ГРАВИТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1996 года по МПК F03G3/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для привода ряда машин, где требуется большой крутящий момент: кораблей, мельниц, камнедробилок и т.д. Но особенно для привода генераторов переменного тока.

Известен гравитационный комплекс Н.И.Власова, содержащий груз, взаимодействующий с гибкой связью, соединенной со звеном нагрузки, причем груз расположен на поверхности сыпучего материала, размещенного в установленном вертикально на неподвижном основании бункере с отверстием, снабженным регулируемой диафрагмой и выполненным в днище, он снабжен дополнительным грузом и двумя отделяемыми от гибкой связи поводками, один из которых прикреплен своим концом к грузу, а другой к дополнительному грузу, бункер установлен с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси на 180^о и выполнен в виде жестко соединенных между собой двух разделенных днищем емкостей, в каждой емкости размещено по одному грузу, а в противоположных днищу стеках емкостей выполнены дополнительные центральные отверстия, сквозь которые пропущены поводки [1]
Недостатком известного гравитационного комплекса является отсутствие полного автоматического цикла работы, что создает неудобства при его эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является гравитационный рекуператор энергии, содержащий опору, трансмиссию с быстроходным и тихоходным валами, на последнем из которых закреплен барабан, несущий намотанный на него одним концом трос, к противоположному концу последнего прикреплен груз, подключенные к трансмиссии электрическую машину для подъема груза в режиме аккумулирования энергии и генератор, снабжен муфтой свободного хода, машина подключена к быстроходному валу и выполнена в виде мотора-генератора, а муфта установлена между генератором и трансмиссией для соединения последних при опускании груза [2]
Недостатком известного гравитационного рекуператора энергии является то, что повышение удельной мощности путем дополнительного использования электрической машины для выработки энергии при опускании груза большая длина троса требует глубокую шахту или высокую башню, что увеличивает массу барабана, на который наматывается трос, и при работе трансмиссии в режиме мультипликатора а электрической машины в режиме генератора крутящий момент падает на передаточное число трансмиссии, а обороты возрастают.

Целью изобретения является увеличение крутящего момента и число оборотов при постоянной мощности.

Указанная цель достигается тем, что гравитационное устройство, содержащее опору, трансмиссию с быстроходным и тихоходным валами, электрическую машину, подключенную к быстроходному валу трансмиссии, соединительные муфты, груз, соединенный с трансмиссией поcредcтвом гибкой связи, снабжено возбудительной и силовой секциями, каждая из которых выполнена в виде корпуса с упорами, установленными вокруг вала в плоскости, перпендикулярной оси его вращения с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси и с жестко закрепленными звездочками, при этом возбудительная секция выполнена в виде жестко закрепленных на валу кулачков, смещенных своими рабочими плоскостями относительно друг друга на 180^о и расположенных в корпусе, внутри которого по продольной оси выполнен паз, в котором размещен упор с возможностью возвратно-поступательного перемещения, и жестко закрепленных на опоре эксцентриков, проходящих через отверстия, выполненные в упорах, силовая секция выполнена в виде муфты свободного хода, жестко закрепленной на валу, кулачковой муфты со звездочкой и маховика, закрепленных на противоположных концах вала, кроме того, соединительные муфты установлены между возбудительной секцией и тихоходным валом трансмиссии и между электрической машиной и быстроходным валом трансмиссии для их соединения, а гибкая связь выполнена в виде цепи с грузом на конце и связывает звездочки возбудительной и силовой секций, причем диаметр звездочки возбудительной секции выполнен по размеру больше диаметра звездочки силовой секции, а на корпусе муфты свободного хода выполнены кольцевые параллельные пазы, в которых расположены рычаги, закрепленные на корпусе с возможностью поворота против часовой стрелки, причем рычаги одного паза смещены по окружности относительно рычагов другого паза.

Среди патентной и научно-технической литературы не обнаружено решений, отличающих предлагаемое техническое решение от прототипа. Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображена кинематическая схема трехступенчатого гравитационного устройства; на фиг.2 сечение корпуса и положения кулачка А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 сечение силовой секции по В-В на фиг.1; на фиг.5 сечение Г-Г взаимодействия возбудительной и силовой секций на фиг. 1.

