WO2010005275A1 - Гидравлическое устройство - Google Patents
Гидравлическое устройство Download PDFInfo
- Publication number
- WO2010005275A1 WO2010005275A1 PCT/LV2009/000001 LV2009000001W WO2010005275A1 WO 2010005275 A1 WO2010005275 A1 WO 2010005275A1 LV 2009000001 W LV2009000001 W LV 2009000001W WO 2010005275 A1 WO2010005275 A1 WO 2010005275A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- pressure
- liquid
- water
- pipe
- membrane
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B17/00—Other machines or engines
- F03B17/005—Installations wherein the liquid circulates in a closed loop ; Alleged perpetua mobilia of this or similar kind
Definitions
- the value of Z depends on floods and, in addition, with water pouring from the outlet nozzles at a speed of at least 2 m / s (at a water velocity in rivers up to 1.5 m / s), it can have values from 0 ⁇ 2H to 0.26H for pressures from 10m to 70m. All this leads to large water costs per l kW of power - from I, 5 m 3 / kW to 2.3 m 3 / kW depending on the terrain, the area of the reservoirs with their enormous evaporation losses.
- this indicator for a membrane hydraulic unit with separate chamber cavities in the form of a “herringbone” is only about 0.015 m 3 / kW with the possibility of decreasing to 0 with a more complicated design.
- the data presented indicate that hydropower plants, which have reached the peak of their improvement, have completely exhausted their capabilities using hydroturbines, while membrane hydropower units have practically unlimited possibilities for generating energy with the least possible damage to the environment.
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) energy and reduce the level of dissipative forces: - by replacing the pulsed pressure of the static pressure of the liquid column with pulsed air pressure from the compressor, - by replacing the cone-shaped cavities of the herringbone components with pyramidal cavities articulated and insulated from each other by waterproof films or covers.
- the aim of this work is to find design options for such an engine that compares favorably with previously proposed options in terms of increasing output power with smaller dimensions, less weight (weight) of the fluid used and the structure as a whole, as well as its simplification.
- the essence of the invention is to use the phenomenon of hydrostatic paradox, but, firstly, with a simplified circuit for switching hydraulic shock from a periodic pressure force acting on the membranes of successively placed pressure chambers, and secondly, with parallel connection static liquid column and, thirdly, the creation of positive feedback from the output of the lower membrane of the sequentially placed autonomous annular chambers in the form of an increase in pressure at their entrance due to the resulting pressure difference acting on the membrane of the lower chamber.
- the device consists of 2 identical power units (1), fig. 1 and 2, symmetrically and rigidly fastened at an angle of 45 degrees so that they have a common circular rotation around a single axis (2), fig. 2, transmitting the output torque moment, and through the gear system (3,4,5,6), fig. 2, the whole block rotated around the same axis (2).
- each of the 4 blocks is the upper and lower group of ring-shaped chambers (7) in the form of a “Christmas tree”, located vertically, and also two more groups of chambers (7) deployed 90 degrees relative to them, located horizontally (of course, in the initial position )
- the chambers are interconnected in pairs (for example, the upper and lower, as well as the left and right) are hermetically connected by pipes (8), the middle of which is bifurcated for fixing in the resulting cavity (9)
- the final rigid bases of the extreme oppositely located chambers are rigidly connected by a rod (11), which has a cleavage in the middle in the form of a frame for unhindered passage along its axis (2).
- the sealed cavities of the pairwise groups of chambers (7) with the pipe connecting them (8) are filled with liquid.
- blocks (12a and 126) are fixed, connected by cables (13) (or a chain on the sprockets instead of blocks) with the extreme points of the cameras located in series ( 7) - "Christmas trees".
- fluid from the tube (8) enters through a system of concentrically arranged tubes (14) of different lengths and different diameters.
- Their different lengths are due to the fact that, when the herringbone is opened as much as possible, their loose ends should be at the same level, and the hermetically fixed opposite end of each of them on the inner ring of the annular cavity (7) provided an independent flow of fluid into each of the consecutive chambers (7 ) in the form of a "Christmas tree".
- the diameter of these tubes (14) is selected from the condition of the same annular cross-sectional area of the liquid between the generators of the tubes (14) inserted one into another on their cut.
- the entire unit is mounted on a bed (15) with a casing (16). The operation of the device.
- the total volume of the liquid runoff is defined as the sum of the volumes of the chamber cavities calculated by the formula of the volume of the truncated cone
- the volume of the chamber cavities calculated in accordance with this method in Fig. 3 gave the following results (from top to bottom)
- V 9 O 3 OOl 13 m 3
- V 10 0,00055 m 3
- the total run-off ⁇ V 0,015 m 3 .
- the force acting on the neck of the crankshaft (2) KTTTM through the rod (connecting rod) (18) is defined as the resultant of the pressure forces through the center of pressure of the platforms - the bases of all the pyramids of the chamber (7). For this it is necessary to fulfill several mandatory conditions: - the area of the lower base of the cavity NoI of the chamber should be larger than the area of the base of the cavity N ° 2 of the chamber and provide Fi> F 2 .
- the installation must necessarily be paired with a similar installation operating in antiphase, for draining or pumping the run-in.
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) a) A hydraulic device that employs capacities of directional accumulation of forces from a liquid column as part of a derivative system with a free discharge of a run-in.
- the device consists of a pressure pipe (1) fig. 4, inlet (22) and exhaust (23) valves mounted on a bed (15) with an opening of the same diameter. Under the bed are containers (cavities) of directional accumulation of forces from pressure in the working chamber (7).
- the upper part of the pipe (1) has an expander (20), into which water from the derivation system enters through the pipe (21).
- the device includes a rod (18), a crankshaft (2) on bearings (10), a gear system (3.4) or a selsyn (19). The operation of the device. With the valve (22) open, Fig.
- valve (23) opens and under the action of a force moving down the stem (18) of the neighboring installation, operating in antiphase, the stem (18) of the first installation moves upward, forcing the Christmas tree out of the chamber cavities or, otherwise, from the containers of directed cumulation, a water portion of the runoff.
- the water tower (20) is filled with water from the source (25) to the set mark, after which the valves for starting the valves open (they are not shown in the figures).
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) double the number of 4-x-station nodes and get at least 1 MW of energy on site, without seasonal dependence and no harm to the environment.
- the devices considered above have great potential, but, due to their large dimensions, they are applicable only in stationary conditions.
- the pressure in the liquid of the containers of the working chamber (7) can also be created by the air pressure from the compressor. With reasonably selected sizes of structural elements, it turns out that the compression loss of air is a few percent of the energy received by the utilized gravitational force.
- the engine consists of 2 paired units, as in Fig. 6, with working chambers (7) as part of a capacity of directional accumulation of forces from pressures arising in the liquid, as in Fig.
- the operation of the device is similar to that described above, except that instead of pressure from the pressure column of liquid through the pressure pipe (1) into the cavity of the cap (30), and through it into the chamber cavity (7) non-freezing liquid (antifreeze) enters, the pressure in which is created the piston (34) with the open valve (22a) and the closed valve (23a) of the left installation and with the closed valve (226) and the open valve (236) of the right installation. Due to the tight connection of the trellised top of the truncated pyramidal
- AS Sd - S (dtd)
- Sd OJSSd *
- S (d-dd) 0.785 (d * - 2d- ⁇ d + ⁇ b )
- the shock wave through the piston (44) transfers the force through the ratchet (45), the associated gear (46).
- the operation of the device is as follows. A water hammer resulting from a sharp shutoff of the water flow in the pipe (37) causes a pressure jump in the cavities of the membrane chambers (7) of the transducer through the lead (36), as a result of which the resulting total pressure force moves the crankshaft (18) KShM by 0.05 m, turning the shaft (2) from 0 to 180 with the ratchet gear (3) mounted on it and then through the gear (4) creates a torque o schreib on the output shaft (42).
- the shaft extension (2) from 180 to 360 is carried out by another similar installation operating in antiphase.
- Shut-off valves (41) and (43) operate in a strict time sequence due to the rigid
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the connection of the valve cores (gates) through the corresponding gears with the output shaft (42). It is possible to produce power using a solenoid.
- the return stroke of the connecting rod (18) is carried out by unloading the spring (38), which causes the flow of water from the cavities of the diaphragm chambers (7) of the transducer into the dome space of the piston (30) of equal volume, which eliminates the flow of water from the transducer to the pipe (37) and back through abduction (36).
- crystalline lattices of solids When in contact with a liquid, crystalline lattices of solids create a pressure force in the boundary layer of liquid molecules directed either towards the liquid (with non-wetting liquid) or toward the solid (with wetting liquid).
