WO2014011138A1 - Генератор энергии сжатой среды - Google Patents

Генератор энергии сжатой среды Download PDF

Info

Publication number
WO2014011138A1
WO2014011138A1 PCT/UA2013/000089 UA2013000089W WO2014011138A1 WO 2014011138 A1 WO2014011138 A1 WO 2014011138A1 UA 2013000089 W UA2013000089 W UA 2013000089W WO 2014011138 A1 WO2014011138 A1 WO 2014011138A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
driven
shafts
additional
shaft
rockers
Prior art date
Application number
PCT/UA2013/000089
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Юрий Валэнтыновыч ТРУБЯНОВ
Дмытро Евгэновыч МЫРОШНЫЧЭНКО
Виктория Валэрийивна КУЛАКОВСЬКА
Original Assignee
Trubyanov Yuriy Valentynovych
Myroshnychenko Dmytro Yevgenovych
Kulakovska Viktoriia Valeriivna
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trubyanov Yuriy Valentynovych, Myroshnychenko Dmytro Yevgenovych, Kulakovska Viktoriia Valeriivna filed Critical Trubyanov Yuriy Valentynovych
Publication of WO2014011138A1 publication Critical patent/WO2014011138A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/01—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being mechanical

Definitions

  • the invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to inertial energy storage / conversion systems, associated with the device of power drives of rotational motion (energy generators) and can be used to drive various machines and mechanisms.
  • inertial energy converters The principle of operation of inertial energy converters is based on the use of inertia forces of rotating elements with an unbalanced mass (eccentrics) as a source of additional device power. The consequence of this is the saving of electric energy consumed by the drive motor.
  • a known drive for rotating, in particular, an electric generator, the action of which is based on the use of an intermittent movement mechanism comprising a working link made with rotation, to which an alternating torque created by a mechanical oscillation source is applied (patent RU N ° 2377458, 2009 )
  • a centrifugal vibrator As a source of vibration, a centrifugal vibrator is used in the form of an element with an unbalanced mass, which is freely rotated by the engine and installed axially to the working link with a given frequency.
  • the engine and the element with unbalanced mass are installed on the working link, and overrunning clutches are used in the mechanism of intermittent movement.
  • the main disadvantage of this technical solution is the presence in the device of a kinematic chain, in the links of which several types of movement are converted, as a result, the energy of the rotational movement is converted from rotational to reciprocating, and then again to rotational, which, in turn, is converted into the electric. This reduces the efficiency of the drive as a whole, taking into account losses to overcome the friction forces in the transmission units.
  • the closest (prototype) to the claimed is an inertial energy generator (UA application for the invention of JVs a 201 1 13627, publ. Bull. JVe 12.2012, which decided to grant a patent on 06.26.2012), in which,
  • the shaft rotation transmission mechanism contains at least two kinematic coupled to the driving gear driven eccentric bodies (gears with eccentrics fixed to them), each of which is mounted for rotation on additional stationary driven axles.
  • the driven axes at both ends are rigidly interconnected by rockers, the centers of which are freely fixed on the drive shaft.
  • a connecting link is installed on each driven axis, which at its opposite end is connected to a movable element of the working chamber with a variable volume, in particular, a piston of a piston-cylinder pair.
  • the energy of mechanical vibrations arising under the action of centrifugal forces of rotating eccentric bodies, which are given radial acceleration through the drive shaft, is not transformed with losses into rotational energy. And it is transmitted directly to chambers with a variable volume, where mechanical energy is converted into energy of a compressed medium, ready to be used by the consumer without any additional transformations.
  • the energy of the compressed medium obtained in this way significantly exceeds the energy expended by the energy for rotating the drive shaft of the device, which in turn significantly increases the efficiency of the latter.
  • the speed of rotation of the driven gear relative to the axis of rotation of the beam is superimposed on the speed of rotation of the driven gear relative to its axis of rotation. That is, the instantaneous speed of rotation varies depending on the direction of movement of the driven gear with the eccentric, which leads to a variation in the speed of rotation of the eccentric (the eccentric moves in the same direction - the speed increases, but in the opposite direction - the speed decreases), and this in turn affects the working force. Since when the driven gear moves in the direction of rotation of the drive gear, the force of the eccentrics is greater than when moving against rotation.
  • the rocker arm is systematically tightened (the shift of the rocker arm after each cycle in the direction of rotation of the drive gear is actually larger than in the direction opposite to the rotation of the drive gear) relative to the drive shaft with an angular deviation in the direction of rotation of the drive shaft.
  • the system when the known device contains an additional similar pinion gear and two driven eccentric gears connected to it, similarly fixed, respectively, on the drive shaft and driven axles, and located between the rocker arms, which is more preferable in practice, the system also twists the rocker arm .
  • the generator of energy of the compressed medium contains a housing in which a drive shaft is mounted, with the possibility of rotation; a shaft rotation transmission mechanism, through a drive wheel rigidly fixed on it and driven wheels kinematically connected to it, to elements with an unbalanced mass, mounted between two rocker arms in pairs at the edges of the rocker arm; connecting links located on the axis between the elements with unbalanced mass, each of which, with its opposite end, is connected to a movable element of the working chamber with a variable volume, containing inlet valves for pumping the working medium and exhaust valves connected through the receiver to the end user.
  • New in the claimed device is that the housing of the device is equipped with an additional fixed axis and an additional kinematic chain made of interconnected rotating wheels and located in an additional structural rack in the housing, while a pair of rockers is freely mounted on the fixed axis, at both ends of which are freely mounted yoke driven shafts, the ends of which are located between the yokes, are introduced in pairs on each side, into the connecting sleeve with the possibility of independent rotation I am.
  • elements with unbalanced mass are rigidly fixed on the shafts of the rocker arms on both sides of the bushings, and each connecting link is fixed on the corresponding sleeve between the rocker arms.
  • the shaft rotation transmission mechanism contains at least three driven wheels kinematically connected to the drive wheel, each of which is rigidly mounted on a separate driven shaft installed in the housing, while two of these driven shafts are connected to the free ends of the driven shafts of one of the rocker arm pair through homokinetic articulated joints, and the third driven shaft of the housing is connected to the free ends of the driven shafts of the second of the rocker pair through similar homokinetic articulated joints connected by their opposite ends to the shafts of the final wheels of the additional kinematic chain, the central wheel of which is rigidly fixed to the third driven shaft of the housing and all the links of this chain are interconnected with the possibility of transmitting to the driven shafts of the second rocker of the rotational movement opposite to the direction of motion Iya driven shafts of the first rocker
  • each working chamber with a variable volume can be made in the form of a cylinder-piston group, or a bellows, or a closed chamber with a flexible partition (diaphragm), or a pneumatic chamber (air springs);
  • the exhaust valves are located on the side surface of the cylinder, diametrically opposite to each other, at a distance from the inner surface of the cylinder cover, which is calculated by the formula:
  • the device may contain additional working chambers on each driven axis of the rocker arm, mounted opposite the first, and thus constituting the working pair;
  • the transmission mechanism of rotation from the drive wheel to all driven wheels in the device can be made on the basis of friction, or gear, or belt, or chain, or worm gears;
  • the device may contain an additional similar pair of rockers, located, sequentially from the first, on a fixed axis in the opposite, from an additional structural stand, part of the device.
  • both pairs of rockers are additionally interconnected by a lever synchronizer mounted on a fixed axis;
  • an additional kinematic chain is installed made of 3 interconnected rotating wheels, the central of which is kinematically connected with an additional driven wheel mounted on the third driven shaft of the housing, and the outer driven wheels are rigidly fixed , each on its own shaft installed in this part of the housing;
  • the device may contain additional similar pairs of rockers connected to the drive wheel by additional kinematic chains of interconnected wheels, and located in series or parallel to the first two pairs of rockers.
  • the transmission mechanism of the rotation of the drive shaft contains a system of driven gears (gears) knitted with one drive gear mounted on the drive shaft;
  • each of the chambers with a variable volume is made in the form of a cylinder-piston group.
  • the images show:
  • FIG. 1 is a diagram of a device (general view), with the housing cover removed;
  • FIG. 2 is a longitudinal section of a device diagram, bottom view
  • FIG. 3 is a view A in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a general diagram of the directions of rotation of all gears located in the central and lateral parts of the device body
