UA46871C2 - Гідравлічна машина (варіанти) - Google Patents

Abstract

Гідравлічна машина, яка має заповнюваний рідиною резервуар з вхідним отвором та щонайменше одним вихідним соплом. У вихідному соплі розташований встановлений на утримуючому його пристрої щонайменше один виконаний у вигляді тіла обертання ротор, який вільно обертається у вихідному соплі, торкаючись його внутрішньої стінки.

Description

Опис винаходу

Даний винахід відноситься до гідравлічної машини, у якій є заповнюваний рідиною резервуар з вхідним 2 отвором та щонайменше одним вихідним соплом.

В авторському свідоцтві ЗО 1701971 описаний аналогічний гідромотор, запуск якого здійснюється не пусковим двигуном, а за допомогою розташованих в отворі, що звужується, спіральних лопаток. І в цьому гідромоторі передбачається, що обертовий ротор не повинен торкатися стінки вихідного отвору, що звужується.

В авторському свідоцтві ЗО 941665, вибраному як прототип, описаний гідравлічний двигун з перепускним 70 каналом і виконаним у ньому вихідним отвором, що звужується. У каналі, що звужується, на його осі розташований закріплений на валу сферичний ротор. Цей ротор сполучений з пусковим двигуном. При вмиканні пускового двигуна спочатку починають обертатися вал і сполучений з ним ротор. Після цього починає обертатися протікаюча крізь вихідний отвір, що звужується, та обтікаюча сферичний ротор рідина. Після вимикання пускового двигуна ротор продовжує обертатися приведеною в обертання рідиною завдяки наявності 12 тертя між нею та поверхнею сферичного ротора. У такій конструкції при будь-якому режимі роботи гідромотора приведений в обертання ротор не повинен торкатися стінок вихідного отвору, що звужується. Недолік такого гідромотора полягає у тому, що він не може працювати без пускового двигуна.

Досліди, проведені на таких гідромоторах, показали, що обтікання рідиною ротора гідромотора супроводжується невиправданими втратами потужності. З вирішенням саме цієї проблеми і пов'язані дослідження, що проводяться останнім часом, спрямовані на створення гідравлічних машин подібного типу з високим коефіцієнтом корисної дії.

Зазначене вище завдання вирішується за допомогою запропонованої у винаході гідравлічної машини, що містить заповнюваний рідиною резервуар з вхідним отвором і щонайменше одним вихідним соплом, принцип дії якої заснований на тому, що наявний у ній щонайменше один обертовий ротор, виконаний за формою у вигляді с 22 тіла обертання і встановлений за допомогою утримуючого його пристрою у вихідному соплі ємності, може Го) торкатися внутрішньої стінки вихідного сопла і вільно обертатися відносно неї.

Запропонована у винаході конструкція гідравлічної машини дозволяє ефективно використовувати всю потужність протікаючого через неї потоку рідини (власне рідини або газу чи сумішей рідин та газів).

Підвищення коефіцієнта корисної дії запропонованої у винаході гідравлічної машини досягається за рахунок -- зниження опору, що виникає при обертанні ротора в рідині. Запропонована у винаході машина може працювати навіть при наявності в рідині великої кількості забруднюючих її механічних часток. Конструкція запропонованої машини забезпечує також можливість легкої заміни її окремих деталей у випадку їх зносу. со

Для підвищення коефіцієнта корисної дії машини більш прийнятно площиною, що проходить через Ге) максимальний діаметр ротора, розділити його на дві частини різного об'єму; при цьому ближче до вихідного сопла повинна знаходитися частина ротора, що має більший об'єм, а його інша частина з меншим об'ємом М повинна знаходитися з іншого боку ротора на більшій відстані від сопла, ніж перша частина.

