1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28839
(51) F03B 17/02 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1431.1
(22) 24.10.2013
(45) 15.08.2014, бюл. №8
(72) Жакишев Бауыржан Айтмукашевич;
Тайбасаров Жанболат Караевич; Атякшева
Александра Владимировна; Рустембаев Базархан
Ергешевич; Сакипов Камалхан Еркешевич
(73) Акционерное общество "Казахский
агротехнический университет им.
Сакена Сейфуллина"
(56) WO №2004/053329, 2004
(54) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ
(57) Изобретение относится к гидравлическим
двигателям, использующим энергию статического
давления жидкости на легкие тела, погружаемые в
нее.
Технической задачей изобретения является
снижение потерь мощности за счет уменьшения
трения, повышения надежности систем
воздухоподачи и долговечности гидродвигателя,
которая достигается тем, что гидравлический
двигатель, включающий два барабана, нижний из
которых являющийся воздушным резервуаром, а
верхний выжимным устройством воздушных камер
и обладающий большой инерционностью,
огибающую обе колеса гибкой бесконечной лентой,
закрепленными на ней эластичными и
герметичными камерами, имеет компрессор с
индивидуальным приводом и воздуховод от
компрессора к нижнему барабану. На обеих
барабанах для исключения контактов с
неподвижной частью осей при вращении вместо
подшипников устанавливаются однополярные
магниты. Данное обстоятельство обеспечивает
долгосрочную работу установки, так как отпадает
необходимость в техническом обслуживании
подшипников. Нижний барабан по центру боковой
стороны, контактирующий с бесконечной лентой,
снабжен коническими венцами с отверстиями,
предназначенные для подачи воздуха в эластичные
камеры и для сцепления, с бесконечной лентой на
которой имеются перфорации по центу
совпадающая по размеру с коническими венцами
барабанов. С внешней стороны на бесконечной
ленте прикреплены эластичные камеры открытые с
одной стороны, которые при заполнении воздухом
находятся снизу, камера снабжена отверстиями, в
прилегающей стороне с бесконечной лентой и
снабжена ниппелем, способный удерживать
внутреннее давление. Конические венцы с
отверстиями нижнего барабана на внутренней
стороне закрыты пружинными механизмами, каждая
из которых имеет шток с роликом на другом конце.
Внутри нижнего барабана на неподвижной оси
установлена дугообразная пластина, в
технологическом процессе роль которой
заключается в приведении в движение шток
пружинного клапана, за счет ролика, который
наезжает на неподвижную дугообразную пластину,
тем самым открывает отверстие конических венцов,
для подачи в камеры воздуха под напором. По
истечении времени хватающего для закачки
эластичных камер, на который рассчитана длина
дугообразной пластины, ролик штока, при
дальнейшем повороте нижнего барабана, съезжает с
пластины и за счет сил пружины, клапан
прижимается к отверстию перекрывая проход
воздуха. Данный цикл повторяется следующим
подходом в исходное положение клапанного
механизма, с одновременным подходом эластичной
камеры бесконечной ленты и далее бесконечно.
Процесс поочередного открывания и закрывания
клапанного механизма регламентируется в строго
указанном диапазоне поворота нижнего барабана.
Предлагаемый двигатель может работать и на
других жидких средах. Повышение эффективности
работы гидравлического двигателя, за счет
снижения сил трения путем замены подшипников на
магниты, и установки неподвижной дугообразной
пластины вызывающий возникновение сил трения
только с одним клапанным механизмом, в момент
открывания и закрывания, вместо постоянного
трения всех подпружиненных клапанных устройств
прототипа, может достигать до 15%.
(19)KZ(13)A4(11)28839
2. 28839
2
Изобретение относится к альтернативным
источникам энергии, а именно к гидравлическим
двигателям, использующим энергию статического
давления жидкости на легкие тела, погружаемые в
нее. Оно может быть использована во всех отраслях
народного хозяйства в качестве альтернативного
источника в получении электрической энергии или
привода различных машин и механизмов.
Известен гидравлический двигатель (А.с. СССР
№1455043, кл. F03G 7/06, 1989), включающий два
барабана, один из которых находится в воде, а
другой - на поверхности воды. Барабаны огибает
бесконечная лента с эластичными камерами,
наполненными газообразным хладоагентом,
меняющим свою плотность в зависимости от
температуры. Емкости, расположенные на ветви
ленты, погружающейся в воду, предварительно
охлаждают и они сокращают свой объем,
соответственно теряют плавучесть и опускаются в
воду, увлекая за собой гибкую ленту. Емкости,
расположенные на другой, поднимающейся ветви
ленты - поднимаются этой лентой в верхние, более
теплые слои воды, нагреваются ими и увеличивают
свой объем, благодаря чему выталкиваются из воды
на поверхность, перемещая гибкую ленту, за счет
чего вращаются барабаны. Однако скорость
вращения барабанов и выходная мощность при этом
получаются относительно небольшие. Существует
вероятность утечки хладоагента в водоем.