- the internal pressure in the liquid will be determined by the pressure force of the molecular layer adjacent to the air, for example, in water poured into a glass vessel. If the surface of the boundary molecular layer is sharply reduced, then the internal pressure in the liquid can be reduced, and the removed internal stress in the liquid due to the stored potential energy will lead to its expansion. This expanding force can be used to obtain linear displacement of the piston and to obtain torque using a cshm.
- the relaxation time should not play a special role, since the liquid contained in the sealed vessel must take the appropriate volume when relieving stress, that is, expand, however, delayed for this time, which is even useful for the valves to work, if applications for cutting off the voltage source. Indeed, in water with internal
- the proposed device consists of two tanks interconnected by means of a valve (41) or shut-off valve, the upper of which (50) Fig. 8, like the lower (48), is filled with water and has open access to air, and the second, lower, in the form of a sphere, has no access to air and measures are taken in it to remove gases, and
- the inner cavity is made of water-wetting material, very durable and flexible, without permanent deformation with an increase in its spherical surface by at least one quarter.
- the lower tank (48) is placed in a strong metal housing (49), having a branch (56) for connection with the converter and then with a crank mechanism.
- the operation of the device is that when the valve (41) is open, the liquid in both tanks (48) and (50) has the same internal pressure, compressing the total volume.
- Both chambers are filled with liquid, not communicating with each other, as they are separated by a selsyn rotor (51), on which there are two half rings (52) and (53), and the half ring (52) is made of liquid wetting material, and the half ring (53) of non-wetting material.
- the half rings have the highest processing class, so that rotating between the saddles (54) has a sufficient lapping that provides a gap between the liquid of both cavities of the membrane chambers.
- the housing (15) has two cylinders, forming cavities between the inner wall of the housing, the walls of the cylinder (37) and the piston (44) on the one hand and the membrane (8) on the other to fill them with hydraulic fluid.
- the operation of the device consists in the fact that during rotation of the selsyn rotor (51), the liquid in the membrane chamber contacts either the wetting material or the non-wetting material of the semicircles (52) and (53) and this receives an increase, then
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
Данная разработка является заключительным этапом напряжённого поиска путей реализации возможности утилизации неисчерпаемых сил гравитации с помощью найденной конструкции преобразователя этой энергии в крутящий момент благодаря явлению гидростатического парадокса, имеющему по фактам реального поведения воды своим происхождением проявление ядерных сил междунуклоновых взаимодействий в ядрах атомов элементов, составляющих воду. Именно мембранный преобразователь, представляющий собой многослойную камеру, состоящую из герметически изолированных друг от друга полстей, имеющих рёбра жёсткости как для передачи общих усилий от сил давления и тяжести жидкости, так и для продвижения этой силы за счёт подвижности полостей благодаря шарнирам, расположенным на рёбрах жёсткости в точках приложения результирующих сил давления, является тем необходимым звеном в утилизации безобидных сил замедленных ядерных взаимодействий. При воплощении этих выкладок и чертежей в реальные конструкции общество получит на неопределённо долгое время неиссякаемый источник экологически чистой энергии.
Description
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
Описание изобретения
Продолжая тематику разработок экологически чистых источников энергии в заявках PCT/LV2006/000007 oт27.09.06г. и PCT/LV2008/000001 от 3.04.08 г., предлагаю новую разработку устройств на принципе мембранного преобразования сил статического столба жидкости в крутящий момент. Опубликованные в Бюллетене WIPO разработки PCT/1N2006/000014 от 17.01.2006 г. авторов Раrаkh, Аstаd, Nаdir и RU 2005 125739 от 15.12.2003г. автора Кавальеру Марью Тейшейра согласно их рефератам представляют собой конструкции с использованием гидротурбин, а в разработке автора YONGQUAN ZHU CN 1114392 от 1996-01-03 описан трансформатор давления. Поэтому сравнительный анализ сводится к оценке основных характеристик двух классов устройств - на базе кинетического и статического методов преобразования энергии водяного столба в крутящий момент. Устройство и работа гидротурбин известна, тогда как устройство и работа простейшего предлагаемого мембранного гидроагрегата требует пояснения. Он состоит из напорной трубы с жидкостью, которая через отверстие периодически открывающегося клапана поступает в полость камеры с подвижной мембраной, перемещающейся вниз под действием сил давления и тяжести до момента закрытия этого клапана и открывания сливного клапана, через который наполнившая камеру жидкость выливается при подъёме мембраны вверх от действия ( например, через блок) перемещающейся при этом вниз мембраны другой установки, работающей в противофазе. Современные гидротурбины имеют неоспоримое преимущество в высоком КПД, достигающем 0,98, против мембранных гидроагрегатов, где один только
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
мультипликатор поглощает не менее 0,2 мощности. Но на этом преимущество и заканчивается, так как в реальных условиях их использования гидротурбины в составе гидроузла имеют очень большие гидравлические потери, тогда как мембранным гидроагрегатам их удаётся избежать. Из рассмотрения формулы Бернулли H=Z+P/γ +V2/2g в области граничных значений V>0 и Z>0 для мембранных гидроагрегатов энергия гравитации посредством атмосферного давления полностью воздействует на мембрану, то-есть H=P/γ, а слив сработки при открытом сливном клапане допускает естественный малый уклон местности. Другое дело для гидротурбин V2/2g=H-Z-P/γ. Здесь при P>0 величина Z зависит от паводков и, кроме того, при изливающейся из выводных сопел воде со скоростью не менее 2м/сек ( при скорости воды в реках до 1,5м/сек) может иметь значения от 0Д2H до 0,26H для напоров от 10м до 70м. Всё это приводит к большим затратам воды на lквт мощности - от I,5м3/квт до 2,3м3/квт в зависимости от рельефа местности, площади водохранилищ с их громадными потерями на испарение. В приводимом ниже примере этот показатель для мембранного гидроагрегата с раздельными полостями камеры в виде «ёлoчки» составляет всего около 0,015м3/квт с возможностью снижения до 0 при усложнении конструкции. Простые же устройства, использующие деривационные системы, на равнинах с понижением русла рек 0,25м/км при диаметре труб 0,5м могут располагаться на 4км одна от другой и иметь мощность в несколько квт. Приведенные данные свидетельствуют, что достигнувшие пика своего усовершенствования гидроузлы полностью исчерпали свои возможности с использованием гидротурбин, тогда как мембранные гидроагрегаты обладают практически неограниченными возможностями в получении энергии с минимально возможным ущербом для экологии. Дальнейший анализ внутри этого вида гидроагрегатов сводится к сравнительной оценке решений проблем в данной разработке и в PCT/LV2006/000007 и PCT/LV2008/000001. Основное отличие определено стремлением повысить коэффициент использования воды на выработку lквт
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
энергии и снизить уровень диссипативных сил :- заменой импульсного давления статического напора столба жидкости импульсным давлением воздуха от компрессора, - заменой конусообразных полостей составляющих «ёлoчкy» на пирамидальные полости, связанные шарнирно, и изолированные друг от друга водонепроницаемыми плёнками или чехлами. Целью данной работы является нахождение вариантов конструкции такого двигателя, который бы выгодно отличался от ранее предложенных вариантов в вопросах увеличения выходной мощности при меньших габаритах, меньшем весе (массе) используемой жидкости и конструкции в целом, а также её упрощения. Суть изобретения , как и в более ранней работе, заключатся в использовании явления гидростатического парадокса, но , во-первых, с упрощённой схемой коммутации гидравлического удара от периодически возникающей силы давления , действующей на мембраны последовательно размещённых камер давления, во-вторых, с параллельной подводкой статического столба жидкости и, в-третьих, созданием положительной обратной связи с выхода нижней мембраны последовательно размещённых автономных кольцеобразных камер в виде прироста давления на их входе за счёт возникающей разницы величины давления , действующей на мембрану нижней камеры.
Устройство состоит из 2-х одинаковых силовых блоков (1), рис.l и 2, симметрично и жёстко скреплённых под углом 45 градусов таким образом, чтобы они имели общее круговое вращение вокруг единой оси (2), pиc.2, передающей выходной крутящий момент, а через систему шестерён (3,4,5,6), pиc.2, весь блок вращался вокруг той же оси (2). Сердцем каждого из 4-х блоков является верхняя и нижняя группа кольцеобразных камер (7) в виде "ёлочки", расположенные вертикально, а также развёрнутые относительно их на 90 градусов ещё две группы камер (7), расположенные горизонтально ( разумеется, в исходном положении). Между собой камеры попарно ( например, верхняя с нижней, а также левая и правая) герметично связаны трубами (8), середина которых раздваивается для закрепления в получившейся полости (9)
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
подшипников (10) с осью (2). Конечные жёсткие основания крайних противоположно расположенных камер жёстко связаны штангой (11), имеющей посредине расщепление в виде рамки для беспрепятсвенного прохождения вдоль неё оси (2). Герметичные полости попарных групп камер (7) с соединяющей их трубой (8) заполнены жидкостью. Для перевода линейного перемещения камер (7) во вращательный момент на оси (2) через храповые механизмы (17) закреплены блоки (12а и 126), связанные тросами (13) (или цепью на зёздочках вместо блоков) с крайними точками последовательно расположенных камер (7) -"ёлочек". В кольцеобразные камеры (7) жидкость из трубки (8) поступает через систему концентрически расположенных трубочек (14) разной длины и разного диаметра. Разная длина их обусловлена тем, что при максимально разжатой "ёлочке" их незакреплённые концы должны быть на одном уровне, а герметично закреплённый противоположный конец каждой из них на внутреннем кольце кольцеобразной полости (7) обеспечивал автономное поступление жидкости в каждое из последовательно расположенных камер (7) в виде "ёлочки". Диаметр этих трубочек (14) выбирается из условия одинаковой кольцевой площади сечения жидкости между образующими вставленных одна в другую трубочек (14) на их срезе. Весь блок закреплён на станине (15) с кожухом (16). Работа устройства.