В одному з більш прийнятних варіантів винаходу об'єм другої частини ротора дорівнює нулю, а щонайменше частина поверхні першої частини ротора має форму сфери. «

В іншому більш прийнятному варіанті винаходу увесь ротор цілком виконаний у вигляді сфери. З 70 Використовуючи властивості середовища, що обтікає ротор, пристрій, який утримує ротор, можна виконати у с вигляді опорної поверхні, розташованої за ротором у вихідному соплі, або у вигляді гнучкого щонайменше у з» певному перетині вала, встановленого з можливістю обертання в корпусі машини та утримуючого ротор на осі вихідного сопла.

Ще в одному більш прийнятному варіанті винаходу утримуючий ротор пристрій виконаний у вигляді колінчастого вала, встановленого з можливістю обертання в корпусі машини та утримуючого ротор у зміщеному е стосовно осі вихідного сопла положенні.

Ге») Запропонована в даному винаході конструкція, якщо її використовувати для створення встановленої у верхньому б'єфі загати капсульної гідротурбіни, дозволяє досить просто перетворити енергію потоку води, що со рухається, в електричну енергію; для цього ротор турбіни можна використовувати безпосередньо як ротор -І 20 генератора, магніти якого при цьому можна встановити на роторі, а котушки електромагніту - у вихідному соплі навпроти цих магнітів, однак можлива й інша схема з встановленням на роторі котушок, а у вихідному соплі -

З магнітів.

В одному з варіантів винаходу ротор являє собою ротор встановленої у верхньому б'єфі загати капсульної гідротурбіни з вмонтованим генератором. 29 В більш прийнятному варіанті ротор гідравлічної машини з'єднаний з привідним вузлом.

ГФ) У деяких випадках з точки зору кінематики може виявитися доцільним змінити саму принципову схему машини і виконати ротор машини нерухомим, а вихідне сопло -обертовим у відповідній опорі ковзання в площині, о перпендикулярній напряму плину рідини.

Слід також відзначити, що запропоновану у винаході конструкцію можна використовувати і для створення на 60 її базі насоса, з'єднавши для цього її ротор з відповідним приводом.

Нижче запропонована у винаході гідравлічна машина більш докладно розглянута з посиланням на креслення, що додаються, на яких показано: на фіг.1 - зображення одного з варіантів виконання запропонованої у винаході гідравлічної машини, на фіг.2 - зображення одного з варіантів виконання ротора, бо на фіг.3 - зображення іншого варіанта виконання ротора,

на фіг.4 - зображення іншого варіанта виконання запропонованої у винаході гідравлічної машини, на фіг.5 - зображення ще одного варіанта виконання запропонованої у винаході гідравлічної машини, на фіг.6 - зображення ще одного варіанта виконання запропонованої у винаході гідравлічної машини, на фіг.7 - зображення варіанта виконання запропонованої у винаході гідравлічної машини, призначеної для одержання електричної потужності, на фіг.8 - зображення іншого варіанта виконання запропонованої у винаході гідравлічної машини, призначеної для одержання електричної потужності, на фіг.9 - зображення ще одного варіанта виконання запропонованої у винаході гідравлічної машини, 7/0 призначеної для одержання електричної потужності, на фіг.10 - зображення гідравлічної машини, встановленої на ділянці вільного плину рідини, на фіг.11 - зображення гідравлічної машини, встановленої у трубопроводі, на фіг.12 - зображення гідравлічної машини, використовуваної як насос, і на фіг.13 - зображення ще одного варіанта виконання запропонованої у винаході гідравлічної машини, у якої 7/5 ротор має сферичну форму.

