СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГРАВИТАЦИОННОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ ВРАЩЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Б.Ф.КОЧЕТКОВА Российский патент 1995 года по МПК F03G3/00 

Изобретение относится к способам преобразования энергии, в частности гравитационной энергии в механическую энергию вращения, и к устройствам для осуществления этого способа в виде гравитационного двигателя. Изобретение может быть использовано в качестве стационарного источника механической энергии, например, для получения электрической энергии.

Известен способ преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения, заключающийся в том, что используют ротор в виде рабочего колеса, которое постоянно поддерживают в неуравновешенном состоянии относительно горизонтальной оси, при этом используют разность уровней воды в смежных водоемах и направляют поток воды из верхнего водоема в нижний водоем с взаимодействием указанного потока с элементами рабочего колеса путем заполнения установленных на колесе объемных элементов при расположении их с одной стороны колеса.

Этот способ используется, в частности, в водяном колесе, которое размещается на опорах с возможностью свободного вращения относительно горизонтальной оси, на ободе колеса равномерно по окружности установлены ковши с возможностью заполнения их водой с одной стороны от вертикали, проходящей через ось колеса.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков является способ преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения, заключающийся в том, что производят одностороннее перемещение центра тяжести ротора относительно его горизонтальной оси в горизонтальном направлении, при этом обеспечивают вращение ротора под действием сил тяжести и постоянно поддерживают такое смещение при помощи управляющих устройств.

Недостатком этого способа является то, что изменение объема управляющий устройств осуществляется за счет медленного расширения находящегося в замкнутом пространстве сильфонов газообразного рабочего тела, что исключает возможность быстрого преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения.

Этот известный способ преобразования энергии осуществляется в устройстве, содержащем установленный на горизонтальном валу ротор с расширяющимися элементами, выполненными с возможностью перемещения их в радиальном направлении относительно оси ротора при помощи заполняющего их газообразного рабочего тела, ротор имеет внутренние полости, заполненные жидким рабочим телом с возможностью перемещения его в этих полостях при помощи расширяющихся элементов.

К недостаткам этого устройства относится его тихоходность и малая удельная мощность, что связано с медленными изменениями объемов замкнутых расширяющихся элементов под действием заполняющего их газа.

Изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в ускорении процесса преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения, что обеспечивает возможность увеличения частоты вращательного движения осуществляющего способ устройства и повышения его удельной мощности.

Достижение указанного выше технического результата по способу преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения обеспечивается тем, что производят управляемое одностороннее перемещение центра тяжести ротора относительно его горизонтальной оси в горизонтальном направлении, обеспечивающем вращение ротора под действием сил тяжести, и постоянное поддержание такого смещения при помощи управляющих устройств, при этом используют установленные равномерно по окружности на внешней стороне ротора грузы, которые при помощи управляющих устройств располагают на большем расстоянии от оси ротора при нахождении их с одной стороны от вертикали, проходящей через ось ротора, и на меньшем расстоянии от оси при расположении грузов с другой стороны от этой вертикали, при этом управляющие устройства приводят в действие при помощи сил давления рабочего тела в виде газа или жидкости, которое подают в управляющие устройства от внешнего источника и отводят от управляющих устройств через ступицу ротора, а сами управляющие устройства выполняют из элементов, изменяющих радиальные размеры под действием давления рабочего тела.

Устройство для осуществления указанного способа преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения содержит установленный на горизонтальном валу ротор с расширяющимися элементами, выполненными с возможностью перемещения их в радиальном направлении относительно оси ротора, рабочее тело, заполняющее внутренние полости ротора, при этом оно снабжено рабочими грузами, внешним источником подачи рабочего тела и регулирующим узлом его подачи, расширяющиеся элементы выполнены в виде установленных на внешней поверхности ротора изолированных от окружающей среды полостей, выполненных с возможностью изменения радиальных размеров путем нагнетания внутрь них рабочего тела в виде газа или жидкости, полости расширяющихся элементов через регулирующий узел связаны с внешним источником подачи рабочего тела через впускные и выпускные каналы, при этом на торцах расширяющихся элементов закреплены рабочие грузы.

