PL185690B1

PL185690B1 - Urządzenie hydrauliczne

Info

Publication number: PL185690B1
Application number: PL97332826A
Authority: PL
Inventors: Miroslav Sedlacek; Stanislav Hostin
Original assignee: Stanislav Hostin; Miroslav Sedlacek
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 2003-07-31
Also published as: DE69713168D1; ATE218674T1; JP2001507423A; EP1015760B1; SK38299A3; HU222826B1; DE69713168T2; RU2185525C2; HUP0000098A1; CA2268793A1; TR199900830T2; SI9720064A; NZ334927A; DK1015760T3; NO991755L; CA2268793C; NO991755D0; UA46871C2; CN1233315A; JP4124274B2

Abstract

1. Urzadzenie hydrauliczne zawiera- jace zbiornik plynu wyposazony we wlot i co najmniej jedna wylotowa dysze, zna- mienne tym, ze w obszarze przeplywu wylotowej dyszy (3) ma podparty obrotowo na podtrzymujacym elemencie (4) co naj- mniej jeden wirnik (5), majacy postac bryly o ksztalcie obrotowym, który jest w tocz- nym kontakcie z wewnetrzna scianka wy- lotowej dyszy (3). Fig. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie hydrauliczne, które ma zbiornik płynu z wlotem i z co najmniej jedną dyszą wylotową.

Znany jest silnik hydrauliczny, przedstawiony w świadectwie autorskim nr 941 665 dawnego ZSRR składający się z kanału prostującego, posiadającego zwężający się wylot.

185 690

W osi tego zwężającego się wylotu zamontowany jest na wale kulisty wirnik, który jest połączony z silnikiem rozruchowym.

Przy rozpoczynaniu działania najpierw wał wprawiany jest w ruch obrotowy, a przez to również kulisty wirnik. Strumień płynu, który w zwężającym się wylocie przepływa wokół kuli, jest wprawiany przez to w ruch obrotowy. Wirujący strumień płynu podtrzymuje następnie ruch obrotowy kulistego wirnika na skutek tarcia pomiędzy płynem a jego powierzchnią. Trzeba podkreślić, że kulisty wirnik nie toczy się po ściankach zwężającego się wylotu w żadnym trybie działania.

Wadą tego rozwiązania jest to, że silnik hydrauliczny nie może zostać uruchomiony bez pomocniczego silnika rozruchowego.

Z innego świadectwa autorskiego nr 1701971 byłego ZSRR znany jest analogiczny silnik hydrauliczny, w którym silnik rozruchowy jest zastąpiony spiralnymi łopatkami zamontowanymi w zwężającym się wylocie.

W przypadku tego rozwiązania również nie zakłada się, aby wirnik toczył się po ściance zwężającego się wylotu.

W praktyce pokazano, że przepływ wokół opisanego typu wirnika powoduje niepotrzebne straty. Właśnie dlatego poszukiwano odpowiedniejszego rozwiązania urządzenia hydraulicznego o większej sprawności.

Zgodnie z wynalazkiem urządzenie hydrauliczne zawiera zbiornik płynu wyposażony we wlot i co najmniej jedną wylotową dyszę. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że w obszarze przepływu wylotowej dyszy ma podparty obrotowo na podtrzymującym elemencie co najmniej jeden wirnik, mający postać bryły o kształcie obrotowym, który jest w tocznym kontakcie z wewnętrzną ścianką wylotowej dyszy.