Показана на фіг.1 гідравлічна машина має металевий заповнюваний водою резервуар 1, у верхній частині якого розташований вхідний патрубок 2, а в нижній частині - вихідне сопло 3, виконане у вигляді вихідного патрубка, що звужується. На верхній стінці резервуара 1 встановлена рама 14, в якій у підшипниках обертається вал 11, нижній кінець якого виконаний пружним. В резервуарі знаходиться закріплений на кінці вала 11 на рівні 2о вихідного сопла З виготовлений з пластмаси ротор 5. Ротор 5 виконаний у вигляді тіла обертання, а його внутрішня порожнина розділена в площині 6 максимального діаметра на дві частини. Перша частина 9 ротора 5, розташована під площиною 6, має більший об'єм, ніж його друга частина 10. На фіг.13 показано аналогічний варіант виконання запропонованої у винаході гідравлічної машини, ротор якої на відміну від ротора 5 не розділений на дві частини, а виконаний у вигляді однієї сфери. сч

Вода, що подається в резервуар 1 через вхідний патрубок 2 і зливається з нього через вихідне сопло 3, обтікає встановлений на вході у вихідне сопло ротор 5, який при цьому починає рухатися і обертатися, і) торкаючись стінки вихідного сопла 3. Можливість торкання ротора 5 стінки вихідного сопла З забезпечується наявністю на валу 11 гнучкої ділянки. Енергію обертання ротора 5 можна використовувати для привода різноманітних виконавчих механізмів або перетворювати її завдяки наявності вала 11 в інший вид енергії, «- зо наприклад, в електричну енергію за допомогою сполученого з ротором валом 11 не показаного на кресленні генератора. -

В іншому варіанті виконання винаходу, показаному на фіг.5, пристрій 4, що утримує ротор у вихідному со соплі, розташований не над ротором, а під ним. За принципом дії і призначенням виконана таким чином гідравлічна машина нічим не відрізняється від гідравлічної машини, показаної на фіг.1. ре)

Максимальний коефіцієнт корисної дії буде мати така гідравлічна машина, у якої об'єм верхньої частини 10 «Е ротора 5, розташованої над площиною 6 максимального діаметра ротора, приблизно дорівнює нулю. Ідеальний з цього погляду ротор, який показано на фіг.2, виконаний у вигляді напівсфери, а об'єм його верхньої розташованої над площиною максимального діаметра частини 10 дорівнює нулю.

Очевидно, що перша частина 9 ротора 5, яка примикає до вихідного сопла З, не обов'язково повинна мати « форму напівсфери. У ротора, показаного на фіг.3, ця частина має форму сферичного сегмента. Звичайно цілком па) с достатньо, щоб ця частина ротора мала форму будь-якого тіла обертання, наприклад, форму еліпсоїда. Друга частина 10 показаного на фіг.3 ротора 5 має форму частини еліпсоїда. Об'єм другої частини 10 цього ротора ;» набагато менший за об'єм його першої частини 9. Очевидно, що в будь-якому випадку ротор 5 повинен бути порожнистим.

У показаному на фіг.4 варіанті запропонованої у винаході гідравлічної машини утримуючий ротор пристрій 4 їх утворено нерухомою опорною поверхнею 8, що розташована у вихідному соплі З (у напрямі плину рідини) за ротором 5. Перша частина 9 ротора 5, виготовленого з пластмаси, має форму напівсфери, а друга частина 10 -

Ме, форму частини еліпсоїда.

Го! Ротор 5 вільно спирається на опорну поверхню 8 і під дією рідини, що протікає через вихідне сопло 3, обертається уздовж стінки вихідного сопла 3. При наявності описаної вище форми перша, або маюча більший

Ш- об'єм, частина 9 ротора 5 увесь час залишається зверненою до вихідного сопла 3. як Положення опорної поверхні 8 за висотою можна регулювати за допомогою відповідного регулювального пристрою, який на кресленні не показаний.

Один з можливих способів використання енергії обертання ротора в такій гідравлічній машині заснований на ов Встановленні на роторі 5 системи магнітів 12 і одночасному встановленні навпроти них на стінці вихідного сопла З системи котушок 13 електромагніту.

Ф) Обертання ротора 5 супроводжується обертанням магнітів 12 стосовно котушок 13 і, як наслідок цього, ка індукуванням у них електричного струму.