  • FIG. 5 is a graphical diagram of the distribution of mechanical forces during operation of the device.
  • FIG. 6 diagram of the operation of the chamber for the forced stabilization of the piston stroke in the cylinder
  • the inventive device in General, contains a housing 1, in the lateral surface of which the drive shaft 2 is mounted on the bearings.
  • a driving gear 3 is rigidly fixed to the shaft 2, with which three driven gears 4, 5 and 6 are kinematically connected, each of which is rigidly fixed to driven shafts, respectively 7, 8 and 9, mounted on bearings in the side surface of the housing 1.
  • rocker module consisting of an axis 10 rigidly fixed in the structural strut 1 1 on which a pair of rockers 12 and 13 are mounted on the bearings.
  • driven shafts 14 and 15 are mounted on the bearings, respectively ( View A), coaxial to each other and parallel to the driven shaft 8 and axis 10.
  • eccentric bodies (eccentrics) 17 are rigidly mounted at both ends of the rocker arm.
  • the device contains additional working chambers on each driven axis of the rocker arm, mounted opposite the first, and thus constituting working pairs.
  • Gear 20 is the central link of the kinematic chain, consisting of several gears, the final links of which are gears 21 and 22.
  • Each of the gears in this kinematic chain is rigidly fixed on a separate shaft, which is mounted on bearings in a structural rack 23 located at the end of the housing 1, opposite to where the drive shaft 2 is installed.
  • the outer free ends of the driven shafts installed at both ends of the rocker arm 12 are connected to the driven shafts 7 and 8 by homokinetic articulated joints, in this case, constant velocity joint systems (CV joints) 26.
  • CV joints constant velocity joint systems
  • the outer free ends of the driven shafts installed at both ends of the rocker arm 13 are connected to the driven shafts 24 (gears 21) and 25 (gears 22) by similar articulated joints 26.
  • both rockers are in an upright position, and pairs of eccentrics 17 located at the same end of the “rocker module” are mounted with an offset of 180 ° relative to each other.
  • the device in this embodiment, shown in the diagrams, contains an additional similar “rocker module” located on the axis 10, extended beyond the structural strut 23, along the housing 1 increased for this purpose, and additionally rigidly fixed in the structural strut 27.
  • the second “module rocker arm” similarly to the first, includes two rocker arms 28 and 29, along the edges of which the driven shafts are mounted on bearings parallel to axis 10.
  • the driven shaft 9 is also extended beyond the structural strut 23 along the housing 1 to its opposite side surface.
  • An additional driven gear 33 is fixed at the opposite end of the shaft 9, kinematically connected to the gears 34 and 35 through the gear 36.
  • the gears 34 and 35 are rigidly mounted on the driven shafts 37 and 38, respectively, mounted on bearings in the opposite side surface of the housing 1.
  • the external free ends of the driven shafts installed at both ends of the rocker arm 29 are connected to the driven shafts 37 and 38 of the CV joints systems 39.
  • the outer free ends of the driven shafts installed at both ends of the rocker arm 28 are connected to the driven shafts 24 and 25 on the other side of the driven gears, 21 and 22, respectively, and are also connected by similar CV joints systems 39.
  • lever synchronizer 40 is mounted pivotally mounted on the axis 10.
  • the device may contain additional “rocker modules” connected to the pinion by additional kinematic chains of gears located in series or parallel to the first two “modules”.
  • the inventive device operates as follows. From a drive energy source (not shown in the diagrams), which can be used as an electric motor, an internal combustion engine, a wind generator, an air motor, a hydro generator, etc., a force is applied to the drive shaft 2, which accelerates to a given rotation speed and untwists the drive gear 3. In turn, gear 3 drives three driven gears 4, 5 and 6, which transmit rotational movement to driven shafts, respectively,?, 8 and 9.
  • a drive energy source (not shown in the diagrams)
  • gear 3 drives three driven gears 4, 5 and 6, which transmit rotational movement to driven shafts, respectively,?, 8 and 9.
  • the driven shaft 7 also, through the same SHRUS system 26, rotates the driven shaft located at the opposite end of the beam 1 3 parallel to the shaft 15.
  • the driven shaft 9 through the gear 20 and the kinematic chain of additional gears, transmits the rotation to the gear 21 , which, in turn, through a similar system of CV joints 26, rotates the driven shaft located at the opposite end of the beam 13, parallel to the shaft 14.
  • the driven shafts 37 and 38 are rotated using gears 34 and 35, respectively, which, in turn, are transmitted from the drive shaft 2 through a kinematic chain: drive gear 3 - driven gear 6 - driven shaft 9 - driven gears 33 and 36.
  • Figure 5 graphically shows a diagram of the distribution of mechanical forces during operation of the device, for example, the forces acting on eccentric bodies (17) during rotation of the shafts 14 and 15 of the rocker arm.
  • Eccentric bodies 17 rotate about the axis 10 of the rocker arm in different directions, symmetrically to the axis ae, at the same speed.
  • FIG. 5 shows that, with multidirectional rotation of the driven shafts
  • the “module” of the rocker arm 12 and 13, synchronously with the eccentric bodies 17, makes oscillatory movements.
  • the oscillation amplitude is always given and equal to 2 distances to the points of extreme positions of the centers of mass of eccentric bodies 17, which are determined by calculation.
  • the second “module” of the rocker arm 28 and 29 ( Figure 2) oscillates with the same amplitude but with a phase shift, so that when one “module” oscillates to the right, the other to the left, and vice versa.
  • each oscillatory movement of the “modules” of the rocker arm 13, 12 and 28.29 is working, when useful work is performed alternately and diagonally in all pairs of chambers with a variable volume.
  • the lever synchronizer 40 installed between the “modules” ensures their rigid connection with each other, and, as a result, the equivalent multidirectional movement of the “modules”, while maintaining freedom of multidirectional movement.
  • the synchronizer also eliminates lags or advances that may be caused by permissible inaccuracies in the mass characteristics of eccentric bodies, which move the rocker arm, which could lead to non-synchronous operation of the device as a whole, causing vibration.
  • the working medium with excess pressure is transmitted through the exhaust valves (Fig.6), chambers with variable volume to the end user.
  • a working medium liquids, gases, atmospheric air can be used, depending on the specified output operating parameters of the inventive device and the conditions (including environmental conditions) of its operation.
  • the position of the exhaust valves is determined by calculation.
  • the degree of gas compression ⁇ is the ratio of the initial volume V H to the final volume of gas V K :
  • the degree of pressure increase ⁇ is the ratio of the initial pressure P n to the final pressure P k :
  • n is the polytropic index equal to:
  • n (C - Cp) / (C - Cv),
  • Cp and Cv are the heat capacities of the gas, respectively, at constant pressure and volume; C is the heat capacity of the gas.
  • the calculated value of the effective force of the energy generator Fx should be greater than the value of F 0TbH at a pressure of P n (working pressure) and at the same time less than the value of F otbK at a pressure of P to (pressure after compression of the damping chamber), i.e.:
  • the volume of the damping chamber before compression is a harmful volume.
  • the size of the harmful volume V H is from 3% to 15% of the working volume of the cylinder V 0 equal to:
  • V 0 S n o. (AND)
  • Additional advantages of the inventive design of the generator include the fact that it can perform an additional function, namely, create and maintain a vacuum in various technological devices, systems and installations, as well as pump out air and gas-vapor mixtures in tanks, creating a vacuum in them. Moreover, additional structural transformations are not required for this, it is enough to mutually change the functions of the intake and exhaust valves in chambers with variable volume. At the same time, each of them will function in the “reverse direction”. Using the claimed device, the process of evacuation of the medium will also become simple and economical. The device of the claimed design allows you to combine the work of creating a vacuum (evacuation) in one of the "rocker modules", simultaneously with the work of forcing a compressed medium in another "module". That is, in practice, the claimed device can perform two different functions at the same time.
  • the device can operate in a multistage compressor mode.
  • the exhaust valves of the working chambers can be connected to the end consumer through a receiver in which the energy of the compressed medium can be stored and transported without loss for a long time without loss, if necessary, over long distances, without need the use of additional communications in the form, for example, of power lines, which makes it more economical in comparison with known devices.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Изобретение относится к инерционным системам накопления/преобразования энергии может быть использовано для привода различных машин и механизмов. Генератор энергии сжатой среды содержит приводной вал, механизм передачи вращения вала элементам с неуравновешенной массой, которые установлены между двумя коромыслами попарно по краям коромысел. Соединительные звенья, расположенные на оси между элементами с неуравновешенной массой, соединены с подвижными элементами рабочих камер с изменяемым объемом. Механизм передачи вращения вала состоит из двух кинематических цепей, звенья которых связаны между собой таким образом, что двум элементам с неуравновешенной массой, расположенным на одной и той же оси, передается разнонаправленное вращение.