При нахождении (в результате вращения с помощью шестерён (3,4,5,6) рис.l в вертикальном положении одной из пар взаимно перекрещенных групп камер (7) в составе двух или более вышеописанных устройств жидкость возникающей силой давления с усилием F=hS ньютонов перемещает нижнюю мембрану камеры (7) и, будучи связанной тросом (13) с блоком 12а или 126 , вращает его , причём в одну сторону за счёт храповых механизмов (17). Для размеров устройства, как на рис.l и 2, при "ёлочке" из 10-ти колец (на рисунках приведено 6) суммарная сила составит 34,5н, а величина энергии - около l,5вт. Но за счёт жёсткой связи нижней и верхней мембран ( положительная обратная связь) эта сила воздействует со стороны верхней мембраны на жидкость и
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
усилие в результате многократно возрастает, надо полагать лавинообразно. В результате создаётся пиковое ударное усилие, многократно превышающее первоначальную величину обычной силы давления, и выплеск энергии, измеряемой килоджоулями.
Предлагаемые в предыдущих разработках камеры преобразования сил давления, как однополостные, так и многополостные (сборные) в виде «ёлoчки» , удлиняющие путь действия результирующей силы давления, не могут складывать усилия, возникающие на боковых поверхностях конусов, составляющих «ёлoчкy». Поэтому предлагается новая конструкция , отличающаяся тем, что представляет собой цепочку не конусных, а пирамидальных полостей камеры. Это даёт ряд преимуществ- снижение диссипативных сил упругих деформаций стенок конусообразных полостей камеры путём установки шарниров (17) в местах сочленения подвижных плоскостей пирамиды, а также на осях, проходящих через центр давления плоскостей пирамид (сечение A-A рис.З),- возможность усиления тонких стенок пирамид рёбрами жёсткости (35), особо усиленных для передачи значительных результирующих сил давления по оси A-A рис.З при условии, что шарниры на этой оси расположены в центрах давления соответствующих плоскостей пирамид в «ёлoчкe». Все полости пирамид гидроизолированы друг от друга резиновыми камерами (чехлами) и запитываются жидкостью через междустеночное пространство одинакового поперечного сечения между стенками конически вставленных один внутри другого кopoбoв(14). Складывающиеся по оси A-A усилия передаются через шток (18) на шейку коленчатого вала (2) KTTTM- Прежде чем рассматривать возможности использования предлагаемого преобразователя, оценим уровень гидравлических потерь и потерь от диссипативных сил. Современный уровень машиностроения может обеспечить незначительные величины сил трения в шарнирах. Остаётся оценить гидравлические потери в местах перехода от запитывающей трубы в короба и их междустеночное пространство вследствие
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
внезапного расширения (при истечении жидкости из камер вследствие сжатия «ёлoчки») или сужения (при поступлении жидкости в камеры). Одна только нижняя камера имеет переход в виде постепенного сужения или расширения и потери оцениваются :- формулой для сужения hc=ξKOHф.V2/2g(м), где ξкoнф-=λ/8Sinα/2 х (п2-l)/п, с коэффициентами Дарси λ=8g/C2 и Шези C=50, а n=ω1/ω2- соотношения площадей сечения до конусности и за ним, α - угол конусности ;- формула же потерь для расширения hp=K(l/n - 1) V /2g(м). Оценим вентильное свойство перехода для выбранных размеров «ёлoчки» : dHap-=0,23м, dвнyГp.=0,lм, λ=155° и V=0,08 м/сек (подсчёт её приводится ниже). Тогда hc=0,000016м, hp=0,0091м, то-есть пренебрежимо малы. Для всех остальных полостей камеры оценку проведём по самой большой, верхней, где dнap=0,58м, dвнyτp=0,15м и V=0,66м/ceк. Согласно теореме Борда, потери для внезапного сужения рассчитываются по формуле hв.c.=ξв.c.V2/2g(м) и внезапного расширения hв.p.=ξв.pV2./2g(м), и, подставив значения ξв c.=0,45 при ω2/ω i=0,067 и ξв.p.=0,87 при ξв.p..=(l- ω2/cθi) , получаем hв c.=0,01м и hв.p.=0,019м, или 1-2% потерь, в остальных камерах -меньше, но так как конструктивно полости «ёлoчки» расположены одна под другой на глубину до 0,2м, то потери определяются только верхней полостью камеры, вернее, имея в виду одну составляющую, её вектором силы давления из п-ного числа площадей, что для всей камеры составляет величину, которой можно пренебречьдак как с лихвой компенсируется добавкой в приращении вектора скорости ниже расположенными полостями камеры, у которых высота напора ступенчато, на 0,025м, возрастает от верхней к нижней. Надо отметить, что расчёты ведутся применительно к приведенным данным линейных размеров пирамидальных полостей к круговым, так как все формулы гидродинамики выведены применительно к трубам. Особенно это касается расчётов для определения объёма сработки каждой из полостей камер и всех вместе, а также при определении модуля силы давления на плоскостях полостей камер. В силу
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
этого, общий объём жидкостной сработки определим как сумму объёмов полостей камеры, подсчитанных по формуле объёма усечённого конуса
V=πΔh/12(D2 +Dd+d2), где π=3,14 , Δh=0,025м, D и d - диаметры основания и усечённости конуса. Тогда объём полости с жидкостью находим как разность 2-х объёмов усечённого конуса с высотой Δh/2 и размерами D и dyceч. и 2-х объёмов опрокинутого усечённого конуса с Δh/2 и размерами dyceч. и dвнyтp. . Подсчитанные по этому методу объёмы полостей камеры рис.З дали следующие результаты (сверху вниз)
Vп=πΔh/12(D2 + Ddyceч. - dyceч.dвнyтp. - d2 внyтp.) : Vi=0,0032м3; V2=0,0016м3, Vз=0,00243м3, V4=0,00124м3, V5=0,00196м3, V6=0,001м3, V7=0,0016м3, V8=0,00073м3,
V9=O3OOl 13м3, V10=0,00055м3 и общая сработка ΣV=0,015м3. Силу, воздействующую на шейку коленвала (2) KTTTM через шток (шатун) (18), определим как равнодействующую сил давления через центр давления площадок - оснований всех пирамид камеры (7). Для этого необходимо выполнение нескольких обязательных условий : - площадь нижнего основания полости NoI камеры должна быть больше площади основания полости N°2 камеры и обеспечивала Fi>F2. Это автоматически выполняется, если шарнир (17) этой (нижней) площади расположен на одной оси с шарниром вышестоящей соседней полости камеры, через который проходит ось центра давления, а шарнир крепления третьей полости камеры ( и каждой последующей нечётной) располагается на ребре жёсткости (35) второй полости камеры (или каждой чётной) в месте, определяемом соотношением F1Li=F2L2, в общем случае FпLп=Fп+iLп+1. (рис.За). Таким образом, внешний периметр основания каждой нечётной пирамиды определяется положением точки приложения суммарного вектора результирующих сил давления и тяжести вышестоящих полостей камеры. Определим величину силы, прикладываемой к шейке коленвала (2) TCTTTM как суммарную силу давления и тяжести заполняющей установку жидкости - F=ΣFc.д.+ Fс.т.. Здесь, для h=lм и, как в
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
нашем случае, для 10 полостей камеры, расположенных одна под другой на 0,025м. ΣFсд =ΣPiSi = (0,2453м2 + 0,1124м2l,025 +0,1842м2l,05 + 0,0896м2l,075 + 0,1449м2l,l + 0,0704м2l,125 + 0,121м2l,15 + 0,0519м2l,175 + 0,0836м2l,2 + 0,0354м21,225) 1O4IIa =12329H. Сила тяжести состоит из веса сработки и веса жидкости в напорной трубе (1) с d=0,153м Fc.т.= Gср. + Gтp.= (0,015м3 + 0,022м3)9810H/м3 =363H. Тогда F =12692H и при ходе штока (18) на 0,12м получаем работу А =1523дж, а с учётом необходимой работы на слив сработки с уровня стыковки трубы (1) со станиной (15) установки (0,12м) Acл.= 147H0Д2м=18дж, полезная же работа Aп=A-Acл.=1505дж, с коэффициентом использования воды O,O15м3/l,5квт=O,Olм3/квт при T=I сек. Необходимо отметить, что установка обязательно должна работать в паре с аналогичной установкой, работающей в противофазе, для слива или перекачки сработки. Для устойчивой работы силового агрегата, как такового, необходимо 4 установки, работающие со сдвигом по фазе на 90°,дaющиe при h=lм около бквт энергии. Если сработку одной установки возвращать с помощью любого подъёмного устройства ( но обязательно порциями, а не непрерывным водяным потоком, чтобы исключить противодействие силы давления) на уровень напора в lметр , то требуется Aвoзвp.=147H l,12м=165дж ( или 230дж для двух). В дальнейшем так и продолжим детальное рассмотрение гравитационной установки заполнения ёмкостей направленной кумуляции усилий объёма жидкости, как четвёртую часть силового гидроагрегата, в котором синхронность работы установок со сдвигом в 90° обеспечивается либо с помощью шестерёнчатой (3, 4 рис.l), либо сельсинной передачами. Рассмотрим следующие разновидности гидравлических установок , задействующих ёмкости направленной кумуляции усилий от столба жидкости ( в том числе и безкапельной) : а) - работающих от водяного столба в составе деривационной системы со свободным сливом сработки, б) - работающих с возвратом сработки на уровень высоты напора , в) - работающих безподпиточно с капельной и безкапельной жидкостью.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
а) Гидравлическое устройство , задействующее ёмкости направленной кумуляции усилий от столба жидкости в составе деривационной системы со свободным сливом сработки.