Korzystnym jest, że objętość wirnika jest podzielona płaszczyzną o największej średnicy na dwie części o różnych pojemnościach, przy czym pierwsza część wirnika przy wylotowej dyszy jest większa niż druga część wirnika po stronie przeciwnej względem wylotowej dyszy. Objętość drugiej części wirnika po stronie przeciwnej względem wylotowej dyszy jest równa zero, zaś co najmniej część powierzchni pierwszej części wirnika w sąsiedztwie wylotowej dyszy jest kształtu kulistego. Wirnik ma kształt kulisty, a podtrzymujący element jest umieszczony w wylotowej dyszy za wirnikiem i zawiera miejsce podparcia. Podtrzymujący element zawiera wał osadzony obrotowo w ramie i podtrzymujący wirnik w osi wylotowej dyszy, przy czym wał jest giętki przynajmniej w określonej sekcji. Również korzystnie podtrzymujący element zawiera wał korbowy osadzony obrotowo w ramie i podtrzymujący wirnik poza osią wylotowej dyszy. Wirnik jest wyposażony w magnesy naprzeciw których w wylotowej dyszy zamontowane są uzwojenia magnetyczne. Również korzystnie wirnik jest wyposażony w uzwojenia magnetyczne, naprzeciw których w wylotowej dyszy zamontowane są magnesy, przy czym wirnik jest wykonany w postaci przeciwprądowej turbiny o kształcie rurowej gruszki oraz ma generator. Wirnik jest połączony z zespołem napędzającym.

Według odmiany wynalazku, urządzenie hydrauliczne zawierające zbiornik płynu wyposażony we wlot i co najmniej jedną wylotową dyszę charakteryzuje się tym, że w obszarze przepływu wylotowej dyszy jest zamontowany nieobrotowo wirnik mający postać bryły o kształcie obrotowym, przy czym wylotową dyszą jest osądzona ślizgowo w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku przepływu oraz jest w tocznym kontakcie z wirnikiem.

Urządzenie hydrauliczne według wynalazku umożliwia sprawne wykorzystywanie energii płynącego płynu, którym może być nie tylko ciecz, ale również gaz oraz mieszaniny cieczy i gazów. Większą sprawność możną uzyskiwać zwłaszcza przez zmniejszenie oporów, które mają miejsce, gdy wirnik toczy się w płynie. Urządzenie takie może działać nawet z płynami, które są bardzo zanieczyszczone mechanicznymi cząstkami. Ponadto ewentualna wymiana zużytych części jest bardzo łatwa.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, na któiym fig. 1 przedstawia przykład wykonania urządzenia hydrauHcznego, fig. 2 przykład wykonania wirnika, fig. 3 inny przykład wykonania wirnika, fig. 4 przykład wykonania urządzenia hydraulicznego według wynalazku, fig. 5 inny przykład wykonania urządzenia hydraulicznego według wynalazku, fig. 6 inny przykład wykonania urządzenia hydraulicznego według wynalazku, fig. 7

185 690 przykład wykonania urządzenia hydraulicznego według wynalazku przeznaczonego do uzyskiwania energii elektrycznej, fig. 8 inny przykład wykonania urządzenia hydraulicznego do otrzymywania energii elektrycznej, fig. 9 inny przykład wykonania urządzenia hydraulicznego do uzyskiwania energii elektrycznej, fig. 10 urządzenie hydrauliczne zainstalowane w swobodnym strumieniu, fig. 11 urządzenie hydrauliczne zainstalowane w przewodzie rurowym, fig. 12 urządzenie hydrauliczne działające jako pompa, zaś fig. 13 - przykład wykonania urządzenia hydraulicznego z kulistym wirnikiem.

Urządzenie hydrauliczne według fig. 1 złożone jest z metalowego zbiornika 1 wody, wyposażonego w swej górnej części we wlot 2 a w swej dolnej części w wylotową dyszę 3 w kształcie zwężającego się wylotu. Na górnej krawędzi zbiornika 1 zamocowana jest rama 14, w której osadzony jest obrotowo wał 11, którego dr^^^a sekcja jest giętka. Na poziomie wylotowej dyszy 3 na wale 11 zamontowany jest wirnik 5 wykonany z tworzywa sztucznego. Wirnik 5 jest reprezentowany przez obrotową bryłę, której pojemność jest podzielona przez płaszczyznę 6 o największej średnicy na dwie części. Pierwsza część 9 wirnika 5 usytuowana poniżej płaszczyzny 6 ma większą pojemność niż druga część 10 wirnika 5. Fig. 13 przedstawia analogiczny przykład wykonania, który różni się tylko kształtem wirnika 5, który w tym przypadku jest kulisty.