Description

ГЕНЕРАТОР ЭНЕРГИИ СЖАТОЙ СРЕДЫ
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к инерционным системам накопления/преобразования энергии, связанно с устройством силовых приводов вращательного движения (генераторов энергии) и может быть использовано для привода различных машин и механизмов.
Принцип действия инерционных преобразователей энергии основан на использовании сил инерции вращающихся элементов с неуравновешенной массой (эксцентриков) в качестве источника дополнительной мощности устройства. Следствием чего является экономия электрической энергии, потребляемой приводным электродвигателем.
Известен силовой привод для вращения, в частности, электрогенератора, действие которого основано на использовании механизма прерывистого движения, содержащего рабочее звено, выполненное с возможностью вращения, к которому прикладывают знакопеременный момент вращения, создаваемый с помощью источника механических колебаний (патент RU N° 2377458, 2009).
В качестве источника колебаний применяют центробежный вибратор в виде элемента с неуравновешенной массой, который свободно вращают двигателем и устанавливают аксиально рабочему звену с заданной частотой. При этом двигатель и элемент с неуравновешенной массой устанавливают на рабочем звене, а в механизме прерывистого движения используют обгонные муфты.
Основным недостатком такого технического решения является наличие в устройстве кинематической цепи, в звеньях которой несколько раз происходит преобразование видов движения, вследствие чего, энергия вращательного движения преобразуется из вращательной в возвратно - поступательную, и далее - снова во вращательную, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую. Что снижает КПД привода в целом, с учетом потерь на преодоление сил трения в передаточных узлах.
Наиболее близким (прототипом) к заявляемому является инерционный генератор энергии (заявка UA на изобретение JVs а 201 1 13627, опубл. Бюл. JVe 12.2012 г., по которой принято решение о выдаче патента от 26.06.2012 г.), в котором, механизм передачи вращения вала содержит не менее двух, кинематических связанных с ведущей шестерней, ведомых эксцентричных тел (шестерен с закрепленными на них эксцентриками), каждая из которых установлена с возможностью вращения на дополнительных неподвижных ведомых осях. Ведомые оси на обоих своих концах жестко связаны между собой коромыслами, центры которых свободно закреплены на приводном валу. На каждой ведомой оси установлено соединительное звено, которое своим противоположным концом соединено с подвижным элементом рабочей камеры с изменяемым объемом, в частном случае, поршнем цилиндропоршневой пары.
Под действием центробежной силы инерции вращающихся эксцентричных тел, возрастает усилие на ведомые оси и оба коромысла начинают возвратно - поступательно отклоняться от первоначального положения. За счет цикличного изменения направления центробежной силы, коромысла, синхронно с эксцентричными телами, совершают колебательные движения с заданной амплитудой. И, через соединительные звенья, передают усилие на поршни в цилиндрах, которые при этом перемещаются на расстояние, равное заданной амплитуде колебаний коромысел.
Т.о., в данном устройстве, энергия механических колебаний, возникающих под действием центробежных сил вращающихся эксцентричных тел, которым придается радиальное ускорение через приводной вал, не трансформируется с потерями во вращательную энергию. А передается непосредственно к камерам с переменным объемом, где механическая энергия преобразуется в энергию сжатой среды, готовой без каких-либо дополнительных преобразований использоваться потребителем. Полученная таким образом энергия сжатой среды значительно превосходит по мощности затраченную энергию на вращение приводного вала устройства, что в свою очередь значительно повышает КПД последнего.
Вследствие отсутствия прямой и обратной механической связи между приводящим двигателем (приводным валом) и рабочими камерами с переменным объемом, потребляемая устройством энергия расходуется исключительно на достижение приводным валом заданных оборотов вращения эксцентричных тел, при которых возникают центробежные силы от взаимодействия равноускоренных эксцентричных тел, т.е., на преодоление их стартовой инерции и сил трения в подшипниках. В результате существенно повышается КПД устройства в целом и его экономичность. Однако, такое устройство не лишено недостатков, которые могут проявляться преимущественно, при предельных нагрузках.
А именно.
При движении ведомых шестерен возвратно-поступательно по окружности ведущей шестерни, скорость вращения ведомой шестерни относительно оси вращения коромысла накладывается на скорость вращения ведомой шестерни относительно своей оси вращения. То есть, моментальная скорость вращения варьируется в зависимости от направления движения ведомой шестерни с эксцентриком, что приводит к варьированию скорости вращения эксцентрика (эксцентрик движется сонаправленно - скорость увеличивается, а противоположно направленно - скорость уменьшается), а это в свою очередь влияет на рабочее усилие. Так как при движении ведомой шестерни по направлению вращения ведущей шестерни усилие эксцентриков большее, чем при движении против вращения. В результате происходит системное подкручивание коромысла (сдвиг коромысла после каждого цикла в сторону направления вращения приводной шестерни фактически больше, чем в направлении, противоположном вращению приводной шестерни) относительно приводного вала с угловым отклонением в сторону направления вращения приводного вала.
В варианте, когда известное устройство, содержит дополнительную аналогичную ведущую шестерню и связанные с ней две ведомые эксцентричные шестерни, аналогично закрепленные, соответственно, на приводном валу и ведомых осях, и расположенные между коромыслами, что является более предпочтительным на практике, также происходит системное подкручивание коромысел.
В этом случае, эффект подкручивания коромысел обусловлен однонаправленным вращением двух ведущих шестерен, которое передается на ведомые шестерни и далее - эксцентрикам. При разном положении эксцентриков возникает разница величин моментов сил инерции, действующих на коромысла, которая и составляет подкручивающий момент, дополнительно действующий на коромысла.
Наличие этих недостатков может привести, в особенности, при предельных нагрузках, к возникновению резонансных явлений, к мгновенным циклическим нагрузкам на элементы привода эксцентриков и, как следствие, к нестабильной амплитуде колебания коромысла относительно корпуса. Что повлечет за собой изменение длины хода поршня в цилиндре и недопустимое касание (возможно, удар) поршня внутренней поверхности головки цилиндра. Все перечисленное может привести к нестабильной работе всего устройства в целом, или возможной его остановке. Целью заявляемого технического решения является повышение надежности работы устройства при предельных нагрузках, за счет усовершенствования привода вращения эксцентричных тел от приводного вала устройства, и модификации конструкции рабочей камеры с переменным объемом. Поставленная цель достигается тем, что генератор энергии сжатой среды, содержит корпус, в котором установлен, с возможностью вращения, приводной вал; механизм передачи вращения вала, через жестко закрепленное на нем ведущее колесо и кинематически связанные с ним ведомые колеса, элементам с неуравновешенной массой, установленным между двумя коромыслами попарно по краям коромысел; соединительные звенья, расположенные на оси между элементами с неуравновешенной массой, каждое из которых, своим противоположным концом соединено с подвижным элементом рабочей камеры с изменяемым объемом, содержащей впускные клапаны для нагнетания рабочей среды и выпускные клапаны, соединенные через ресивер с конечным потребителем.
Новым в заявляемом устройстве является то, что корпус устройства снабжён дополнительной неподвижной осью и дополнительной кинематической цепью, выполненной из взаимосвязанных вращающихся колес и расположенной в дополнительной конструктивной стойке в корпусе, при этом, на неподвижной оси свободно установлена пара коромысел, в обоих концах которых свободно установлены ведомые валы коромысел, концы которых, расположенные между коромыслами, введены попарно с каждой стороны, в соединительную втулку с возможностью независимого их вращения. При этом, элементы с неуравновешенной массой жестко закреплены на валах коромысел по обе стороны от втулок, а каждое соединительное звено закреплено на соответствующей втулке между коромыслами.