Устройство состоит из напорной трубы (1) pиc.4, впускного (22) и выпускного (23) клапанов, закреплённой на станине (15) с отверстием такого же диаметра. Под станиной находятся ёмкости (полости) направленной кумуляции усилий от давления в рабочей камере (7). Верхняя часть трубы (1) имеет расширитель (20), в который через трубу (21) поступает вода из деривационной системы. Кроме того, в состав устройства входят шток (18), коленвал (2) на подшипниках (10), система шестерён (3,4) или сельсин (19). Работа устройства. При открытом клапане (22) pиc.4 и закрытом клапане (23) сила давления столба жидкости h и сила тяжести всей жидкости через шток (18) давят на шейку коленвала (2) TCTTTM и проворачивают его на 180° По окончании движения мембраны (8) вниз клапан (22) закрывается, открывается клапан (23) и под действием силы, перемещающей вниз шток (18) соседней установки, работающей в противофазе, шток (18) первой установки движется вверх, вытесняя из полостей камер ,,ёлoчки" или , иначе, из ёмкостей направленной кумуляции водяную порцию сработки. Как было показано выше, четыре такие установки, синхронизируемые системой шестерён (3,4) или сельсинами (19) и имеющие сдвиг работы клапанов впуска и выпуска в 90°, могут дать до бквт энергии от напора жидкости в 1 метр. б) Гравитационные гидравлические установки, работающие с возвратом сработки на уровень высоты напора, в системе деривационной подпитки водой. Четыре установки группируются вокруг одной водонапорной башни (20) pиc.5, наполняемой водой герметичными деривационными трубами (21) от удалённого на возвышении естественного источника воды (25). Кроме обычных элементов одиночной установки здесь имеется накопительная ёмкость (26) для сработки и подъёмное устройство (24) возврата её в виде отдельных порций, но не в режиме непрерывной перекачки.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Работа системы.
Водонапорная башня (20) наполняется водой от источника (25) до установленной отметки, после чего открываются вентили запуска ycтaнoвoк( на рисунках они не указаны). В зависимости от дебета воды в источнике и диаметра деривационной трубы можно однрвременно заполнять напорные ёмкости (29) нескольких групп установок. В этом состоит принципиальный момент, так как в дальнейшем подпитка водонапорных башен (20) от деривационной трубы (21) должна всего лишь перекрывать возможные потери воды при перекачке системой возврата сработки (24) и на испарение. Примем величину этих потерь равной величине сработки одной установки, то-есть 0,015м3/ceк, также зададимся величиной потерь на длину в деривационной трубе hдл=0,lм. при её диаметре lм. Протяжённость трубы определим по формуле Дарси-Вейсбаха L=hдлd2g/λV2 . Скорость воды в трубе V=O3015м3/ceк/0,785м2=0,019м/сек, коэффициент Дарси λ можно определить по формуле λ=8g/C2, где C=50 -коэффициент Шези, λ=0,0314. Для верности определим λ - коэффициент сопротивления трению по длине (коэф-нт Дарси) через число Рейнольдса Re=Vd/υ по таблице. Здесь υ- кинематическая вязкость жидкости (при 15°C υ=0,0114Cт), а скорость и диаметр подставляем в сантиметрах , то-есть V=l,9cм/ceк, d=100cм и Re=16667 » Re кp=2320, что говорит о турбулентности режима движения воды, а λ=0,027, что одного порядка с вышенайденным и принимаем λ=0,03., тогда L=181км. Для уровня понижения местности (например, вдоль реки Даугавы, где на 230км перепад уровня воды в реке от границы до устья составляет 49м) величиной 0,21м/км через каждые 47км можно ставить 10-метровую башню и тогда выход энергии от каждой четвёрки установок составит 54квт. Количество же таких энергоузлов будет зависеть от качества водосберегающих мероприятий. Кроме того, на 47км участке трубы , как показывает анализ формулы, можно пойти на увеличение вдвое скорости протекания воды в деривационной трубе и этим
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
удвоить число 4-x-ycтaнoвoчныx узлов и получить на месте не менее 1 Мвт энергии, причём без сезонной зависимости и отсутствии вреда экологии.
В) Гидравлическое устройство , задействующее ёмкости направленной кумуляции усилий от воздушного давления.
Очевидно, что рассматриваемые выше устройства имеют большие возможности, но, вследствие больших габаритов, применимы только в стационарных условиях. Однако, из опыта, давление в жидкости ёмкостей рабочей камеры (7) можно создать и давлением воздуха от компрессора. При разумно подобранных размерах элементов конструкции оказывается, что потери на компрессионное сжатие воздуха составляют считанные проценты от получаемой энергии утилизованной силы гравитации.
Габариты и вес таких установок позволяют размещать их практически на любых шасси, не говоря уже о судовом и железнодорожном транспорте. Двигатель состоит из 2-х спаренных установок, как на pиc.6, с рабочими камерами (7) в составе ёмкости направленной кумуляции усилий от возникающих в жидкости давлений, как на рис.З, штока (18), вала (2) KTTIM (или линейной зубчатой передачи на штоке (18) в паре с шестерёнками) с шестерёнчатой (3,4) или сельсинной (19) передачей угла поворота вала (2) с клапанами впуска (22а и22б) и выпуска (23 а и 236), напорных трубок (1) с поршневой камерой (33) или без, тяги обратной связи (11), которая жёстко связывает мембрану (8) самой нижней полости с решётчатым отверстием (32) открытой площади усечения пирамидального купола (30), компрессора (31). Работа устройства происходит аналогично описанному выше за исключением того, что вместо давления от напорного столба жидкости по напорной трубе (1) в полость колпака (30), а через него в полость камеры (7) поступает незамерзающая жидкость (тосол), давление в которой создаётся поршнем (34) при открытом клапане (22а) и закрытом клапане (23а) левой установки и при закрытом клапане (226) и открытом клапане (236) правой установки. Вследствие жёсткой связи решётчатого верха усечённого пирамидального
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
колпака (30) с мембраной (8) нижней полости рабочей камеры (7) жидкость перетекает сверху вниз с одновременным поддавливанием от поршня (34) в поршневой камере (33) небольшого диаметра, что при движении поршня (34) на величину рабочего хода мембраны (8) обеспечивает небольшой расход воздуха от компрессора (31). По окончании рабочего хода мембраны левой установки положение клапанов обеих установок меняется на обратное и начинается рабочий ход мембраны (8) правой установки и стравливание воздушной сработай из поршневой камеры (33) левой установки. При диаметре поршневой камеры (33) d=0,02м, рабочем ходе мембраны 0,12м объём воздушной сработай составит 0,0000376м3/ceк, соответственно, для 4-х установок 0,00015м3/ceк ( 0,009м3/мин.). Если применить бытовой компрессор с параметрами расхода воздуха 0,15м3/мин, P=laтм., весом около ЮкГ и потребляемой мощностью W=l,7квт, то для двигателя из 4-х устройств его выходная мощность, вследствие прямой зависимости мощности установки от напорного давления , будет в 100 раз большей, чем мощность от напорного столба жидкости высотой 1 метр , и составит бООквт. Приняв вполне достижимое в настоящее время КПД установки 0,7 ( из них 0,2 падает на потери в мультипликаторе, так как оборот вала составляет около lгц), можно ожидать значение выходной мощности 420квт-l,7квт=418квт (при этом затраты на подъём 0,06м3/ceк сработки жидкости на высоту примерно 0,3м составляет всего 0,18квт). Даже при коэфициенте полезного действия установки 0,3 выходная мощность составит 180квт, а уменьшение габаритов вдвое даёт 45квт ( для микролитражки).