Woda doprowadzana do zbiornika 1 poprzez wlot 2 przepływa ze zbiornika 1 poprzez wylotową dyszę 3, a strumień wypływającej wody powoduje, że wirnik 5 zaczyna toczyć się ruchem kołowym wzdłuż ścianek wylotowej dyszy 3.

Toczenie się wirnika 5 wzdłuż wewnętrznej ścianki wylotowej dyszy 3 jest umożliwione przez giętką część wału 11. Obrotowy ruch wirnika 5 może być wykorzystywany do napędzania różnych narzędzia albo też może być przenoszony za pomocą wału 11, np. na nie pokazany generator energii elektrycznej.

Oczywiście podtrzymujący element 4 może być zainstalowany również pod wirnikiem 5, jak to pokazano na fig. 5. Działanie tego przykładowego wykonania jest takie samo jak działanie wyżej opisanego rozwiązania.

Maksymalną wydajność uzyskuje się wtedy, gdy pojemność drugiej części 10 wirnika powyżej płaszczyzny 6 o największej średnicy zbliża się do zera. Idealny przykład wykonania przedstawiono na fig. 2, gdzie wirnik 5 jest reprezentowany przez półkulę, tak że pojemność drugiej części 10 powyżej płaszczyzny o największej średnicy jest równa zeru.

Pierwsza część 9 wirnika, która sąsiaduje z wylotową dyszą 3, nie musi oczywiście mieć kształtu półkuli. Na fig. 3 przedstawiono kształt wycinka kuli. Zwykle wystarczyłoby, gdyby chodziło o bryłę obrotową np. elipsoidę. Druga część 10 wirnika 5 według fig. 3 reprezentowana jest przez część elipsoidy. Pojemność drugiej części 10 wirnika jest znacznie mniejsza niż pojemność pierwszej części. Oczywiście wirnik 5 może być wydrążony.

Na fig. 4 przedstawiono przykład wykonania urządzenia hydraulicznego, którego podtrzymujący element 4 ma miejsce podparcia 8, umieszczone w wylotowej dyszy 3 za wirnikiem 5 względem kierunku przepływu. Pierwsza część 9 wirnika 5, wykonana z tworzywa sztucznego, ma kształt półkuli, a druga część 10 ma kształt części elipsoidy. Wirnik 5 jest zamontowany w miejscu podparcia 8 w sposób swobodny, tak że toczy się on po ściankach wylotowej dyszy 3, gdy płyn przechodzi przez wylotową dyszę 3. Taki kształt wirnika 5 gwarantuje, że jest on ustawiany stale przez swą pierwszą część 9 o większej objętości w kierunku do wylotowej dyszy 3.

Miejsce podparcia 8 może mieć regulowaną wysokość za pomocą urządzenia regulacyjnego, nie przedstawionego na rysunku.

Jedna z możliwości wykorzystania otrzymanej w ten sposób energii polega na zamontowaniu systemu magnesów 12 w wirniku 5, a następnie zamontowania na ich poziomie systemu uzwojeń magnetycznych 13 w ściance wylotowej dyszy 3.

Toczenie się wirnika 5 powoduje względny ruch pomiędzy magnesami 12 a uzwojeniami magnetycznymi 13, na skutek czego indukowany jest prąd elektryczny.

Na fig. 6 przedstawiono przykład wykonania urządzenia hydraulicznego według wynalazku, którego wirnik 5 jest wsparty przez wał korbowy 15. Wał korbowy 15 jest obrotowy w ramie 14, której środek jest identyczny z osią wylotowej dyszy 3. Rama 14 może być

185 690 usytuowana albo pod wylotową dyszą 3 (jak to pokazano na fig. 6), albo nad wylotową dyszą 3 (analogicznie jak w przykładzie wykonania z fig. 1). Na wale korbowym 15 obraca się wirnik 5. Długość korby wału korbowego 15 jest dobrana tak, że wirnik 5 może stykać się ze ścianką wylotowej dyszy 3 wzdłuż której toczy się on napędzany przez strumień płynu przepływającego przez wylotową dyszę 3. Moment obrotowy działający na wał korbowy 15 może być wykorzystywany np. do napędzania generatora prądu elektrycznego.