Механизм передачи вращения вала содержит не менее трех, кинематически связанных с ведущим колесом, ведомых колес, каждое из которых жестко закреплено на отдельном ведомом валу, установленном в корпусе, при этом, два из этих ведомых валов соединены со свободными концами ведомых валов одного из пары коромысел через гомокинетические шарнирные соединения, а третий ведомый вал корпуса соединен со свободными концами ведомых валов второго из пары коромысел через аналогичные гомокинетические шарнирные соединения, связанные противоположными своими концами с валами конечных колес дополнительной кинематической цепи, центральное колесо которой жестко закреплено на третьем ведомом валу корпуса и все звенья этой цепи взаимосвязаны с возможностью передачи ведомым валам второго коромысла вращательного движения, противоположного направлению движения ведомых валов первого коромысла
При этом,
- каждая рабочая камера с изменяемым объемом может быть выполнена в виде цилиндропоршневой группы, или сильфона, или замкнутой камеры с гибкой перегородкой (диафрагмой), или пневмокамеры (пневморессоры);
- в рабочей камере, выполненной в виде цилиндропоршневой группы, выпускные клапаны расположены в боковой поверхности цилиндра, диаметрально противоположно друг другу, на расстоянии от внутренней поверхности крышки цилиндра, которое вычисляется по формуле:
/ = (0.03 - 0,08) /0 ,
где:
/я - расстоянии от внутренней поверхности крышки цилиндра до верхнего края выпускного отверстия, мм;
/о - ход поршня в цилиндре, мм;
- устройство может содержать дополнительные рабочие камеры на каждой ведомой оси коромысел, установленные оппозитно первым, и составляющие таким образом рабочие пары;
- механизм передачи вращения от ведущего колеса всем ведомым колёсам в устройстве может быть выполнен на основе фрикционной, или зубчатой, или ременной, или цепной, или червячной передачи;
- в качестве гомокинетического шарнирного соединения могут быть использованы карданный вал, шарнир равных угловых скоростей, кулачково-дисковая муфта (Муфта Олдема), муфта Шмидта;
- устройство может содержать дополнительную аналогичную пару коромысел, расположенную, последовательно с первой, на неподвижной оси в противоположной, от дополнительной конструктивной стойки, части устройства. При этом:
а) обе пары коромысел дополнительно соединены между собой рычажным синхронизатором, закрепленным на неподвижной оси;
б) в корпусе, с противоположной стороны от установки ведущего вала, установлена дополнительная кинематическая цепь, выполненная из 3-х взаимосвязанных вращающихся колес, центральное из которых кинематически связано с дополнительным ведомым колесом, установленным на третьем ведомом валу корпуса, а крайние ведомые колеса жестко закреплены, каждый на своем валу, установленном в этой части корпуса;
в) свободные концы ведомых валов одного из второй пары коромысел, через аналогичные гомокинетические шарнирные соединения, связаны с противоположными свободными концами валов конечных колес кинематической цепи, установленной в дополнительной конструктивной стойке;
г) свободные концы ведомых валов второго из второй пары коромысел соединены с третьим ведомым валом корпуса через аналогичные гомокинетические шарнирные соединения, связанные противоположными своими концами с валами крайних ведомых колес дополнительной кинематической цепи, все звенья которой взаимосвязаны с возможностью передачи соосным валам второй пары коромысел разнонаправленного вращения;
- устройство может содержать дополнительные аналогичные пары коромысел, соединенные с ведущим колесом дополнительными кинематическими цепями взаимосвязанных колес, и расположенные последовательно или параллельно первым двум парам коромысел.
Т.о., в заявляемом устройстве, в сравнении с прототипом, кинематический принцип работы коромысла не изменился, изменился привод вращения элементов с неуравновешенной массой (эксцентричных тел) от приводного вала устройства.
При размещении ведомых колес не на валах пары коромысел, а на корпусе устройства, и соединение ведомых валов с валами коромысел с помощью гомокинетических шарнирных соединений, имеющих продольную степень свободы, вращение от ведомых валов на валы коромысла, а значит, и на жестко закрепленные на них эксцентричные тела (эксцентрики), передается без искажения угловой скорости. Как результат, усилия эксцентриков по направлению вращения ведомой шестерни равно усилию эксцентриков против направления вращения ведомой шестерни. То есть крутящий момент относительно оси вращения коромысла будет равным в разных направлениях, что приведет к ликвидации подкручивания коромысла.
А, как следствие - отсутствие резонансных явлений и цикличных рывкообразных усилий, негативно влияющих на работу устройства, что значительно увеличит ресурс его работы.
Обеспечение в заявляемом устройстве возможности разнонаправленного вращения эксцентричных тел, закрепленных на соосных ведомых валах коромысел, с помощью дополнительных цепей кинематически связанных между собой ведомых колес, позволяет компенсировать подкручивающий момент коромысла равным по величине, но противоположным по направлению крутящим моментом. Благодаря тому, что два эксцентричных тела вращаются в разных направлениях, симметрично оси вращения, с одинаковой скоростью. И, как следствие, положение эксцентричных тел динамично симметрично относительно оси вращения и исключена разница величины моментов, возникающих при разном положении эксцентричных тел, имеющая место в конструкции прототипа. Дополнительное исключение подкручивания коромысел в конструкции заявляемого устройства с двумя парами коромысел, также повысит надежность его работы.
Расположение выпускных клапанов в боковой поверхности цилиндра рабочей камеры, на расчетном расстоянии от внутренней поверхности его крышки, приводит к тому, что, двигаясь в направлении верхней мертвой точки (ВМТ) цилиндра, поршень перекрывает отверстия выпускных клапанов, в результате чего, выпуск рабочей среды из цилиндра прекращается и «над поршнем» создается замкнутый объем демпфирующей среды - функциональная камера принудительного ограничения хода поршня. Дальнейшее незначительное перемещение поршня к ВМТ сжимает рабочую среду в камере до расчётного давления, которое останавливает поршень в заданной точке относительно внутренней поверхности крышки цилиндра. Это позволит обеспечить устойчивую фиксацию хода поршня на расчётном расстоянии от внутренней поверхности крышки цилиндра, исключит возможность касания поршня с этой поверхностью, и, соответственно, длительную и надежную эксплуатацию устройства без поломок и остановок, даже при его работе при предельных нагрузках. Наличие в заявляемом устройстве второй пары коромысел обеспечивает уравновешивание инерции колеблющихся масс и, как следствие, взаимно компенсирует вибрации при работе устройства.
Т.е., указанные отличительные признаки устройства необходимы и достаточны для достижения поставленной цели изобретения.
Принцип действия заявляемого устройства поясняется следующими графическими изображениями, где представлена схема устройства, в котором:
- механизм передачи вращения приводного вала содержит систему ведомых зубчатых колес (шестерен), вязанных с одной ведущей шестерней, закрепленной на приводном валу;
каждая из камер с переменным объемом выполнена в виде цилиндропоршневой группы.
На изображениях показаны:
Фиг. 1 - схема устройства (общий вид), со снятой крышкой корпуса;
Фиг. 2 - продольный разрез схемы устройства, вид снизу;
Фиг. 3 - вид А на Фиг.2;
Фиг. 4 - общая схема направлений вращения всех шестерен, расположенных в центральной и боковых частях корпуса устройства;
Фиг. 5 - графическая схема распределения механических усилий при работе устройства.
Фиг. 6 - схема работы камеры принудительной стабилизации хода поршня в цилиндре
Заявляемое устройство, в общем случае, содержит корпус 1 , в боковой поверхности которого на подшипниках установлен приводной вал 2. На валу 2 жестко закреплена ведущая шестерня 3, с которой кинематически связаны три ведомые шестерни 4, 5 и 6, каждая из которых жестко закреплена на ведомых валах, соответственно 7, 8 и 9, установленных на подшипниках в боковой поверхности корпуса 1.