Расширяющиеся элементы выполнены в виде упругих сильфонов.

Расширяющиеся элементы выполнены в виде цилиндров с поршнями, на штоках которых закреплены рабочие грузы, при этом поршни диаметрально противоположных цилиндров жестко соединены между собой посредством внешних относительно цилиндров связей и размещены друг от друга на расстоянии, определяемом положением поршней при размещении одного из них на минимальном, а другого на максимальном расстоянии от оси ротора.

Регулирующий узел подачи рабочего тела выполнен в виде цилиндрического золотника, установленного внутри ступицы ротора, на цилиндрической стенке выполнены окна, совмещенные с установленными на ступице расширяющимися элементами, при этом полость ступицы при помощи перегородки, жестко соединенной с основанием ротора с возможностью вращения ступицы относительно этой перегородки, разделена на входную и выходную камеры, первая из которых расположена выше второй и каждая из которых в отдельности сообщается соответственно с впускным или выпускным каналами в виде патрубков для перемещения рабочего тела, на перегородке с двух сторон выполнены прилегающие к внутренней цилиндрической поверхности ступицы секторные участки, ширина которых превышает ширину окон ступицы.

На фиг. 1 и 2 в двух проекциях соответственно на примере конкретного устройства гравитационного двигателя показан способ преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения; на фиг. 3 и 4 приведен вариант устройства гравитационного двигателя, осуществляющего указанный способ.

Способ преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения (см. фиг. 1 и 2) состоит в том, что применяют ротор с горизонтальным валом 1, на ступице 2 которого устанавливают равномерно по окружности управляющие устройства 3 в виде объемных элементов, способных изменять размеры в радиальном направлении в зависимости от давления заполняющего их рабочего тела в виде газа или жидкости. На внешних оконечностях управляющих устройств относительно оси О-О ротора закрепляют грузы 4. Для приведения ротора во вращение при помощи тяготения производят заполнение рабочим телом внутренних полостей части управляющих устройств 3, расположенных по одну сторону от вертикали, проходящей через ось О-О ротора. В данном случае на фиг. 1 такой вертикалью является вертикальная плоскость сечения Б-Б. Рабочему телу создают избыточное давление по сравнению с давлением окружающей среды, обеспечивают при этом расширение управляющих устройств, заполненных рабочим телом, и увеличивают их радиальные размеры. В соответствии с этим грузы 4, закрепленные на разных управляющих устройствах, находятся на различных расстояниях от оси О-О ротора. На фиг. 1 груз в положении А, установленный на управляющем устройстве, выполненном в данном случае в виде упругого сильфона, полностью заполненного рабочим телом, удален от оси О-О на максимальное расстояние R₂. Груз в положении Б, расположенный на управляющем устройстве, из которого рабочее тело отводится за счет действия сил упругости управляющего устройства в виде сильфона, находится в стадии сжатия и уменьшения радиальных размеров. В положении В груз находится на минимальном расстоянии R₁ от оси О-О ротора, поскольку управляющее устройство, на котором он установлен, полностью освобождено от рабочего тела. Груз в положении Г удаляется от оси О-О в связи с заполнением связанного с ним управляющего устройства рабочим телом. При равенстве веса F всех грузов, вращающий момент груза А относительно вала 1 и его оси О-О составит FR₂ и груза В FR₁. Первая величина больше второй, поскольку R₂ больше, чем R₁. Разность величин этих моментов сил воздействует на вал 1 и приводит его во вращение. Этому же способствует вращающий момент F₁R₃, который создается весом F₁ жидкого рабочего тела, заполняющего управляющее устройство с грузом А. Грузы, находящиеся в положениях Б и Г, вращающего момента не создают в связи с отсутствием плеча относительно оси О-О. Следовательно, вращение ротора осуществляется за счет сил тяготения F, воздействующих на грузы 4, располагаемые на разных расстояниях от оси О-О вращения, а также на рабочее тело, заполняющее управляющие устройства. В этом состоит суть способа преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения.