Uzyskana energia może być również wykorzystywana zgodnie z przykładem wykonania pokazanym na fig. 7 (analogicznie jak w przykładzie wykonania pokazanym na fig. 4) w taki sposób, że wirnik 5 jest wyposażony w system magnesów 12, na poziomie których w ściance wylotowej dyszy 3 zamontowane są uzwojenia magnetyczne 13, w których prąd elektryczny jest indukowany na skutek toczenia się wirnika 5.

Figura 8 przedstawia przykład wykonania analogiczny do przykładu wykonania z fig. 7 z tą różnicą, że położenia magnesów 12 i uzwojeń magnetycznych 13 są wzajemnie zamienione, tak że indukowany prąd elektryczny jest pobierany z wirnika 5.

Figura 9 przedstawia przykład wykonania urządzenia hydraulicznego analogiczny do przykładu wykonania z fig. 6. Wirnik 5 przykładu wykonania z fig. 9 jest reprezentowany przez tak zwany pływający wokół generator 16, którego uzwojenia magnetyczne 13, jak również magnesy 12 są zamontowane w wirniku 5. Szybszy ruch względny pomiędzy uzwojeniami magnetycznymi 13 a magnesami 12 można osiągnąć np. za pomocą nie przedstawionej przekładni planetarnej.

Zbiornik 1 we wszystkich wymienionych powyżej przykładach wykonania urządzenia hydraulicznego według wynalazku nie musi być reprezentowany tylko przez zbiornik. Ten zbiornik 1 może być utworzony np. przez tamę na rzece lub strumieniu, jak pokazano na fig. 10.

Zbiornik 1 może być również reprezentowany przez część rurociągu 17, jak pokazano na fig. 11. Kierunek strumienia wody w rurociągu 17 jest zaznaczony strzałką. Przepływ wody w rurociągu 17 powoduje obracanie się wirnika 5 w taki sam sposób jak w poprzednio wymienionych przykładach wykonania. Równocześnie przepływ wody dociska wirnik 3 do miejsca podparcia 8. Prąd elektryczny jest indukowany w uzwojeniach magnetycznych 13 w taki sam sposób jak w wyżej wymienionych przykładach wykonania.

Zgodnie z przykładem wykonania przedstawionym na fig. 11, jest oczywiste, że urządzenie hydrauliczne według wynalazku może pracować nie tylko w przybliżeniu pionowym ustawieniu osi wylotowej dyszy 3, kiedy ciecz wypływa, grawitacyjnie, ale jeżeli płyn jest doprowadzany do wylotowej dyszy 3 pod wystarczającym ciśnieniem, oś wylotowej dyszy 3 może być ustawiona dowolnie.

Płyn nie musi być tylko cieczą. Urządzenie działa nawet wtedy, jeżeli medium jest reprezentowane przez gaz, ewentualnie mieszaninę gazów i cieczy. Opisane przykłady wykazują, że urządzenie według wynalazku może działać jako źródło momentu obrotowego i jako generator prądu elektrycznego.

Urządzenie to może jednak działać również jako pompa. Przykład takiego rozwiązania przedstawiono na fig. 12. Do wału 11 dołączony jest zespół napędzający 18, którym może być silnik elektryczny napędzający wirnik 5 za pomocą wału 11. Część wału 11 jest giętka, tak że kiedy wirnik 5 obraca się, wówczas zaczyna toczyć się po ściance wylotowej dyszy 3 w ten sposób płyn jest pompowany ze zbiornika 1 do komory 19. Zespół napędzający 18 może być reprezentowany przez dowolny silnik, ewentualnie przez napęd ręczny z odpowiednim mechanizmem przekładniowym.