Наиболее близким к заявленному (прототипом)
по технологической сущности и достигаемому
положительному эффект является гидравлический
двигатель (WO 2004/053329 А1, кл. F03B 17/02,
2004 г.), включающий два барабана - верхний и
нижний, огибающую барабаны бесконечную ленту с
закрепленными на ней эластичными камерами и
передаточный механизм вращения верхнего
барабана, имеет компрессор с приводом от верхнего
барабана, вспомогательный компрессор с
индивидуальным приводом и воздуховод от
компрессоров к нижнему барабану, барабаны
снабжены боковыми зубчатыми венцами, а
бесконечная лента - боковыми перфорациями,
эластичные камеры прикреплены к внешней стороне
бесконечной ленты и открыты с одной стороны,
которая при заполнении камеры воздухом находится
снизу, и снабжены отверстиями в стенке,
прилегающей к бесконечной ленте, при этом в
бесконечной ленте выполнены отверстия,
снабженные ниппелями, соответствующие
отверстиям эластичных камер, нижний барабан
имеет центральную герметичную полость с
отверстиями, соответствующими отверстиям в
бесконечной ленте и снабженными
подпружиненными клапанами, расположенными в
барабане радиально с возможностью поочередного
открывания отверстий в нижней части барабана.
Данный способ исключает приспособление для
охлаждений и необходимость специальных
реагентов, однако срок службы гидродвигателя
ограничивается тем, что в трущихся частях
используются подшипники, которые требуют
периодического технического обслуживания, что
приводит к длительным простоям и
дополнительным мероприятиям связанными с
подъемом нижней части из воды и т.д.
Технической задачей предложения является
устранение механического трения в местах контакта
вращающихся частей с неподвижными частями, что
позволяет конструктивно повысить эффективность
устройства в получении полезной мощности и ее
долговечности при эксплуатации. Расположение
резервуара под давлением непосредственно в месте
закачки, позволит гораздо упростить
конструктивную схему, при этом отпадет
необходимость в использовании сложных систем
воздуховодов для подачи напора в камеры.
Сущность изобретения поясняется чертежами,
где на фиг.1 приведена общая схема
гидравлического двигателя, на фиг.2 - схема
конструкции нижнего барабана-резервуара, на фиг.3
- фрагмент бесконтактного взаимодействия
трущихся мест движущейся части барабана с
неподвижной частью полой оси и бесконечная лента
с эластичными камерами и с перфорациями в
центральной части.
В рабочее положение гидравлический двигатель
может быть установлен полностью погруженным в
воду, или с частичным погружением, как на фиг.1.
Гидравлический двигатель включает два барабана 1
и 2 по центру боковой стороны, контактирующей с
бесконечной лентой 13, снабжен коническими
венцами 12 с отверстиями, предназначенный для
подачи воздуха в эластичные камеры 3, а также для
сцепления с бесконечной лентой. На бесконечной
ленте имеются перфорации по центру, совпадающая
по размеру с коническим венцами барабанов.
Нижний барабан одновременно является
резервуаром, который соединен с компрессором по
трубопроводу через полую ось 14. Конические
отверстия установленные на боковых стенках
нижнего барабана с внутренней стороны плотно
закрыты пружинными клапанами 8 со штоками 9.
Движение штока возвратно-поступательное, на
одном конце прикреплен запорный клапан с
герметичной прокладкой, на другом конце
прикреплен ролик 11, который при повороте
барабана на определенный угол а от нижней точки,
наезжает на изогнутую, в виде дуги, неподвижную
упругую пластину 6, за счет чего открывает
запорный клапан 8. Концы пластины имеют
округленные изгибы, для плавного сжимания и
разжимания пружин 10 клапанного устройства.
Неподвижная пластина достигает области уровня
центра барабана, и обеспечивает закрывание
запорных клапанов отверстий за счет сил пружины
при повороте на угол β градусов от нижней токи по
вертикали, перед тем, как бесконечная лента 13
начнет отдаляться от барабана 2. Бесконечная лента
с прикрепленными к ней камерами 3 и
центральными перфорациями 5 огибает оба
барабана, которые укреплены на каркасе 4.