Увеличение мощности энергетических установок , использующих мембранные агрегаты с преобразователями давления жидкости в крутящий момент в разработках PCT/LV-2006/000007 от 29.09.06, PCT/LV-2008/000001 от 3.04.08, P-08-131 от 11.07.08, P-09-01 от 5.01.09 напрямую связано с увеличением массы рабочего тела, а значит и сработки. Зависимость эта квадратичная и уменьшение габаритов вчетверо снижает мощность в 16 раз, но
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
и сработка снижается во столько же, поэтому актуально подобрать устройство запуска преобразователя, которое обеспечило бы чёткую пульсацию давления в жидкости нужной величины и длительности. В гидродинамике известно неустановившееся движение жидкости в явлении гидроудара, параметры которого вполне годятся для этой цели, как показывают нижеприводимые расчёты. Исходные данные выбираем (габариты) из условия возможности размещения в автомобиле среднего класса : стальная труба длиной 3,5 метра, диаметром 0,05м., толщиной стенок 0,01м., скоростью протекания воды в трубе 4,43м/сек., отсечные клапаны с временем срабатывания не более 0,0003ceк. Преобразователь ( мембранные камеры) связан с трубой отведением около отсечного клапана в виде трубки с диаметром 0,005- 0,01м. Ввиду того, что труба достаточно длинная (общая длина с отводной трубой 7 метров), то движение в ней установившееся, потерями для простоты рассуждений ι ι пренебрегаем из-за их малости. Определим затрату энергии на проведение гидроудара и его параметры при источнике энергии - статическом столбе воды h =lмeтp (P=IO Па). Для его самовосстановления необходима работа помпы мощностью мV /2, где м=Wтp / =6,87кг, V= y 2gn = 4,43m/sec, откуда Eпoм.=67,4вт. Энергия ударной волны, как продольного типа колебание, распространяется в сторону стенок трубы, а также через поперечное сечение открытого её конца. Расчёты ведём по формулам Н.Е.Жуковского для параметров гидроудара, по энергетике -по формулам « Курса общей физики», Фриш С.Э. и Тиморева A.B., M., 1949г., т.l, cтp.421 , 526. Избыточное давление в трубе А p= £• С V, где f = 1000кг/м^
С = 1360м/сек при С =1430м/сек , K= 2,06-10 Па, E= 196-10 Па - модули Юнга для воды и стали ^ p = 60,24 '10 Па Средний поток энергии через поверхность трубы в единицу времени определяем по формуле E = 0,5 j>a- и)- GS. Здесь k^=6,28/T=610 1/ceк - круговая частота, где T=2-Г=0,010294 сек -
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
период колебаний, <£ = 2 lтp/C=0,005147 сек - длительность фазы удара, <JJ = 372139 1/ceк, S=0,5495m - площадь внутренней стенки трубы. Амплитуду «a»( Δ d) находим из условия равенства изменения геометрического объёма воды Δ W в трубе под действием Δ р за счёт уменьшения (сжатия) на ^ d диаметра цилиндрического объёма воды и физического уменьшения объёма воды в соответствии с законом Гука : Δ S 'I77= ΔW =дp W / К, здесь A S= Sd - S(dтdd), где Sd=OJSSd*, S(d- дd)= 0,785(d*- 2d-Δd + Δά Ь ), отсюда ^ S =0,785(2d дd - Δd* )= ΔW/ 1 тр. ΛW=20,086*10 m3, S=5,7388414-10 m^ получим квадратное уравнение Δd — ОДлd + 7,3106259*10 =0. Решив его, один корень отбрасываем , как лишённый физического смысла, другой корень даёт реальный результат Δd=7,316*10 м, лά = а =53,5238'10 m . Подставив в формулу найденные значения, получаем полную энергию в поперечном направлении в единицу времени Eп=744,3вт. Но, кроме этого, на площади сечения трубы S= 19,625 -10 m от давления Δ р действует продольная сила f = лp S, производящая на пути 1 = ΔW / S работу
ziW = 121вт. Проверим эту выкладку приведением условий внутри трубы к земным (через атмосферное давление, ускорение g). .дp/Λ = V /2g, где V = dp2g/JL = 60,24 -Ю^Па - 2 • 9,81м/сек /10^ Н/м* = 1 1819 м 2//ceкλ , /I m= лWf
-3
=20,086' 10 кг. Тогда Апс = 1 18,7 вт, что неплохо согласуется. Отсюда видно, что при сравнении полученной кинетической энергии на выходе трубы с кинетической энергией потока воды с V=4,43m/sek от помпы (67,4вт) в этой трубе, налицо приращение кинетической энергии, не говоря уже о тoм,чтo за время действия половины положительной фазы гидроудара стенки трубы испытывают воздействие 0,5 Eп(372 вт). Выходит, не зря водопроводчики обеспокоены гидроударами, учёные проводили исследования, а инженеры создавали специальные технические устройства защиты. На вопрос — откуда берётся эта энергия - можно с точки зрения атомно-молекулярного строения веществ ответить только одним - энергетическими соотношениями взаимодействий ядер атомов водорода и кислорода , составляющих молекулу
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
воды. Над этим стоит подумать, тем более, что водород плохо растворим в воде, а в «мятoй» воде наблюдается повышенное содержание кислорода. Применение гидроудара может дать эффект в случае применения на плавсредствах, но в нашем случае это простейшее устройство используется для получения значительного давления в импульсе устойчивой формы. Тем более, что разобранный выше преобразователь подключается к концу трубы (у отсечного вентиля) через отведение с целью получения в полости преобразователя только высокого импульсного давления и конструкция отведения такова, что при этом из трубы не предусмотрен отсос энергии. Таким образом, в составе гидроагрегата имеется : --(рис.7) две стальные трубы (37), соединённые отведением (36) внутреннего диаметра 0,005м с поршнем (30) преобразователя, имеющего возвратную пружину (38). Через рабочие трубы (37) и отводящие облегчённые трубы (39) помпа (40) прокачивает воду, течение которой периодически прерывается вентилями (41) с временем отсечки не более 0,0003ceк.. Вращение сердечника вентиля (41), выполненного из несмачивающего воду материала, обеспечивается системой шестерен, связанных с выходным валом (42). Запускающий воду в трубу (37) вентиль (43) закрывается позже вентиля (41) ровно на 0,00257 секунде и открывается на 0,0053 секунде после отсечки вентиля (41). Ударная волна через поршень (44) передаёт усилие через храповик (45), связанной с ним шестерне (46). Работа устройства заключается в следующем. Гидроудар, получающийся при резком перекрытии течения воды в трубе (37), вызывает скачек давления в полостях мембранных камер (7) преобразователя через отведение (36), в результате которого возникающая суммарная сила давления перемещает на величину 0,05м шатун (18) КШМ, проворачивая вал (2) с 0 до 180 с насаженной на нём храповой шестерней (3) и далее через шестерню (4) создаёт крутящий момент о о на выходном валу (42). Доворот вала (2) с 180 до 360 осуществляется другой аналогичной установкой, работающей в противофазе. Отсечные клапаны (41) и (43) работают в строгой по времени последовательности за счёт жёсткой
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
связи сердечников клапанов (вентилей) через соответствующие шестерни с выходным валом (42). Можно отбор мощности производить и с помощью соленоида. Обратный ход шатуна (18) осуществляется за счёт разжатия пружины (38), вызывающий переток воды из полостей мембранных камер (7) преобразователя в равное им по объёму подкупольное пространство поршня (30), чем исключается переток воды из преобразователя в трубу (37) и обратно через отведение (36). В момент подхода (на 0,00257 секунде от начала гидроудара) положительной полуволны избыточного давления к площади поршня (44) и одновременно к закрывающемуся вентилю (43) в воде возникает соответствующая величине сечения трубы сила давления, толкающая поршень (44). Его перемещение через храповую шecтepню(45) заставляет вращаться шестерню (46), крутящий момент с которой можно использовать на технологические нужды ( питание помпы, приборов освещения, комфорта). Возврат поршня (44) в исходное положение осуществляется пружиной (47). Далее рассмотрим количественные соотношения. Так как данное устройство предусматривается как приемлемый по габариту и весу двигатель автомобиля среднего класса, то вышерассмотренный вариант мембранной камеры преобразователя уменьшаем вчетверо. Соответственно общая площадь мембран преобразователя уменьшилась в 16 раз, то-есть S= l,2329m /16= 0,0770562т , избыточное давление гидроудара соответствует др = 60,24*10 Па при скорости воды в трубе 4,43м/сек от статического давления столба (или
S z помпы) h =lмeтp. Поэтому F=60,24 - 10 Па - 0,0770562м =464186,5 Па и преобразователь вырабатывает А = FO,05m=23,2 к дж. Но это в импульсе. Чтобы перейти к мощности, определим сколько таких импульсов в единицу времени необходимо, чтобы получить максимальную мощность. В работе Н.Е.Жуковского приведены результаты опытов Карпентера (кстати, подтверждённые в трудах учёных-гидравликов, в частности, А.А. Угинчуса) с записью избыточного давления в функции от времени. Из фотограммы видно, что без пьедестала статического давления в трубе колебания избыточного
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
давления в жидкости резко снижаются уже на 4-5 периоде. Для нашего случая при T=0,01 сек это всего 0,05ceкyнд. Ввиду ничтожной величины логарифмического декремента затухания в стали, необходимо оценить влияние потенциальной энергии стенок трубы на процессы в жидкости. Её находим по формуле Ecт= 0,5( E - S/e) - .Δ e , где S =0,5495 м -внутренняя площадь
-6 поверхности трубы, е =0,0 lм (lсм). Тогда при дe=.4p-e/E= 0,3' 10 м Ecт=0,5вт.