Внутри корпуса 1 расположен «модуль коромысла», состоящий из жестко зафиксированной в конструктивной стойке 1 1 оси 10, на которой на подшипниках установлена пара коромысел 12 и 13. По краям обоих коромысел в них установлены на подшипниках ведомые валы, соответственно, 14 и 15 (Вид А), соосно друг другу и параллельно ведомому валу 8 и оси 10.
Аналогичные соосные ведомые валы установлены на подшипниках в противоположных концах коромысел параллельно ведомому валу 7 и оси 10.
Свободные концы ведомых валов, установленных в обоих концах коромысел 12 и 13, расположенные между коромыслами, введены в соединительную втулку 16 (Вид А) на подшипниках.
На ведомых валах коромысел, между втулками 16 и каждым из коромысел 12 и 13, в обоих концах коромысел, жестко установлены эксцентрические тела (эксцентрики) 17.
На обеих втулках 16 «модуля коромысла» установлены соединительные звенья
18, каждое из которых своим противоположным концом соединено с подвижным элементом одной из камер с переменным объемом 19 (Фиг. 1 ).
Устройство содержит дополнительные рабочие камеры на каждой ведомой оси коромысел, установленные оппозитно первым, и составляющие таким образом рабочие пары.
На противоположном конце от ведомой шестерни 6 на ведомом валу 9, проходящем вдоль всего корпуса 1 параллельно оси 10 «модуля коромысла», жестко закреплена ведомая шестерня 20 (Фиг.1 ). Шестерня 20 является центральным звеном кинематической цепи, состоящей из нескольких шестерен, конечными звеньями которой являются шестерни 21 и 22. Каждая из шестерен в этой кинематической цепи жестко зафиксирована на отдельном валу, который установлен на подшипниках в конструктивной стойке 23, расположенной в конце корпуса 1 , противоположном тому, где установлен приводной вал 2.
Внешние свободные концы ведомых валов, установленных в обоих концах коромысла 12 соединены с ведомыми валами 7 и 8 гомокинетическими шарнирными соединениями, в данном случае, системами шарниров равных угловых скоростей (ШРУС) 26.
Внешние свободные концы ведомых валов, установленных в обоих концах коромысла 13, соединены с ведомыми валами 24 (шестерни 21) и 25 (шестерни 22) аналогичными шарнирными соединениями 26.
В исходном состоянии, оба коромысла находиться в вертикальном положении, а пары эксцентриков 17, расположенные в одном и том же конце «модуля коромысла», установлены со смещением на 180° относительно друг друга. Устройство, в данном варианте, показанном на схемах, содержит дополнительный аналогичный «модуль коромысла», расположенный на оси 10, продолженной за пределы конструктивной стойки 23, вдоль увеличенного для этой цели корпуса 1 , и дополнительно жестко зафиксированной в конструктивной стойке 27. Второй «модуль коромысла», аналогично первому, включает два коромысла 28 и 29, по краям которых установлены на подшипниках ведомые валы, параллельные оси 10. Аналогично первому «модулю коромысла», во втором «модуле» между коромыслами 28 и 29, жестко установлены эксцентрики 30 и соединительные звенья 31 (Фиг.1), каждое из которых, своим противоположным концом, соединено с подвижным элементом одной из камер с переменным объемом 32 (Фиг.1 ).
Ведомый вал 9 также продолжен за пределы конструктивной стойки 23 вдоль корпуса 1 до противоположной его боковой поверхности. На противоположном конце вала 9 жестко закреплена дополнительная ведомая шестерня 33, кинематически связанная с шестернями 34 и 35 через шестерню 36. Шестерни 34 и 35 жестко закреплены на ведомых валах, соответственно 37 и 38, установленных на подшипниках в противоположной боковой поверхности корпуса 1.
Внешние свободные концы ведомых валов, установленных в обоих концах коромысла 29, соединены с ведомыми валами 37 и 38 системами ШРУСов 39.
Внешние свободные концы ведомых валов, установленных в обоих концах коромысла 28, соединены с ведомыми валами 24 и 25 по другую сторону от ведомых шестерен, соответственно, 21 и 22, также соединены аналогичными системами ШРУСов 39.
Между обоими «модулями коромысла» установлен рычажный синхронизатор 40, закрепленный шарнирно на оси 10.
Чтобы избежать нежелательных возникающих неуравновешенных вибраций во время работы устройства при разных рабочих оборотах приводного вала, техническое решение с двумя «модулями коромысла» является предпочтительным.
На практике, для различных условий эксплуатации, устройство может содержать дополнительные «модули коромысла», соединенные с ведущей шестерней дополнительными кинематическими цепями шестерен, расположенные последовательно или параллельно первым двум «модулям».
Заявляемое устройство работает следующим образом. От приводного источника энергии (на схемах не показан), в качестве которого может быть использован электромотор, двигатель внутреннего сгорания, ветряной генератор, пневмодвигатель, гидрогенератор т.п., подают усилие на приводной вал 2, который разгоняется до заданной скорости вращения и раскручивает ведущую шестерню 3. В свою очередь, шестерня 3 приводит в движение три ведомые шестерни 4, 5 и 6, которые передают вращательное движение ведомым валам, соответственно,?, 8 и 9.
Ведомый вал 8, через систему ШРУСов 26, вращает ведомый вал 15 коромысла 13. Ведомый вал 9, через шестерню 20 и кинематическую цепь дополнительных шестерен, передает вращение шестерне 22, которая, в свою очередь, через аналогичную систему ШРУСов 26, вращает ведомый вал 14 коромысла 12.
Аналогичным образом, ведомый вал 7, также, через такую же систему ШРУСов 26, вращает ведомый вал, расположенный в противоположном конце коромысла 1 3, параллельно валу 15. А ведомый вал 9, через шестерню 20 и кинематическую цепь дополнительных шестерен, передает вращение шестерне 21 , которая, в свою очередь, через аналогичную систему ШРУСов 26, вращает ведомый вал, расположенный в противоположном конце коромысла 13, параллельно валу 14.
Кинематические связи в цепи шестерен, центральным звеном которой является шестерня 20, а конечным звеном, которой является шестерня 22, выполнены так, что соосные ведомые валы 14 и 15 коромысел, соответственно, 12 и 13 (Вид А), вращаются с одинаковой угловой скоростью, но в разных направлениях (Фиг.4). Как следствие, эксцентрики 17, установленные на этих валах 14 и 15, также вращаются в разных направлениях.
Аналогичным образом, кинематические связи в цепи шестерен, центральным звеном которой является шестерня 20, а конечным звеном которой является шестерня 21 , выполнены так, что соосные ведомые валы, расположенные в противоположных концах коромысел 12 и 13, параллельно валам 14 и 15, вращаются с одинаковой угловой скоростью, но в разных направлениях (Фиг.4). Как следствие, эксцентрики 17, установленные на этих валах, также вращаются в разных направлениях.
Абсолютно аналогичным образом обеспечивается разнонаправленное движение соосных ведомых валов, расположенных в противоположных концах коромысел 28 и 29 второго «модуля коромысла», расположенного симметрично первому модулю относительно конструктивной стойки 23 в центральной части корпуса (Фиг. 4). С той лишь разницей, что вращение ведомым валам, расположенным в противоположных концах коромысла 29, передается от ведомых валов 37 и 38, через системы ШРУСов 39.
Ведомые валы 37 и 38 вращаются с помощью шестерен, соответственно, 34 и 35, которым, в свою очередь, движение передается от приводного вала 2 через кинематическую цепь: ведущая шестерня 3 - ведомая шестерня 6 - ведомый вал 9 - ведомые шестерни 33 и 36.
Вращение ведомым валам, расположенным в противоположных концах коромысла 28, предается так же, как и ведомым валам коромысла 12, через кинематическую цепь шестерен, расположенной в конструктивной стойке 23, и системы ШРУСов 39.
Благодаря применению в описываемой конструкции ШРУСов, вращение от всех ведомых валов передается на соответствующие валы коромысел 12, 13, 28, 29, на которых жестко закреплены эксцентрики, без искажения угловой скорости.
На Фиг.5 графически показана схема распределения механических усилий при работе устройства, на примере сил, действующих на эксцентричные тела ( 17) при вращении валов 14 и 15 коромысел.
На схеме использованы следующие буквенные обозначения:
X , Y - координатные оси;
Рц - центробежная сила;
РцС - центростремительная сила;
Fx - проекции центробежных сил на ось X;
FY - проекции центробежных сил на ось Y;
FK - касательное усилие.
Эксцентричные тела 17 вращаются относительно оси 10 коромысел в разных направлениях, симметрично оси а-д, с одинаковой скоростью.
На схеме Фиг.5 показано, что, при разнонаправленном вращении ведомых валов