На фіг.б показано ще один варіант запропонованої у винаході гідравлічної машини, ротор 5 якої во встановлений на колінчастому валу 15. Колінчастий вал 15 обертається у встановленому на рамі 14 підшипнику, вісь якого збігається з віссю вихідного сопла 3. Раму 14 можна розмістити або під вихідним соплом З (як це показано на фіг.б), або над вихідним соплом З (аналогічно варіанту, показаному на фіг.1). Встановлений на колінчастому валу 15 ротор 5 може обертатися стосовно вала. Довжина кривошипа колінчастого вала 15 обирається таким чином, щоб ротор 5, який обертається під дією обтікаючого його і протікаючого через вихідне б5 бопло З потоку рідини, міг торкатися стінки вихідного сопла 3. Крутильний момент, утворюваний обертовим ротором на колінчастому валу 15, можна використовувати, наприклад, для привода генератора електричного струму.

У варіанті, показаному на фіг.7, енергія обертання ротора використовується (аналогічно варіанту, показаному на фіг.4) для одержання електричної енергії; з цією метою на роторі 5 встановлена система магнітів 12, а на стінці вихідного сопла З на одному рівні з магнітами встановлена система котушок 13 електромагніту, у яких при обертанні ротора 5 індукується електричний струм.

Гідравлічна машина, показана на фіг.8, відрізняється від гідравлічної машини, показаної на. Фіг.7, тільки іншим взаємним розташуванням магнітів 12 і котушок 13 і, як наслідок цього, тим, що індукований у котушках електричний струм знімається з ротора 5. 70 Гідравлічна машина, показана на фіг.9, принципово виконана так само, як і гідравлічна машина за фіг.б.

Ротором 5 у цій машині є так званий сферичний обтічний генератор 16 з встановленими на ньому котушками 13 електромагніту та магнітами 12. У такому генераторі рух котушок 13 стосовно магнітів 12 з необхідною відносною швидкістю створюється за допомогою, наприклад, не показаної на кресленні планетарної зубчастої передачі.

Резервуар 1, у якому знаходиться рідина, в усіх розглянутих вище варіантах запропонованої у винаході гідравлічної машини не обов'язково повинен бути виконаний у вигляді спеціально виготовленої з цією метою ємності. Таким резервуаром 1 для накопичення води може служити показане на фіг.10 водоймище, що утворилося при перекритті русла ріки або струмка.

Резервуар 1, що показаний на фіг.11, утворений частиною водопроводу 17. Напрям плину води у водопроводі 17 показано стрілкою. Протікаюча через водопровід 17 вода приводить в обертання, як і в розглянутих вище варіантах, поміщений у водопровід ротор 5. Одночасно потік води притискає ротор 5 до опорної поверхні 8. У процесі обертання ротора в котушках 13 електромагніту, як і в розглянутих вище варіантах, індукується електричний струм.

Запропонована у винаході гідравлічна машина може працювати не тільки в тих випадках, коли вісь її сч г вихідного сопла З розташована практично вертикально, а рідина протікає через нього під дією сили ваги, але й при будь-якій іншій просторовій орієнтації осі сопла З і при достатньому для її роботи тиску рідини на вході і) у вихідне сопло. Прикладом такої машини є гідравлічна машина, показана на фіг.11.

Запропонована у винаході гідравлічна машина може працювати не тільки на рідині, але й на газі або на суміші газів та рідин. Розглянуті вище варіанти показують, що запропонована у винаході машина може «- зо працювати і для одержання механічної енергії, і як генератор електричного струму.

Запропонована у винаході машина може також працювати і як насос. Такий варіант виконання - запропонованої у винаході машини показаний на фіг.12. У цьому варіанті вал 11 ротора сполучений з двигуном со 18, зокрема з електричним двигуном, який приводить за допомогою вала 11 в обертання ротор 5. Частина вала 11 виконана гнучкою, що забезпечує можливість торкання ротора 5, який приводиться в обертання, стінки ісе) вихідного сопла 3, в результаті чого рідина з резервуара 1 перекачується в резервуар 19. Як приводний двигун «Е 18 для обертання ротора можна використовувати двигун будь-якого типу, зокрема ручний привод з відповідною зубчастою передачею.