Такая мощность никакого влияния на процесс колебаний в жидкости не оказывает, тем более, что гидроудар мы искусственно прерываем открытием через 0,005147ceкyнд вентиля (41) и закрытием вентиля (43) через 0,00275ceкyнд. Более важна необходимость учёта начального участка (10 -25 диаметров трубы), после которого течение жидкости в турбулентном режиме считается установившимся. В нашем случае эти 0,5 - 1,25 метров трубы вода со скоростью 4,43м/сек проходит за 0,1 1 - 0,28 секунд. Мы собираемся использовать всего один , первый, импульс гидроудара ещё и с той целью, что возврат рабочего органа преобразователя за время отрицательной части волны ( 0,005147ceк.) просто - напросто «cъecт» выигрыш энергии положительной полуволны пульсаций. А за время 0,2ceкyнды вся сработка с конструкцией а, общей массой около Зкг потребует энергии всего mV /2 =96вт и подбором возвратной пружины (38) можно обеспечить возвращение рабочего органа преобразователя в исходное состояние перед очередным гидроударом. Здесь нужно быть готовым к негативному явлению - завоздушиванию полостей преобразователя (мембранных камер) и труб, что можно устранить установкой специальных клапанов стравливания газов или нейтрализацией химически активными веществами, например, редкоземельными элементами. Итак, в резюме, при частоте гидроударов 5гц (l/0,2ceк.) окончательная мощность одного преобразователя составит 23,2 -10 дж 5 =115квт, а общее устройство - 230квт и при кпд - даже 0,3 - это 70 квт чистой мощности. Мощность с торца трубы получим соответственно около 0,3 квт. Рассматривая в разработке P-09-64 от 30.03.09г. динамику энергетических взаимодействий жидкости и
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
элементов конструкций в условиях возникновения гидравлического удара, была замечена возможность получения энергии вопреки постулатам термодинамики. Ответ приходит при рассмотрении взаимодействий жидких и твёрдых тел с точки зрения атомно-молекулярной теории строения веществ. Как известно, жидкости имеют большое внутреннее давление (10 и более тысяч атмосфер), обусловленное молекулярным давлением, возникающем в поверхностном молекулярном слое на границе жидкости и газа (вакуума). Находясь в сосуде ( из твёрдого материала) это давление на первый взгляд ничем себя не проявляет. Однако в определённых условиях оно проявляет себя заметно и даже сильно, как, например, в явлении капиллярности, в гидроударе. Кристаллические решётки твёрдых тел при соприкосновении с жидкостью создают в пограничном слое молекул жидкости силу давления, направленную либо в сторону жидкости ( при несмачивающей жидкости), либо в сторону твёрдого тела (при смачивающее жидкости). В последнем случае внутреннее давление в жидкости будет обусловлено силой давления молекулярого слоя, граничащего с воздухом, например, в воде, налитой в стеклянный сосуд. Если резко уменьшить поверхность граничного молекулярного слоя, то можно снизить внутреннее давление в жидкости, а снятое внутреннее напряжение в жидкости за счёт запасённой потенциальной энергии приведёт к её расширению. Это расширяющее усилие можно использовать на получение линейного перемещения поршня и получение крутящего момента с помощью КШМ. При этом время релаксации не должно играть особой роли, так как жидкocть,зaключeннaя в герметичном сосуде, при снятии напряжения должна принять соответствующий объём, то-есть расшириться, правда, с запозданием на это время, что даже полезно для работы вентилей, в случае их применения для отсечки источника напряжения. Действительно, в воде при внутреннем
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
-з з
=0,01485 ' 10 м ., что равносильно почти удвоению её объёма в обычном (сжатом) состоянии. Но, как известно, в воде в растворённом состоянии находится около 2% газов, поэтому требуется оценить их влияние на величину остаточного напряжения. Если один моль воды имеет сферическую поверхность Σ
W=0,018
R4/3], то общая сфера растворённых газов составит Σpг=0,7 - 10 м , что послужит источником остаточного внутреннего давления в воде. Определив объём молекулы воды
Wмв через число Авогадро N, Wмв=W/N=0,018-10 m /6,023 - 10 =3 -1 Om^ и по
3, , -/о радиусу молекулы R= у Wмв 3/4π =1,9 - 10 м площадь молекулы (по её
-%o z диaмeтpy)∑мд=l 1 ,639-10 м , то определим число молекул в сфере одного моля
16 n=∑ cф.м./Σмд=2,85 -10 штук. Отсюда общее давление в жидкости величиной g 17- 10 Па создаётся этим числом молекул пограничного молекулярного слоя воды, следовательно, каждая молекула этого слоя привносит напряжение
S iб -8
Pi=17 - 10 Пa/2,85 - 10 =6 -10 Па.. Тогда следует ожидать следующее
8 остаточное напряжение в воде Pocт=∑pг/∑мд Pi=0,36 -10 Па (360 атм.). Из этого следует вывод, что вода должна обязательно обезгаживаться, так как в процессе знакопеременных изменений давления в воде наверняка растрачиваются в первую очередь силы внутримолекулярных взаимодействий (связей) и, как следствие этого, возникновение явления диссоциации, что, по Вант-Гоффу, дополнительно вызывает повышение давления в жидкости. Кроме того, это способствует появлению крайне нежелательному процессу кавитации, избежать который можно только принятием специальных мер к снижению уровня газа в жидкости, скорее всего размещением в жидкости смачивающих ею химически активных элементов, легко связывающих газовые компоненты. Таким образом, предлагаемое устройство состоит из двух, связанных между собой с помощью вентиля (41) или отсечного клапана резервуаров, верхний из которых (50) рис.8 , как и нижний (48), заполнен водой и имеет открытый доступ к воздуху, причём второй, нижний, в виде сферы, доступа к воздуху не имеет и в нём приняты меры к удалению газов, а
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
внутренняя полость изготовлена из смачивающего водой материала, очень прочного и эластичного, не имеющего остаточной деформации при увеличении его сферической поверхности хотя бы на одну четверть. Нижний резервуар (48) помещён в прочный металлический корпус (49), имеющий отвод (56) для соединения с преобразователем и далее с кривошипно-шатунным механизмом. Работа устройства заключается в том, что при открытом вентиле (41) жидкость в обоих резервуарах (48) и (50) имеет одинаковое внутреннее давление, сжимающее общий объём. При закрытом вентиле (41) получается разрыв жидкости и в резервуаре (48) сила, поддерживающая внутреннее напряжение, пропадает и заключённая в сосуде (48) жидкость, расширяясь, увеличивает свой объём и вытесняет из междустеночного пространства между внешней оболочкой резервуара (48) и внутренней оболочкой резервуара (49) гидравлическую жидкость в преобразователь рис.З для получения вращающего момента. Другой вариант использования молекулярного давления в жидкости представлен на pиc.9. Здесь в корпусе (15) находятся две мембранные камеры с мембранами (8), изготовленными из смачивающего жидкость (воду) материала. Обе камеры заполнены жидкостью, не сообщающиеся между собой, так как разделены ротором сельсина (51), на котором имеются два полукольца (52) и (53), причём полукольцо (52) изготовлено из смачивающего жидкость материала, а полукольцо (53) из несмачивающего материала. Полукольца имеют наивысший класс обработки, с тем чтобы вращаясь между седловинами (54) иметь достаточную притирку, обеспечивающую разрыв между жидкостью обоих полостей мембранных камер. Корпус (15) имеет два цилиндра, образующие полости между внутренней стенкой корпуса, стенками цилиндра (37) и поршня (44) с одной стороны и мембраной (8) с другой для заполнения их гидравлической жидкостью. Работа устройства заключается в том, что при вращении ротора сельсина (51) жидкость в мембранной камере контактирует то со смачивающим её материалом, то с несмачивающим материалом полуколец (52) и (53) и этим получающая то увеличение, то
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
уменьшение внутреннего напряжения в жидкости. При контакте со смачивающим материалом полукольца (52) в жидкости мембранной камеры напряжение спадает и за счёт запасённой потенциальной энергии она начнёт расширяться и перемещать мембрану (8), вытесняя гидравлическую жидкость, а с ней и поршень (44). Через шатун (18) линейное перемещение воздействует на кривошипно-шатунный механизм. Противодавление в обоих камерах препятствует прорыву жидкости, а применение сельсин-приёмника, управляемого электрически, обеспечивает надёжную герметизацию полостей.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Claims
Формула изобретения