14 и 15, находящихся на одной оси, в момент, когда первое эксцентричное тело, вращаясь против часовой стрелки, находится в точке а, соответственно, второе эксцентричное тело, вращаясь по часовой стрелке, также находится в точке а.
Аналогичная ситуация происходит в точке д. Когда одно из эксцентричных тел находиться в точке б, то другое находится в точке в. Из чего следует, что значение действующей силы Fx, работа которой используется в заявляемом устройстве, остается неизменным по силе и направлению, в сравнении с вариантом однонаправленного движения эксцентричных тел в устройстве-прототипе. Но, при этом, в заявляемой конструкции, с разнонаправленным вращением ведомых валов 14 и 15, подкручивающий момент коромысла взаимно компенсируется эквивалентным по величине, но противоположным по направлению подкручивающим моментом от противоположного направления вращения.
Одинаковая угловая скорость вращения соосных валов 14 и 15 (Фиг 3) «модуля коромысла» и смещение эксцентрического тела, установленного на валу 14, относительно эксцентрического тела, установленного на валу 15, зеркально плоскости а-д, проходящей через центр вала коромысла перпендикулярно плоскости б-в, проходящей через центры валов и оси 10, обеспечивает эквивалентную цикличность пространственного месторасположения эксцентричных тел во время каждого их полного оборота относительно своих осей вращения.
При разнонаправленном вращении эксцентричных тел 17, на них действует центробежная сила инерции, под действием которой возрастает усилие от эксцентричных тел на валы 14 и 15, и «модуль» коромысел 12 и 13 начинает возвратно - поступательно отклоняться от первоначального положения относительно оси коромысла.
За счет цикличного изменения направления центробежной силы «модуль» коромысел 12 и 13, синхронно с эксцентричными телами 17, совершает колебательные движения. Амплитуда колебаний всегда задана и равна 2-м расстояниям до точек крайних положений центров масс эксцентричных тел 17, которые определены расчетным путем. Второй «модуль» коромысел 28 и 29 (Фиг.2) колеблется с той же амплитудой но со сдвигом фазы, таким образом, что когда один «модуль» колеблется в вправо, то другой - влево, и наоборот.
Усилия эксцентричных тел 17, при достижении крайней точки отклонения «модуля» коромысел 13 и 12, передаются моментально через кинематическую цепь «коромысла13, 12 - валы 15 и 14 коромысел - соединительные звенья 18 - подвижные элементы камер с переменным объемом 19». И любое направление колебательного движения модулей коромысла приводит в движение подвижные элементы всех 4-х камер с переменным объемом 19, расположенных оппозитно друг другу в каждой паре камер, установленных на втулках 16 в противоположных концах коромысел 12 и 13 (Фиг.1). Изменяется только направление усилия эксцентричных тел на 180° в точке крайнего отклонения обоих «модулей» коромысел 13, 12 и 28,29, когда центробежная сила эксцентричных тел максимально совпадает с направлением движения соответствующего «модуля», то есть, моментально меняется фаза, что позволяет эффективно снимать полезное усилие работы эксцентричных тел в обоих направлениях.
При этом, одновременно происходят процессы сжатия рабочей среды в каждой из двух камер, установленных в разных «модулях» и расположенных диагонально друг другу, при отклонении «модулей» коромысел по часовой стрелке. И процессы наполнения рабочей среды в другой паре диагонально расположенных камер, установленных в разных «модулях» - при отклонении «модулей» коромысел против часовой стрелки. Аналогичные процессы происходят в оппозитных рабочих камерах, установленных в каждом из «модулей» коромысел.
Т.е., каждое колебательное движение «модулей» коромысел 13, 12 и 28,29 является рабочим, когда полезная работа выполняется поочередно и диагонально во всех парах камерах с переменным объемом.
Рычажный синхронизатор 40, установленный между «модулями», обеспечивает их жесткую связь между собой, и, как следствие, эквивалентное разнонаправленное движение «модулей», сохраняя, при этом, свободу разнонаправленного перемещения. Синхронизатор также устраняет отставания или опережения, которые могут быть вызваны допустимыми неточностями массовых характеристик эксцентричных тел, приводящих в движение коромысла, что могло бы привести к несинхронной работе устройства в целом, вызывая вибрацию.
Рабочая среда с избыточным давлением передается через выпускные клапаны (Фиг.6), камер с переменным объемом конечному потребителю. В качестве рабочей среды могут быть использованы жидкости, газы, атмосферный воздух, в зависимости от заданных выходных рабочих параметров заявляемого устройства и условий (в том числе условий окружающей среды) его эксплуатации.
Выполнение выпускных клапанов 1 в каждой камере с переменным объемом в боковой поверхности цилиндра 2 (Фиг.6) позволило создать замкнутый объем рабочей среды - функциональную камеру принудительного ограничения хода поршня (демпфирующую камеру), ограниченную стенками цилиндра 2, внутренней поверхностью крышки 3 цилиндра с входным клапаном 4, и дном поршня 5. Двигаясь в направлении верхней мертвой точки (ВМТ), поршень перекрывает канал выпускных клапанов 1, и, перемещаясь в зоне Δ сжимает рабочую среду до расчетного давления, которое останавливает (фиксирует) поршень в заданной точке, относительно внутренней поверхностью крышки 3 цилиндра 2.
Место положения выпускных клапанов определяется расчётным путем.
Степень сжатия газа ε - это отношение начального объёма VH к конечному объёму газа VK:
8 =VH /VK (1) Степень повышения давления π - это отношение начального давления Рн к конечному давлению Рк:
π- Ρκ Рн (2) * характеристики пи & одновременно не задают
Рк(Ук)п=Рн(Ун)п (3) π = Ρκ/ΡΗ = (νΗ/νκ)η=εη, (4)
где п - показатель политропы, равный:
п = (С - Ср) /(С - Cv) ,
где:
Ср и Cv— теплоёмкости газа, соответственно при постоянном давлении и объёме; С - теплоёмкость газа.
Так как, после прохождения дна поршня 5 относительно верхнего края выпускного клапана, количество среды не изменяется, но изменяется объём, то соответственно изменяется давление среды в демпфирующей камере: P,<=PH(V„/VK)n (5)
Объём демпфирующей камеры до сжатия: vH = sn /H , (6)
где:
Sn - площадь поршня, мм2;
/н - линейный размер камеры до сжатия (расстояния от внутренней поверхности крышки цилиндра до верхнего края выпускного отверстия), мм.
А объём демпфирующей камеры после сжатия:
Figure imgf000018_0001
где:
/к- линейный размер камеры после сжатия, мм.
Соответственно, для конечного давления Рк выражение (5) можно записать как:
Рк = Рн (/н / /к)п (8). При этом, ответное усилие от демпфирующей камеры после сжатия будет равно:
Figure imgf000018_0002
Расчетное значение действующей силы генератора энергии Fx (Фиг.5), должно быть больше значения F0TbH при давлении Рн (рабочее давление) и одновременно меньше значения FotbK при давлении Рк (давление после сжатия демпфирующей камеры), т.е.:
FQTBH < Fx < FQTBK ( 10) Следует отметить, что объём демпфирующей камеры до сжатия является вредным объёмом. Для поршневых компрессоров размер вредного объёма VH составляет от 3% до 15% рабочего объёма цилиндра V0, равного:
V0 = Sn o. (И)
где о - длина рабочего хода поршня, мм.
Исходя из этого можно сделать вывод, что /н / /о = 0,03 - 0, 15.
Многочисленные опытные испытания заявляемой конструкции показали следующие результаты надежности ее работы при различных линейных размерах демпфирующей камеры /н:
1. При /н < 0,03/о: вследствие уменьшения вредного объёма повышается эффективность работы поршневой группы при всасывании, однако малый размер демпфирующей камеры не обеспечивает остановку поршня, так как не достигается разница объёмов демпфера, а в следствии - разница давлений. И, как следствие, не исключена возможность касания или удара поршня о крышку цилиндра, особенно при работе на высоких оборотах.
2. При /н = (0,03 - 0,08)/о: обеспечивается устойчивая фиксация поршня на безопасном расстоянии от внутренней поверхности крышки цилиндра, в том числе и при работе на высоких оборотах.
3. При /н = (0,05 - 0, 15)/о: обеспечивается устойчивая фиксация поршня на безопасном расстоянии от внутренней поверхности крышки цилиндра, однако, увеличение вредного объёма понижает эффективность работы генератора в режиме «всасывания» до критических значений.
Следовательно, расположение выпускных клапанов в боковой поверхности цилиндра на заявленном расстоянии от внутренней поверхности крышки цилиндра, равном:
/н = (0,03 - 0,08) /0
позволяет ограничить ход поршня в заданном (расчетным путем) положении и исключить возможность касания (или удара) поршня о крышку цилиндра, что, в свою очередь, гарантирует безаварийную длительную эксплуатацию цилиндропоршневой группы.
К дополнительным преимуществам заявляемой конструкции генератора относится то, что он может выполнять дополнительную функцию, а именно, создавать и поддерживать вакуум в различных технологических устройствах, системах и установках, а также откачивать воздух и парогазовые смеси в резервуарах, создавая в них вакуум. Причем, дополнительных конструктивных преобразования для этого не требуется, достаточно взаимно изменить функции впускных и выпускных клапанов в камерах с переменным объемом. При этом, каждый из них будет функционировать в «обратном направлении». С помощью заявленного устройства процесс вакуумирования среды также станет простым и экономичным. Устройство заявляемой конструкции, позволяет сочетать работу на создание вакуума (вакуумирование) в одном из «модулей коромысла», одновременно с работой на нагнетание сжатой среды в другом «модуле». Т.е., практически, заявленное устройство может выполнять две различные функции одновременно.
При этом, в конструкции «модуля», предназначенного для вакуумирования, нет возможности для создания в цилиндропоршневых группах камер принудительного ограничения хода поршня (ввиду отсутствия повышенного давления в соответствующих цилиндрах). В этом случае, стабилизация хода поршней в цилиндрах, работающих на вакуумирование, обеспечивается наличием в генераторе рычажного синхронизатора. С помощью которого, синхронизированы колебания «модуля» коромысел, работающего на вакуумирование и «модуля» коромысел, которое работает на нагнетание и в котором обеспечена стабилизация хода поршней, благодаря наличию в цилиндрах этого «модуля» камер принудительного ограничения хода поршня.
Также устройство может работать в режиме многоступенчатого компрессора.
Наличие такой дополнительной функции устройства расширяет его технические возможности и делает его универсальным.
Выпускные клапаны рабочих камер, аналогично конструкции-прототипу, могут быть соединены с конечным потребителем через ресивер, в котором энергия сжатой среды может без потерь (в отличие от электрической энергии) длительное время храниться и транспортироваться без потерь, при необходимости, на длительные расстояния, без применения дополнительных коммуникаций в виде, к примеру, линий электропередач, что делает его более экономичным, в сравнении с известными устройствами.
В целом, описанные усовершенствования конструкции генератора-прототипа, позволяют добиться длительной и надежной эксплуатации заявленного устройства без остановок и поломок, возможных, преимущественно, при предельных нагрузках и, соответственно, большей производительности заявленного генератора энергии сжатой среды.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Генератор энергии сжатой среды, содержащий корпус, в котором установлен, с возможностью вращения, приводной вал; механизм передачи вращения вала, через жестко закрепленное на нем ведущее колесо и кинематически связанные с ним ведомые колеса, элементам с неуравновешенной массой, установленным между двумя коромыслами попарно по краям коромысел; соединительные звенья, расположенные на оси между элементами с неуравновешенной массой, каждое из которых, своим противоположным концом соединено с подвижным элементом рабочей камеры с изменяемым объемом, содержащей впускные клапаны для нагнетания рабочей среды и выпускные клапаны, соединенные через ресивер с конечным потребителем, отличающийся тем, что корпус устройства снабжён дополнительной неподвижной осью и дополнительной кинематической цепью, выполненной из взаимосвязанных вращающихся колес и расположенной в дополнительной конструктивной стойке в корпусе, при этом, на неподвижной оси свободно установлена пара коромысел, в обоих концах которых свободно установлены ведомые валы коромысел, концы которых, расположенные между коромыслами, введены попарно с каждой стороны, с возможностью независимого их вращения, в соединительные втулки, на каждой из которых закреплено соответствующее соединительное звено, а элементы с неуравновешенной массой жестко закреплены на валах коромысел по обе стороны от втулок, при этом механизм передачи вращения вала содержит не менее трех, кинематически связанных с ведущим колесом, ведомых колес, каждое из которых жестко закреплено на отдельном ведомом валу, установленном в корпусе, при этом, два из этих ведомых валов соединены со свободными концами ведомых валов одного из пары коромысел через гомокинетические шарнирные соединения, а третий ведомый вал корпуса соединен со свободными концами ведомых валов второго из пары коромысел через аналогичные гомокинетические шарнирные соединения, связанные противоположными своими концами с валами конечных колес дополнительной кинематической цепи, центральное колесо которой жестко закреплено на третьем ведомом валу корпуса, и все звенья этой цепи взаимосвязаны с возможностью передачи ведомым валам второго коромысла вращательного движения, противоположного направлению движения ведомых валов первого коромысла.
2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что он содержит дополнительную аналогичную пару коромысел, соединенную с первой парой рычажным синхронизатором и расположенную последовательно с ней на неподвижной оси так, что свободные концы ведомых валов одного из второй пары коромысел, через аналогичные гомокинетические шарнирные соединения, связаны с противоположными свободными концами валов конечных колес кинематической цепи, установленной в дополнительной конструктивной стойке, а свободные концы ведомых валов второго из второй пары коромысел соединены с третьим ведомым валом корпуса через аналогичные гомокинетические шарнирные соединения, связанные противоположными своими концами с валами крайних ведомых колес дополнительной кинематической цепи, расположенной в противоположном конце корпуса и выполненной из взаимосвязанных вращающихся колес, центральное колесо которой жестко закреплено на третьем ведомом валу корпуса, и все звенья этой цепи взаимосвязаны с возможностью передачи соосным валам второй пары коромысел разнонаправленного вращения.
3. Генератор по п. п.1 ,2, отличающийся тем, что он содержит дополнительные аналогичные пары коромысел, соединенные с ведущим колесом дополнительными кинематическими цепями взаимосвязанных колес, и расположенные последовательно или параллельно первым двум парам коромысел.
4. Генератор по п.п.1-3, отличающийся тем, что каждая рабочая камера с изменяемым объемом выполнена в виде сильфона, или замкнутой камеры с гибкой перегородкой (диафрагмой), или пневмокамеры (пневморессоры);
5. Генератор по п.п.1-3, отличающийся тем, что каждая рабочая камера с изменяемым объемом выполнена в виде цилиндропоршневой группы.
6. Генератор по п.п.1-3,5, отличающийся тем, что выпускные клапаны рабочей камеры с изменяемым объемом выполнены в боковой поверхности цилиндра, диаметрально противоположно друг другу, на расстоянии от внутренней поверхности крышки цилиндра, которое вычисляется по формуле:
/„ = (0,03 - 0,08) /0 ,
г де:
1Н - расстоянии от внутренней поверхности крышки цилиндра до верхнего края выпускного отверстия, мм; /о - ход поршня в цилиндре, мм.
7. Генератор по п.п.1-6, отличающийся тем, что он содержит дополнительные рабочие камеры с изменяемым объемом на каждой ведомой оси коромысел, установленные оппозитно первым, и составляющие таким образом рабочие пары.
8. Генератор по п.п.1 -7, отличающийся тем, что механизм передачи вращения от ведущего колеса всем ведомым колёсам в устройстве выполнен на основе фрикционной, или зубчатой, или ременной, или цепной, или червячной передачи.
9. Генератор по п.п.1-8, отличающийся тем, что в качестве гомокинетического шарнирного соединения использованы карданный вал, или шарнир равных угловых скоростей, или кулачково-дисковая муфта (Муфта Олдема), или муфта Шмидта.
PCT/UA2013/000089 2012-07-12 2013-08-20 Генератор энергии сжатой среды WO2014011138A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201208651A UA108089C2 (ru) 2012-07-12 2012-07-12 Генератор энергии сжимаемой среды
UAA201208651 2012-07-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014011138A1 true WO2014011138A1 (ru) 2014-01-16

Family

ID=49916415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2013/000089 WO2014011138A1 (ru) 2012-07-12 2013-08-20 Генератор энергии сжатой среды

Country Status (2)

Country Link
UA (1) UA108089C2 (ru)
WO (1) WO2014011138A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2354873C1 (ru) * 2008-02-11 2009-05-10 Владимир Степанович Григорчук Инерционная передача
US20110308337A1 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Thinh Duc Nguyen Centrifugal energy generator
UA67090U (ru) * 2011-11-18 2012-01-25 Юрій Валентинович Трубянов Генератор энергии

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2354873C1 (ru) * 2008-02-11 2009-05-10 Владимир Степанович Григорчук Инерционная передача
US20110308337A1 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Thinh Duc Nguyen Centrifugal energy generator
UA67090U (ru) * 2011-11-18 2012-01-25 Юрій Валентинович Трубянов Генератор энергии

Also Published As

Publication number Publication date
UA108089C2 (ru) 2015-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2005334426B2 (en) Kinetic energy generation device
US8061326B2 (en) Four cycle engine with load crank
EP2781790A1 (en) Energy generator
US4295381A (en) Crankless reciprocating engine and gyroscopic power transmission system
CN103790700B (zh) 用于双转子活塞发动机的功率传输装置
WO2014011138A1 (ru) Генератор энергии сжатой среды
ITPR20070071A1 (it) Dispositivo per convertire energia.
US7942652B1 (en) Bi-directional centripetally-powered reciprocating pump
JP5014321B2 (ja) 内燃機関におけるバランス装置
JP4041173B2 (ja) 低振動容積型機械
ITTO20130175U1 (it) Meccanismo per una macchina alternativa
RU2405939C2 (ru) Шарнирно-поршневой механизм
WO2009045127A1 (fr) Mécanisme à manivelle à deux arbres
RU2239075C2 (ru) Двигатель внутреннего сгорания свободно-поршневой с постоянным плечом силы момента на валу
JP2005106071A (ja) 動力伝達機構
CN103244263A (zh) 圆环发动机
WO2019021198A1 (en) MOVEMENT CONVERSION MECHANISM FOR ALTERNATIVE PISTON DEVICE
WO2008013415A1 (en) Mechanism for converting motions and inner combustion engine comprising thereof
UA67090U (ru) Генератор энергии
RU2629301C1 (ru) Аксиальный поршневой двигатель внутреннего сгорания с качающимся блоком карданных подвесов
UA114083C2 (xx) Поршнева машина з безшатунним механізмом
RU2388918C2 (ru) Устройство для генерирования кинетической энергии
KR100799547B1 (ko) 동력전달장치
RU2026499C1 (ru) Реактивная тепловая машина
WO2009009925A1 (fr) Appareil de génération d&#39;énergie cinétique ayant une énergie accrue

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: 13815969

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: 13815969

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1