Oczywiście urządzenie hydrauliczne według wynalazku może być dostosowane tak, aby wirnik 5 był nieruchomy, a wylotowa dysza 3 toczyła się. W takim przykładzie wykonania dysza musi być zamontowana przesuwnie w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku przepływu.

185 690

Fig. 2

Fig. 3

185 690

Fig. 5

185 690

Fig. 7

185 690

Fig. 9

185 690

Fig. U

185 690

Fig. 12

185 690

Fig. 13

185 690

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie hydrauliczne zawierające zbiornik płynu wyposażony we wlot i co najmniej jedną wylotową dyszę, znamienne tym, że w obszarze przepływu wylotowej dyszy (3) ma podparty obrotowo na podtrzymującym elemencie (4) co najmniej jeden wirnik (5), mający postać bryły o kształcie obrotowym, który jest w tocznym kontakcie z wewnętrzną ścianką wylotowej dyszy (3).
2. Urządzenie hydrauliczne według zastrz. 1, znamienne tym, że objętość wirnika (5) jest podzielona płaszczyzną (6) o największej średnicy na dwie części (9, 10) o różnych pojemnościach, przy czym pierwsza część (9) wirnika (5) przy wylotowej dyszy (3) jest większa niż druga część (10) wirnika (5) po stronie przeciwnej względem wylotowej dyszy (3).
3. Urządzenie hydrauliczne według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że objętość drugiej części (10) wirnika (5) po stronie przeciwnej względem wylotowej dyszy (3) jest równa zero.
4. Urządzenie hydrauliczne według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że co najmniej część powierzchni pierwszej części (9) wirnika (5) w sąsiedztwie wylotowej dyszy (3) jest kształtu kulistego.
5. Urządzenie hydrauliczne według zastrz. 1, znamienne tym, że wirnik (5) ma kształt kulisty.
6. Urządzenie hydrauliczne według zastrz. 1, znamienne tym, że podtrzymujący element (4) jest umieszczony w wylotowej dyszy (3) za wirnikiem (5) i zawiera miejsce podparcia (8).
7. Urządzenie hydrauliczne według zastrz. 1, znamienne tym, że podtrzymujący element (4) zawiera wał (11) osadzony obrotowo w ramie (14) i podtrzymujący wirnik (5) w osi wylotowej dyszy (3), przy czym wał (11) jest giętki przynajmniej w określonej sekcji.
8. Urządzenie hydrauliczne według zastrz. 1, znamienne tym, że podtrzymujący element (4) zawiera wał korbowy (15) osadzony obrotowo w ramie (14) i podtrzymujący wirnik (5) poza osią wylotowej dyszy (3).

.
9. Urządzenie hydrauliczne według zastrz. 8, znamienne tym, że wirnik (5) jest wyposażony w magnesy (12) naprzeciw których w wylotowej dyszy (3) zamontowane są uzwojenia magnetyczne (13).
10. Urządzenie hydrauliczne według zastrz. 9, znamienne tym, że wirnik (5) jest wyposażony w uzwojenia magnetyczne (13), naprzeciw których w wylotowej dyszy (3) zamontowane są magnesy (12).
11. Urządzenie hydrauliczne według zastrz. 1, znamienne tym, że wirnik (5) jest wykonany w postaci przeciwprądowej turbiny o kształcie rurowej gruszki oraz ma generator (16).
12. Urządzenie hydrauliczne według zastrz. 1, znamienne tym, że wirnik (5) jest połączony z zespołem napędzającym (18).
13. Urządzenie hydrauliczne zawierające zbiornik płynu wyposażony we wlot i co najmniej jedną wylotową dyszę, znamienne tym, że w obszarze przepływu wylotowej dyszy (3) jest zamontowany nieobrotowo wirnik (5) mający postać bryły o kształcie obrotowym, przy czym wylotowa dysza (3) jest osadzona ślizgowo w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku przepływu oraz jest w tocznym kontakcie z wirnikiem (5).