п.1. Гидросиловое устройство, отличающееся от предложенных ранее устройств с последовательно расположенными кольцевыми камерами, на которые подаётся напор от статического столба жидкости, тем, что группа последовательно расположенных одна под другой камер запитывается жидкостью, поступающей через общую трубу, увенчанную сверху такой же группой последовательно размещённых кольцевых камер, максимально растянутых наполненной жидкостью, для создания необходимого напора и перемещения под действием силы давления мембран нижней группы камер, связанных тросом или цепью с блоком или звёздочкой, закреплёнными на оси, расположенной ровно посередине трубы в месте её разветвления для помещения в этом промежутке осевого подшипника с осью, для перевода линейного перемещения нижней мембраны в крутящий момент, а также для обеспечения определённого вращения всей этой системы через систему шестерён вокруг этой же оси для коммутации воздействия силы давления, что делает ненужным применение специальных впуско-выпускных клапанов, при этом наполнение каждой из расположенных одна под другой камер жидкостью обеспечивается концентрически расположенными трубочками с одинаковыми площадями на срезе колец между образующими этих трубочек, каждая из которых герметично закреплена обратной стороной на внутреннем кольце соответствующей кольцевой камеры, а длина этих трубочек должна быть на одном уровне при максимально растянутой группы кольцевых камер в момент максимального значения силы давления. п.2.Гидpocилoвoe устройство по п.l, отличающееся от него тем, что крайние мембраны противоположных групп камер ("ёлочек") жёстко связаны между собой штангой, разветвляющейся в центре трубы в виде рамки длиной, равной величине перемещения (рабочего хода) мембран, с целью беспрепятственного прохождения штанги поперёк выходной оси.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
п.З. Гравитационное устройство, задействующее ёмкости направленной кумуляции усилий от столба жидкости , импульсивно возникающих за счёт коммутации клапанов впуска и выпycкa,гдe ёмкости представляют собой ряд последовательно расположенных одна под другой четырёхугольных водонепроницаемых полостей в виде усечённых пирамид , в которых по периметру усечения стыкуются четырёхугольные коробы для независимой подачи жидкости в каждую из полостей, площадь поперечного сечения которых вследствие их концентрического расположения по центру полостей, начиная от верхней пирамиды до самой нижней, уменьшается на одинаковую величину, равную площади поперечного сечения короба самой нижней пирамиды, с общими гранями соседствующих пирамид до места расположения шарниров, в точках приложения результирующей силы давления вышестоящей пирамиды, определяемых правилом сложения параллельных сил, возникающих в центрах давления площадей четырёхугольных секторов оснований пирамид, с тем чтобы, проходящие через них параллельно граням основания пирамид, шарниры крепления цепочки пирамид находились на двух рёбрах жёсткости, передающих усилия сверху вниз до усиленного сплошного основания самой нижней пирамиды также через шарниры, находящиеся на краях этих рёбер жёсткости и передающие общее усилие либо через шток на шейку коленвала KTTTM, либо через закреплённую на штоке линейной части линейно- шестерёнчатой зубчатой пары для съёма крутящего момента, а также передачи шестерёнчатой или сельсинной системами сдвига по фазе на 90 градусов угла поворота сердечников впускных и выпускных клапанов других, сопряжённых через общую выходную ось, аналогичных устройств для синхронной подачи жидкости в полость ёмкостей направленной кумуляции усилий от столба жидкости, давление которой коммутируется клапанами, а также обеспечивает освобождение полостей от отработанной порции жидкости, то-есть сработки. п.4. Комплекс из ряда гравитационных устройств, задействующих ёмкости направленной кумуляции усилий от столба жидкости, отличающийся от
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
устройства по п.З тем, что в каждом гравитационном устройстве используется накопительная ёмкость для слива сработки и перекачки её на уровень напорного столба воды водонапорной башни механизмом возврата, представляющим собой ковшовый транспортёр, приводящийся в движение путём отбора мощности от выходного вала общей установки, с предварительным наполнением жидкостью до эксплуатационного уровня водонапорной башни перед пуском комплекса в работу по выработке энергии, что позволяет использовать подпитку водой от деривационной системы только на компенсацию потерь жидкости в процессе эксплуатации устройств энергетического комплекса. п.5. Гидравлическое устройство задействования ёмкостей направленной кумуляции усилий от приложенного давления к жидкости в полости , отличающееся тем, что его работа обеспечивается давлением незамерзающей жидкости в рабочей камере не от напорного столба жидкости, а давлением воздуха от компрессора, подаваемого импульсно в соответствии с попеременной противофазной работой впускного клапана для воздуха от компрессора и выпускного клапана, стравливающего сработку, причём каждый из них в составе единого энергетического узла из четырёх установок имеет сдвиг в 90 градусов, что обеспечивается синхронным управлением с помощью шестерёнчатой или сельсинной передач, связанных с общим выходным валом, а за счёт тяги обратной связи , связывающей мембрану самой нижней полости камеры с решётчатым отверстием усечённой части среза пирамидального колпака, под давлением воздуха от компрессора с помощью поршня воздушной поршневой камеры незамерзающая жидкость (тосол) из пирамидального колпака во время рабочего такта заполняет полости объёма рабочей камеры и во время обратного хода эта жидкость из полостей камеры за счёт шестерёнчатой или сельсинной связи с выходным валом, общим с другими установками, в противофазе с одной из них, поступает в полость питающей трубки и подпоршневое пространство воздушной поршневой
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
камеры, заставляя поршень вытеснять воздух через стравливающий клапан, и за счёт малого диаметра воздушной поршневой камеры обеспечить этим настолько малую величину воздушной сработки, что позволяет применить небольшую по размерам и мощности компрессорную установку, включающуюся с большими перерывами для поддержания давления в ресивере и тем обеспечивающую комфортные условия при установке двигателя на транспорте. п.6. Гидравлическое устройство для преобразования давления жидкости в крутящий момент, состоящее из двух преобразователей с параллельной запиткой водой в каждом из них мембранных полостей, центры давления которых последовательно передают силу давления на свои шатуны KI T TM, причём в противофазе, с возвратом их в исходное положение за счёт сжимающейся возвратной пружины каждого из шатунов ввиду необходимости развязки вращения выходных валов преобразователей с помощью храпового механизма, при наличии жёсткой обратной связи центра тяжести нижней мембраны преобразователей с решёткой в отверстии вверху поршня куполообразной формы, продвигающегося внутри цилиндра, нижний край которого приварен вокруг отверстия в станине преобразователя как общего входного отверстия всех мембранных камер каждого из преобразователей, причём в каждый момент продвижения поршня объём его подкупольного пространства либо убывает либо возрастает на величину соответствующего изменения общего объёма мембранных камер , чем обеспечивается отсутствие перетока воды из подкупольного пространства через телескопическое отведение, связывающее подкупольную полость с водой в отведении далее через отверстие в гидроударной трубе около её конца с расположенным в конце трубы периодически перекрывающимся вентилем, управляемым системой шестерён передачей выбранной частоты и фазы вращения общего выходного вала обоих преобразователей, для создания гидроудара в каждой из труб, подключённых через отведение со своим
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