Эластичные камеры имеют одну открытую сторону,
которая находится снизу при заполнении камеры
воздухом. Количество камер зависит от мощности
двигателя и соответственно глубины водоема.
3. 28839
3
Компрессор и воздуховод на фиг.1 не показаны.
Верхнее колесо снабжен передаточным механизмом
(не показан) отбора мощности на
электромеханический преобразователь, или привод
какого-либо механизма.
Расстояние между коническими венцами
одинаковы, совпадающие с отверстиями на
бесконечной ленте, причем отверстия бесконечной
ленты снабжены ниппелями 7. Клапанный механизм
срабатывает строго в указанном диапазоне угла
поворота барабана 2, показанном в фиг.2. В местах
соприкосновения неподвижной части полой оси 14 и
подвижной части крепления 15, установленные с
торцов барабанов, для снижения сил трения, вместо
подшипников используются однополярные магниты
16. Данное обстоятельство увеличивает срок
непрерывной эксплуатации и исключает вовсе
возможные технически обслуживающие
мероприятия в труднодоступных зонах установки
(фиг.3).
Двигатель работает следующим образом. Перед
началом работы его подключают к компрессору,
натягивают бесконечную ленту, подгоняют
отверстия ленты и барабана, затем погружают в
водоем. Возможно установка гидродвигателя в
регионах где нет водоемов, для этого достаточно
сооружение бассейна по требуемым габаритам.
Нижний барабан должен находиться в положении,
когда закрыты все клапаны, но в этот момент один
из конических венцов уже находится в отверстие
бесконечной ленты. Компрессором нагнетается
воздух в нижний барабан до максимального
значения, проворачивают барабан на угол а от
нижней точки положения камеры,, ролик штока
пружинного клапанного механизма наезжает на
неподвижную изогнутую дугообразную пластину и
шток открывает клапан, вследствие чего воздух
находящийся под давлением начнет проходить по
каналу отверстия конического венца установленного
на боковой стенке барабана и за счет давления
имеющее в барабане, превышающее давление воды
в установленной глубине через ниппельное
устройство, будет заполнять эластичную камеру.
Внутренние выталкивающие силы жидкости
начинают выполнять работу по перемещению
камеры и бесконечной ленты соответственно. При
повороте барабана соответствующему углу β клапан
съедет с неподвижной дугообразной пластины и
пружина клапанного механизма возвратит клапан в
первоначальное отверстия стенки барабана, и при
дальнейшем вращении барабана его первоначальное
место займет следующий клапан и цикл повторяется
бесконечно.
В верхней части машины, при огибании лентой
верхнего колеса, эластичные камеры выжимаются и
воздух находящийся в них высвобождается, а
опустошенные камеры устремляются вновь вниз.
Предлагаемый двигатель может работать и на
других жидких средах. Повышение эффективности
работы гидравлического двигателя, за счет
снижения сил трения путем замены подшипников на
магниты, и установки неподвижной дугообразной
пластины вызывающий возникновение сил трения
только с одним клапанным механизмом, в момент
открывания и закрывания, вместо постоянного
трения всех подпружиненных клапанных устройств
прототипа, может достигать до 15%.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Гидравлический двигатель, включающий два
барабана - верхний и нижний, снабженные
боковыми зубчатыми венцами, огибающую
барабаны перфорированную по краям бесконечную
ленту с внешней стороны к которой прикреплены
эластичные камеры снабженные ниппелями,
нижний барабан имеющий центральную
герметичную полость с отверстиями,
соответствующие отверстиям в бесконечной ленте и
снабженный подпружиненными клапанами,
расположенные в барабане радиально с
возможностью поочередного открывания отверстий
в нижней части барабана отличающийся тем, что
вращающиеся барабаны в местах соприкосновения с
неподвижными частями осей снабжены
однополярными магнитами вместо подшипников.
2. Гидравлический двигатель, по п.1,
отличающийся тем, что по центру боковая стенка
нижнего барабана радиально снабжена коническими
венцами с отверстиями для подачи воздуха в камеры
через эти отверстия, а верхний барабан снабжен
коническими венцами без отверстий, для сцепления
барабанов с бесконечной лентой.
3. Гидравлический двигатель, по п.1,
отличающийся тем, что бесконечная лента имеет
перфорации по центру, совпадающие по размерам с
венцами барабанов.
4. Гидравлический двигатель, по п.1,
отличающийся тем, что на внутренней стороне
конические венцы закрыты пружинным клапанным
механизмом, каждая из которых имеет шток с
роликом на другом конце, и внутри нижнего
барабана на оси установлена неподвижная
дугообразная пластина вместо кулачкового
механизма.