Устройство для осуществления указанного способа преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения выполнено в виде гравитационного двигателя (см. фиг. 1 и 3) и содержит горизонтальный вал 1, на котором закреплена ступица 2 ротора, выполненная в виде стакана, к дну которого прикреплен этот вал. На внешней цилиндрической поверхности ступицы ротора равномерно по окружности установлены в радиальных положениях относительно оси О-О расширяющиеся элементы, выполненные в данном конкретном случае в виде упругих сильфонов 3, упругость которых направлена на сжатие вдоль их осевой линии. На внешней относительно оси О-О ротора торцовой стороне каждого сильфона закреплен рабочий груз 4. Обращенные в сторону оси части сильфонов совмещены с окнами 5 в цилиндрической части ступицы, через которые полости сильфонов сообщаются с полостью ступицы. Внутренняя цилиндрическая часть ступицы является золотником. В полости ступицы размещается связанная с основанием ротора неподвижная перегородка 6, установленная с возможностью вращения относительно нее ступицы ротора. Перегородка разделяет полость ступицы на входную 7 и выходную 8 камеры, каждая из которых сообщается соответственно с впускным 9 или выпускным 10 каналами в виде патрубков для перемещения рабочего тела в виде жидкости или газа, имеющего избыточное давление по сравнению с окружающей средой. Рабочее тело подается от внешнего источника. Входная камера расположена выше выходной камеры. Патрубки соединены с неподвижной заглушкой 11, закрывающей полость ступицы с противоположной стороны относительно ее дна. Ступица установлена с возможностью вращения относительно заглушки 11, которая закреплена на опоре 12, установленной на основании 13 двигателя. Перегородка 6 ступицы прикреплена к заглушке и имеет с противоположных сторон прилегающие к внутренней цилиндрической части ступицы секторные участки 14, ширина которых превышает ширину окон 5 ступицы. Золотник, являющийся внутренней цилиндрической частью ступицы ротора, совершает вращательное движение при работе двигателя и в сочетании с неподвижной перегородкой 6 и ее секторными участками 14 представляет собой регулирующий узел, направляющий потоки рабочего тела при работе гравитационного двигателя, обеспечивая заполнение рабочим телом или освобождение от него соответствующих расширяющихся элементов.

Гравитационный двигатель, вариант устройства которого приведен на фиг. 3 и 4, отличается от описанного выше только выполнением расширяющихся элементов, которые выполнены в виде радиально установленных цилиндров 15 с поршнями 16, на которых закреплены рабочие грузы 4. В качестве грузов могут использоваться сами поршни, для чего их выполняют массивными. Поршни диаметрально противоположных цилиндров жестко соединены между собой посредством внешних относительно цилиндров связей, выполненных, например, в виде стержней 17, и размещены друг от друга по диаметру на расстоянии, которое определяется положением поршней, когда один из них находится на минимальном, а другой на максимальном расстоянии от оси О-О ротора.

Устройство по преобразованию гравитационной энергии в механическую энергию вращения работает следующим образом. Рабочее тело в виде жидкости или газа с избыточным давлением по сравнению с окружающей средой подается через впускной патрубок 9, входную камеру 7 и регулирующий узел в расширяющиеся элементы 3, расположенные по одну сторону от вертикали Б-Б. Одновременно расширяющиеся элементы, расположенные в это время по другую сторону от вертикали Б-Б, освобождаются от рабочего тела через выходную камеру 8 и выпускной патрубок 10. При этом обеспечивается экономное расходование рабочего тела за счет того, что для создания вращающего момента используется не только давление рабочего тела, но и его вес. При выполнении расширяющихся элементов в виде сильфонов освобождение их полостей от рабочего тела происходит с использованием упругости сильфонов.

Гравитационный двигатель, приведенный на фиг. 3 и 4, работает аналогичным образом. Отличие состоит в том, что цилиндры 15 этого двигателя не обладают упругостью подобно сильфонам 3, а поэтому освобождение их от рабочего тела при совмещении окна 5 с выходной камерой 8 производится за счет принудительного движения поршня 16 в цилиндре 15 в сторону оси О-О двигателя, что достигается тем, что поршни диаметрально противоположных цилиндров жестко связаны между собой, что обуславливает их синхронное движение одного поршня в сторону оси О-О, а другого поршня от оси за счет давления на него рабочего тела.