преобразователем, за счёт протекающей с необходимой скоростью водой с помощью общей помпы, вход которой связан с коммутируемыми вентилями на концах обоих труб через водоводный тройник, а выход помпы также через отводную облегчённую трубу с другим тройником связан с вентилем в начале гидроударной стальной трубы, который перекрывается ровно через половину времени действия положительной фазы гидравлического удара, возникшего в каждой из соответствующих труб в момент разновременного и на определённое установленное время перекрытия вентиля в конце каждой из гидроударных труб, причём достигнувшая начала трубы ударная волна в момент закрытия вентиля , запитывающего трубу с необходимой скоростью за счёт помпы, в течение второй половины положительной фазы гидроудара воздействует на поршень в начале трубы, связанный через храповой механизм с шестерней на валу отбора дополнительной мощности, используемой для вращения помпы, а также другими потребителями, причём в станине, являющейся основанием верхней мембранной камеры преобразователя, предусмотрены решётка из химически активных элементов и стравливающий клапан, работающий при определённой загазованности мембранных полостей. п.7. Гидравлическое устройство, задействующее энергию нуклонов крайних, открытых воздуху молекул жидкости за счёт того, что в прочном эластичном резервуаре, изготовленном из смачивающего жидкость материала, обеспечивающем отсутствие остаточных деформаций в пределах увеличения на одну четверть своего объёма, наполненном жидкостью с минимально возможным присутствием растворённых в ней газов, который через вращающийся с помощью сельсинной передачи сердечник вентиля герметично соединён с другим вспомогательным резервуаром, благодаря чему в жидкости основного резервуара в такт с периодическим нарушением непрерывности жидкости обоих резервуаров, возникают перепады давления , заставляющие вследствие изменяющейся площади открытого молекулярного слоя за счёт
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
сжатия и разжатия жидкости, менять объём эластичного резервуара, который, будучи в свою очередь, расположенным в твёрдой металлической оболочке с заполненным гидравлической жидкостью междустеночным пространством, заставляет под высоким молекулярным давлением от потенциальной энергии сжатой жидкости в эластичном резервуаре, наполнять герметично подсоединённый преобразователь и с силой, пропорциональной площади мембран преобразователя перемещать ползун кривошипно-шатунного механизма для получения крутящего момента. п.8. Гидравлическое устройство по п. 7, отличающееся тем, что в нём вместо поршневого утройства (или преобразователя) имеется сопло для импульсного выброса воды, поступающей в междустеночное пространство в промежутках между всплесками давления, сжимающими воду в эластичном резервуаре, через группу впускных клапанов лепесткового типа для получения реактивной тяги. п9 . Гидравлическое устройство по п.8, отличающееся тем, что в нём изменение напряжённости создаваемое молекулярным давлением граничного слоя молекул в жидкости достигается попеременным контактированием жидкости в мембранной камере путём вращения ротора сельсина с полукольцами из материала смачивающего и несмачивающего жидкость в мембранной камере , а за счёт больших перепадов молекулярного давления жидкость в камере то сжимается, то разжимается, воздействует на мембрану, которая внешней стороной заставляет через гидравлическую жидкость в подсоединённом герметически цилиндре перемещаться поршень или преобразователь, связанный с кривошипно-шатунным механизмом для получения крутящего момента.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Applications Claiming Priority (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LVP-08-131 | 2008-07-11 | ||
| LVP-08-131A LV14090A (lv) | 2008-07-11 | 2008-07-11 | Rotācijas tipa hidrauliska ierīce, kur kā enerģijas avots ir izmantota zemes gravitācija |
| LVP-09-01A LV14189A (lv) | 2009-01-05 | 2009-01-05 | Daudzkameru hidrauliska ierīce, kas gravitācijas spēku pārveido rotācijas spēkā |
| LVP-09-01 | 2009-01-05 | ||
| LVP-09-64 | 2009-03-30 | ||
| LVP-09-64A LV14219A (lv) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | Hidroagregāts, kas pastiprina šķidruma pulsācijas savienotās tilpnēs |
| LVP-09-90 | 2009-05-08 | ||
| LVP-09-90A LV14251A (lv) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | Hidrauliska ierīce |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2010005275A1 true WO2010005275A1 (ru) | 2010-01-14 |
| WO2010005275A8 WO2010005275A8 (ru) | 2010-03-18 |
Family
ID=41507252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/LV2009/000001 WO2010005275A1 (ru) | 2008-07-11 | 2009-05-08 | Гидравлическое устройство |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2010005275A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115176790A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-10-14 | 湖南永粮机械股份有限公司 | 一种风送式弥雾及水雾的果树植保拖拉机 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU96108436A (ru) * | 1996-04-29 | 1998-07-10 | А.Д. Черногоров | Гравитационный двигатель черногорова |
| JP2000054946A (ja) * | 1998-08-11 | 2000-02-22 | Keisuke Taniyama | 水中での空気浮力利用の浮力発電装置 |
| WO2001050149A1 (es) * | 1999-12-31 | 2001-07-12 | Lear Automotive (Eeds) Spain, Sl | Metodo para medida dinamica del estado de salud y de carga de la bateria de un vehiculo y dispositivo para su puesta en practica |
| GB2401154A (en) * | 2002-04-15 | 2004-11-03 | Ezra Shimshi | Buoyant-orbicular-seesaw-system (BOSS) |
| RU2006130256A (ru) * | 2006-08-21 | 2008-02-27 | Сергей Владимирович Мызников (RU) | Экологический двигатель |
-
2009
- 2009-05-08 WO PCT/LV2009/000001 patent/WO2010005275A1/ru active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU96108436A (ru) * | 1996-04-29 | 1998-07-10 | А.Д. Черногоров | Гравитационный двигатель черногорова |
| JP2000054946A (ja) * | 1998-08-11 | 2000-02-22 | Keisuke Taniyama | 水中での空気浮力利用の浮力発電装置 |
| WO2001050149A1 (es) * | 1999-12-31 | 2001-07-12 | Lear Automotive (Eeds) Spain, Sl | Metodo para medida dinamica del estado de salud y de carga de la bateria de un vehiculo y dispositivo para su puesta en practica |
| GB2401154A (en) * | 2002-04-15 | 2004-11-03 | Ezra Shimshi | Buoyant-orbicular-seesaw-system (BOSS) |
| RU2006130256A (ru) * | 2006-08-21 | 2008-02-27 | Сергей Владимирович Мызников (RU) | Экологический двигатель |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| KABARDIN, O.F.: "Prosveschenie", FIZIKA, SPRAVOCHNIYE MATERIALY, UCHEBNOE POSOBIE DLYA UCHSCHIHSYA, 1991, MOSCOW, pages 51 - 53 * |
| YAVORSKII B.M. ET AL.: "Nauka, Moscow, Glabnaya redaktsiya fiziko-matematicheskoy literatury", SPRAVOCHNIK PO FIZIKE, IZDANIE TRETE, 1990, pages 33 - 34 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115176790A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-10-14 | 湖南永粮机械股份有限公司 | 一种风送式弥雾及水雾的果树植保拖拉机 |
| CN115176790B (zh) * | 2022-08-26 | 2023-11-24 | 湖南永粮机械股份有限公司 | 一种风送式弥雾及水雾的果树植保拖拉机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010005275A8 (ru) | 2010-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI79892B (fi) | Hydropneumatisk vattenkraftmaskin. | |
| KR101133671B1 (ko) | 가동물체형 파력발전장치 | |
| JP2018132068A (ja) | 揚水発電所 | |
| DK3049667T3 (en) | Process and system for combined pump water pressure-compressed air-energy storage with constant turbine-water pressure | |
| US7339285B2 (en) | Hydroelectric wave-energy conversion system | |
| US7434396B2 (en) | Economy of motion machine | |
| AU2009305123B2 (en) | Device and method for generating electricity. | |
| US6009707A (en) | Buoyancy driven energy producing device | |
| US20110027107A1 (en) | Power plant, method for producing power, and application of said power plant | |
| US9234495B2 (en) | Power generator | |
| Do et al. | A multi-point-absorber wave-energy converter for the stabilization of output power | |
| RU2616692C2 (ru) | Способ вырабатывания электроэнергии при помощи преобразования давления под водой | |
| US3952517A (en) | Buoyant ram motor and pumping system | |
| US20180171814A1 (en) | O. U. Buoyancy Hydro Electric Loop Piston | |
| US20060218917A1 (en) | Hydroelectric power plant | |
| DK177031B1 (da) | Et energilagringssystem | |
| US20180128237A1 (en) | Mechanical System for Extracting Energy From Marine Waves | |
| US4222238A (en) | Apparatus for obtaining energy from wave motion | |
| RU2150021C1 (ru) | Способ утилизации энергии возобновляющихся источников (варианты) и модуль энергостанции мощностью до мегаватт для его осуществления | |
| US6729857B2 (en) | Water pressure multiplier energy generation system | |
| WO2010005275A1 (ru) | Гидравлическое устройство | |
| Handoko | The development of power take-off technology in wave energy converter systems: A Review | |
| RU90496U1 (ru) | Волновая энергетическая установка | |
| CA2761843A1 (en) | System for discharging water to a turbine to generate power | |
| JPH0560049A (ja) | 圧縮空気を利用した水力発電における揚水装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09794680 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09794680 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |