. The fixed ends of the bellows are rigidly fixed to the supporting surface 10 of the device body. Правая тяговая платформа 4 жестко соединена линейным генератором посредством штока 11, на котором находятся катушки индуктивности 12, находящиеся в магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами (на чертеже не показаны).The right traction platform 4 is rigidly connected to a linear generator by means of a rod 11, on which there are inductors 12 located in a magnetic field created by permanent magnets (not shown in the drawing). Левая тяговая платформа 3 жестко соединена с инерционным накопителем энергии 13 посредством штока 14. Все три узла компоновочной схемы устройства жестко зафиксированы на базовой плите 15.The left traction platform 3 is rigidly connected to the inertial energy storage 13 via a rod 14. All three nodes of the device layout are rigidly fixed to the base plate 15. Вакуумная система откачки содержит стандартный набор элементов, обеспечивающую работу технологии ВАУМ, в том числе и по замкнутому контуру без выхода в атмосферу, поэтому на чертеже не показаны.The vacuum pumping system contains a standard set of elements that ensures the operation of the VAUM technology, including in a closed loop without venting to the atmosphere, and is therefore not shown in the drawing. Устройство работает следующим образом.The device works as follows. В начальном положении (на чертеже показана кинематическая схема устройства в среднем положении рабочего/холостого хода) клапан напуска 6 левого сильфона открыт, а клапан откачки 8 закрыт. При этом вакуумная полость левого сильфона наполнена компенсирующей рабочей средой под атмосферным давлением и САД не оказывает давления на его тяговую платформу 3, т.е. левый сильфон осуществляет холостой ход.In the initial position (the drawing shows the kinematic diagram of the device in the middle operating/idling position), the inlet valve 6 of the left bellows is open, and the pumping valve 8 is closed. In this case, the vacuum cavity of the left bellows is filled with a compensating working medium under atmospheric pressure and the SAD does not exert pressure on its traction platform 3, i.e. The left bellows is idling. В это время клапан напуска 5 правого сильфона закрыт, а клапан откачки 7 открыт, при этом, вакуумная полость правого сильфона откачана до давления Р0 и САД действует на его тяговую платформу 4, сжимая сильфон и одновременно двигая влево катушку индуктивности, т.е. правый сильфон осуществляет рабочий ход.At this time, the inlet valve 5 of the right bellows is closed, and the pumping valve 7 is open, while the vacuum cavity of the right bellows is pumped out to pressure P 0 and the SAD acts on its traction platform 4, compressing the bellows and simultaneously moving the inductor to the left, i.e. the right bellows carries out the working stroke. Так как подвижные тяговые платформы жестко связаны тягами 9, то левая тяговая платформа также движется влево и передаёт усилие САД посредством КИМ на инерционный накопитель энергии 13.Since the movable traction platforms are rigidly connected by rods 9, the left traction platform also moves to the left and transmits the force of the SAM via a CMM to the inertial energy storage device 13. При прохождении левой мёртвой точки в левом сильфоне клапан напуска 6 закрывается, а клапан откачки 8 открывается. При этом левый сильфон выполняет рабочий ход, одновременно двигая вправо катушку индуктивности, а правый сильфон выполняет холостой ход.When passing the left dead center in the left bellows, the inlet valve 6 closes and the pump-out valve 8 opens. In this case, the left bellows performs a working stroke, simultaneously moving the inductor to the right, and the right bellows performs an idle stroke. При прохождении правой мертвой точки клапаны снова синхронно переключаются и цикл возвратно-поступательного движения повторяется.When passing the right dead center, the valves switch synchronously again and the reciprocating cycle repeats. Таким образом, в устройстве производится работа по замкнутому вакуумно-атмосферному циклу, в котором каждый ход является рабочим.Thus, the device operates in a closed vacuum-atmospheric cycle, in which each stroke is a working stroke. Обеспечение возможности быстрого изменения давления в рабочей камере позволяет получить непрерывный цикличный процесс движения тяговых платформ, которые жестко соединены тягами и представляют собой единую конструкцию - силовую пару, совершающую работу по однотактному вакуумноатмосферному циклу.Providing the possibility of quickly changing the pressure in the working chamber allows us to obtain a continuous cyclic process of movement of traction platforms, which are rigidly connected by rods and represent a single structure - a power couple that performs work in a single-cycle vacuum-atmospheric cycle. При этом действующая на тяговые платформы САД постоянна по величине по всей длине рабочего хода и определяется только площадью торцевой поверхности сильфона и разницей внешнего и внутреннего давлений в сильфоне.In this case, the SBP acting on the traction platforms is constant in magnitude along the entire length of the working stroke and is determined only by the area of the end surface of the bellows and the difference in external and internal pressures in the bellows. При первоначальном запуске устройство должно проработать на холостом ходу, пока инерционный накопитель не наберет необходимую кинетическую энергию для механического сглаживания возможного торможения движения системы линейного генератора при подключении пиковых нагрузок.During initial startup, the device should operate at idle until the inertial accumulator accumulates the necessary kinetic energy to mechanically smooth out possible braking of the linear generator system when connecting peak loads. Применение данного устройства, реализующего заявленный способ получения полезной электрической энергии позволит создать экономичные вакуумно-атмосферные генераторы чистой электроэнергии с КПД до 85%.The use of this device, which implements the claimed method of obtaining useful electrical energy, will make it possible to create economical vacuum-atmospheric generators of clean electricity with an efficiency of up to 85%. А также мощные двигатели с малым потреблением топлива, что даст значительную экономию топлива для комбинированных автономных бензиновых и дизельных электростанций при той же отдаваемой мощности.As well as powerful engines with low fuel consumption, which will provide significant fuel savings for combined autonomous gasoline and diesel power plants with the same output power. Замкнутый контур движения рабочего тела в заявляемом устройстве исключает выбросы в атмосферу, чем обеспечивается его экологически чистая работа.The closed circuit of movement of the working fluid in the inventive device eliminates emissions into the atmosphere, which ensures its environmentally friendly operation. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ получения полезной электрической энергии, включающий использование силы атмосферного давления для обеспечения возвратно-поступательного перемещения подвижного рабочего элемента линейного генератора электрической энергии, кинематически связанного одновременно с подвижными элементами двух соосных вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами, в которые циклично напускают и откачивают атмосферу так, что напуск атмосферы в одну из камер осуществляют одновременно с ее откачкой из второй камеры, отличающийся тем, что наряду с этим осуществляют передачу линейному генератору дополнительной мощности от инерционного накопителя энергии, воздействуя одновременно на подвижные элементы обеих вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами, посредством кривошипно-шатунного механизма, через дополнительное кинематическое звено, с обеспечением соосности всех элементов компоновочной схемы.1. A method for obtaining useful electrical energy, including the use of atmospheric pressure to ensure reciprocating movement of the movable working element of a linear electric energy generator, kinematically connected simultaneously with the movable elements of two coaxial vacuum working chambers with variable volumes, into which the atmosphere is cyclically injected and pumped out so , that the infusion of atmosphere into one of the chambers is carried out simultaneously with its pumping out from the second chamber, characterized in that, along with this, additional power is transferred to the linear generator from the inertial energy storage device, simultaneously acting on the moving elements of both vacuum working chambers with variable volumes, by means of a crank - connecting rod mechanism, through an additional kinematic link, ensuring the alignment of all elements of the layout diagram. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длину кривошипа/кривошипно-шатунного механизма выбирают из соотношения l = L/2, где L - длина хода подвижного рабочего элемента линейного генератора,2. The method according to claim 1, characterized in that the length of the crank/crank mechanism is selected from the ratio l = L/2, where L is the stroke length of the movable working element of the linear generator, --
EA202000115 2017-09-25 2018-09-20 METHOD FOR OBTAINING USEFUL ELECTRICAL ENERGY AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION EA044395B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201709334 2017-09-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA044395B1 true EA044395B1 (en) 2023-08-24

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4656840B2 (en) Free piston device with electric linear drive
US6532916B2 (en) Opposed piston linearly oscillating power unit
US7255070B2 (en) Internal combustion engine
JP2013526677A (en) Free piston internal combustion engine
KR20010020289A (en) Internal combustion engine
KR101618915B1 (en) Stationary block rotary engine/generator
KR960008774B1 (en) Power aggregate
RU2144990C1 (en) Fuel-electric converter
EA044395B1 (en) METHOD FOR OBTAINING USEFUL ELECTRICAL ENERGY AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2411379C2 (en) Linear electric hydrodynamic internal combustion engine by va kushchenko
US11840957B2 (en) Adaptive linear linked piston electric power generator
WO2019059878A1 (en) Method of converting atmospheric potential energy into useable electrical energy, and device for implementing same
RU2213236C1 (en) Power plant
RU2340783C1 (en) Unit of pistons and power module armature
RU2328607C1 (en) Method of load synchronisation of free-piston internal combustion engine pistons motion
CN2323507Y (en) Internal combustion recipracating engine generator
CN105986890A (en) Free piston type internal combustion linear generator
US11746691B2 (en) Opposing piston synchronized linear engine-alternator (OPSLEA) for electrical power generation
CN215719097U (en) Multi-cylinder engine without crankshaft
KR100404654B1 (en) Reciprocating electrical generator
RU2517956C1 (en) Plunger-free engine
CN115163297A (en) Four-cylinder free piston generator
RU2176025C1 (en) Power-generating heat engine
RU2109156C1 (en) Mobile heat-electric power plant for ambulances
RU2037254C1 (en) Electric generator integrated with internal combustion engine