Использование: энергетика. Сущность изобретения: способ заключается в использовании гравитационного двигателя, который содержит установленную на валу полую ступицу, на внешней поверхности которой в радиальных положениях установлены объемные элементы, выполненные в двух вариантах: в виде упругих сильфонов, упругость которых направлена на их сжатие, или в форме цилиндров с поршнями, при этом поршни диаметрально противоположных цилиндров жестко между собой связаны при помощи стержней. На внешних сторонах сильфонов и на поршнях закреплены массивные грузы. Преобразование сил тяготения, воздействующих на грузы, и в энергию вращения вала происходит в связи с постоянно создающимся неравномерным положением грузов относительно оси 0 0 вращения путем воздействия на объемные элементы, расположенные с одной стороны от вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения 0 - 0, рабочим телом, имеющим избыточное давление по сравнению с окружающей средой. 2 с. и. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения, заключающийся в управляемом одностороннем перемещении центра тяжести ротора относительно его горизонтальной оси в горизонтальном направлении, обеспечивающем вращение ротора под действием силы тяжести и постоянное поддержание такого смещения при помощи управляющих устройств, отличающийся тем, что используют установленные равномерно по окружности на внешней стороне ротора грузы, которые при помощи управляющих устройств располагают на большем расстоянии от оси ротора при нахождении их с одной стороны от вертикали, проходящей через ось ротора и на меньшем расстоянии от оси при расположении грузов с другой стороны от этой вертикали, при этом управляющие устройства приводят в действие при помощи сил давления рабочего тела в виде газа или жидкости, которое подают в управляющие устройства от внешнего источника и отводят от управляющих устройств через ступицу ротора, а сами управляющие устройства выполняют из элементов, изменяющих радиальные размеры под действием давления рабочего тела. 2. Устройство для преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения, содержащее установленный на горизонтальном валу ротор с расширяющимися элементами, выполненными с возможностью перемещения их в радиальном направлении относительно оси ротора, рабочее тело, заполняющее внутренние полости ротора, отличающееся тем, что оно снабжено рабочими грузами, внешними источником подачи рабочего тела и регулирующим узлом его подачи, при этом расширяющиеся элементы выполнены в виде установленных на внешней поверхности ротора изолированных от окружающей среды полостей, выполненных с возможностью изменения радиальных размеров путем нагнетания внутрь их рабочего тела в виде газа или жидкости, полости расширяющихся элементов через регулирующий узел связаны с внешним источником подачи рабочего тела через впускные и выпускные каналы, при этом на торцах расширяющихся элементов закреплены рабочие грузы. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что расширяющиеся элементы выполнены в виде упругих сильфонов. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что расширяющиеся элементы выполнены в виде цилиндров с поршнями, на штоках которых закреплены рабочие грузы, при этом поршни диаметрально противоположных цилиндров жестко соединены между собой посредством внешних относительно цилиндров и связей и размещены друг от друга на расстоянии, определяемом положением поршней при размещении одного из них на минимальном, а другого на максимальном расстоянии от оси ротора. 5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что регулирующий узел подачи рабочего тела выполнен в виде цилиндрического золотника, установленного внутри ступицы ротора, на цилиндрической стенке выполнены окна, совмещенные с установленными на ступице расширяющимися элементами, при этом полость ступицы при помощи перегородки, жестко соединенной с основанием ротора с возможностью вращения ступицы относительной этой перегородки, разделена на входную и выходную камеры, первая из которых расположена выше второй и каждая из которых в отдельности сообщается соответственно с впускным или выпускным каналом в виде патрубков для перемещения рабочего тела, на перегородке с двух сторон выполнены прилегающие к внутренней цилиндрической поверхности ступицы секторные участки, ширина которых превышает ширину окон ступицы.