Для спеціаліста в даній галузі техніки очевидно також, що на базі розглянутих вище варіантів достатньо просто сконструювати гідравлічну машину з нерухомим ротором 5 і обертовим вихідним соплом 3. При цьому « сопло, як очевидно, повинне бути встановлене на опорі ковзання, яка забезпечує можливість його переміщення в с в площині, перпендикулярній напряму плину потоку рідини.

Claims (13)

1. ;» Формула винаходу , , , о, , й їз 1. Гідравлічна машина, що містить заповнюваний рідиною резервуар з вхідним отвором та щонайменше одним вихідним соплом, яка відрізняється тим, що у вихідному соплі розташований встановлений на Ме, утримуючому пристрої щонайменше один ротор, що має форму тіла обертання, який виконаний з можливістю оо вільного обертання, торкаючись внутрішньої стінки вихідного сопла.
2. 2. Гідравлічна машина за п.1, яка відрізняється тим, що внутрішній об'єм ротора розділений площиною - максимального діаметра ротора на дві частини різного об'єму, при цьому перша частина ротора, яка щк розташована у вихідному соплі, має більший об'єм, ніж друга віддалена від вихідного сопла частина ротора.
3. 3. Гідравлічна машина за п.2, яка відрізняється тим, що в ній об'єм другої віддаленої від вихідного сопла частини ротора дорівнює нулю.
4. 4. Гідравлічна машина за пп.2 або 3, яка відрізняється тим, що щонайменше частина поверхні першої розташованої у вихідному соплі частини ротора має сферичну форму. (Ф)
5. 5. Гідравлічна машина за п.1, яка відрізняється тим, що ротор має сферичну форму. ГІ
6. 6. Гідравлічна машина за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що утримуючий ротор пристрій виконано у вигляді опорної поверхні, розташованої у вихідному соплі за ротором. во
7. 7. Гідравлічна машина за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що утримуючий ротор пристрій виконано у вигляді вала, який обертається в опорі, закріпленій на рамі, і утримує ротор на осі вихідного сопла і щонайменше певна частина якого виконана гнучкою.
8. 8. Гідравлічна машина за будь-яким з пп.1-6, яка відрізняється тим, що утримуючий ротор пристрій виконано у вигляді колінчастого вала, який обертається в закріпленій на рамі опорі і утримує ротор у зміщеному б5 стосовно осі вихідного сопла положенні.
9. 9. Гідравлічна машина за будь-яким з пп.1-8, яка відрізняється тим, що на роторі встановлені магніти,

   навпроти яких у вихідному соплі встановлені котушки електромагніту.
10. 10. Гідравлічна машина за будь-яким з пп.1-8, яка відрізняється тим, що на роторі встановлені котушки електромагніту, навпроти яких у вихідному соплі встановлені магніти.
11. 11. Гідравлічна машина за будь-яким з пп.1-8, яка відрізняється тим, що ротор являє собою ротор встановленої у верхньому б'єфі загати капсульної гідротурбіни з вмонтованим генератором.
12. 12. Гідравлічна машина за пп.1-11, яка відрізняється тим, що в ній ротор з'єднаний з привідним вузлом.
13. 13. Гідравлічна машина, що містить заповнюваний рідиною резервуар з вхідним отвором і щонайменше одним вихідним соплом, яка відрізняється тим, що у вихідному соплі розташований один нерухомий ротор, що /о має форму тіла обертання, а вихідне сопло виконане обертовим та встановлене на опорі ковзання з можливістю переміщення нею у площині, перпендикулярній напрямку протікаючої через нього рідини, так, що забезпечується вільне обертання внутрішньої стінки вихідного сопла вздовж ротора. с щі 6) «- у (ее) (Се) «

    - . и? щ» (о) (ее) -і - іме) 60 б5