Гравитационное устройство содержит опору 1, электрическую машину 2, подключенную соединительной муфтой 3 к быстроходному валу 4 трансмиссии, а тихоходный вал 5 трансмиссии муфтой 6 соединен с силовым валом 7 возбудительной секции "а" 1-й ступени. На силовом валу 7 жестко закреплены кулачки 8, 9, смещенные своими рабочими плоскостями относительно друг друга на 180^о (см. черт. 3, 4). Возбудительная секция "а" помимо вала 7, закрепленного в подшипниках 10, снабжена корпусами 11, 12 установленными вокруг вала 7 в плоскости, перпендикулярной оси его вращения с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси независимо друг от друга. Внутри каждого корпуса по продольной оси выполнен паз, в котором размещены упоры 13 с возможностью возвратно-поступательного перемещения, эксцентрики 14, жестко закрепленные с кронштейнами 15 опоры 1 и проходящие через отверстие, выполненное в упорах 13. Корпуса 11, 12 закреплены в подшипниках 16 и снабжены жестко закрепленными на них звездочками 17, к которым прижимом 18 зафиксированы одним концом цепи 19, на противоположном конце имеющие груз 20 и осуществляющие гибкую связь звездочки 17 возбудительной секции "а" 1-й степени со звездочками 21 силовой секции "б" 1-й ступени, причем диаметр начальной окружности звездочки 17 выполнен по размеру больше диаметра начальной окружности звездочки 21. На внешней поверхности корпусов 11, 12 расположены упоры 22, которые в сочетании с гидроносителями 23 опоры 1 дают возможность корпусам поворачиваться против часовой стрелки на 180^о. Силовая секция "б" содержит силовой вал 24, закрепленный в подшипниках 25, на одном конце которого размещен маховик 26, а на противоположном кулачковая муфта 27 с жестко закрепленной на ней звездочкой многоступенчатой передачи 28. Муфты свободного хода 29 жестко закреплены на валу 24 и размещены соответственно в корпусах 30, 31, которые установлены вокруг вала в плоскости, перпендикулярной оси его вращения с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси независимо друг от друга. Корпуса 30, 31 закреплены в подшипниках 32, внутри снабжены упорами 33, обеспечивающими соединение корпуса с муфтой свободного хода при опускании груза. Корпус муфты свободного хода 29 имеет по два параллельных кольцевых паза, в которых на осях 34 равномерно по окружности расположены рычаги 35, закрепленные на корпусе с возможностью поворота против часовой стрелки, причем рычаги одного паза смещены по окружности относительно рычагов другого паза. Такая конструкция муфты свободного хода дает возможность до минимума свести проскальзывание и выдержать максимум крутящего момента.

Межступенчатая передача может быть выполнена в различных технологических вариантах (ременная, карданная, фрикционная, шестиренчатая), а гравитационное устройство может быть 1,2,3 и т.д. ступенчатым.

Гравитационное устройство работает следующим образом.

Электрическая машина 2 при помощи соединительной муфты 3 приводит в движение трансмиссию, которая передает крутящий момент и обороты при помощи соединительной муфты 6 силовому валу 7 возбудительной секции "а" 1-й ступени. При вращении вал 7 кулачком 8 входит в жесткий контакт с корпусом 11 при помощи упора 13 и приводит корпус 11 с закрепленной на нем звездочкой 17 в движение по часовой стрелке, а связанный с ним цепью через звездочку 21 корпус 30 силовой секции "б" против часовой стрелки, одновременно поднимая груз 20, который накапливает гравитационную энергию. Груз 20 поднимается до срабатывания упора 13. Срабатывание упора 13 происходит за счет смещения центра эксцентрика 14. За это время кулачок 8 повернется на 1/2 оборота, т.е. на 180^о, а груз 20 поднимется на высоту, равную 1/2 длины начальной окружности звездочки 17. Груз 20 под действием гравитационных сил, перемещаясь вниз, возвращает всю систему в исходное положение. Одновременно корпус 30 с закрепленной на нем звездочкой 21, упором 33 входит в жесткий контакт с рычагами 35 муфты свободного хода 29, у которой каждый рычаг свободно вращается на оси 34 против часовой стрелки, тем самым давая возможность корпусу 30 со звездочкой 21 беспрепятственно вращаться против часовой стрелки. Корпус 30 со звездочкой 21 и упором 33, войдя в жесткий контакт с рычагами 35 муфты 20, поворачивает силовой вал 24 силовой секции "б" 1-й ступени на 360^о, так как диаметр начальной окружности звездочки 21 равен 1/2 длины начальной окружности звездочки 17. В это время кулачок 9, смещенный своей рабочей плоскостью относительно рабочей плоскости кулачка 8 на 180^о входит в жесткий контакт с упором 13 корпуса 12, начинает его вращать по часовой стрелке, повторяя процесс, описанный выше. Под действием гравитационных сил грузов 20 вал 24 набирает максимум частоты вращения, а маховик 26 получает полный момент инерции. С этого момента силовая секция "б" 1-й ступени работает как гравитационный двигатель и автоматически вклинившаяся кулачковая муфта 27 межступенчатой передачи начинает вращать вал 7 возбудительной секции "а" 2-й ступени, где рабочий процесс повторяет рабочий процесс возбудительной секции "а" 1-й ступени. Крутящий момент на валу 7 возбудительной секции "а" 2-й ступени, увеличенный на передаточное число межступенчатой передачи 28, увеличивает силу тяги звездочки 17 возбудительной секции "а" 2-й ступени, что увеличивает гравитационную энергию груза 20 возбудительной секции "а" 2-й ступени. Отсюда увеличивается крутящий момент на валу 24 силовой секции "б" 2-й ступени, которая работает как гравитационный двигатель. Крутящий момент, полученный на валу 24 силовой секции "б" 2-й ступени, увеличенный на передаточное число межступенчатой передачи 28 (которое может быть любым), начинает вращать вал 7 возбудительной секции "а" 3-й ступени. Крутящий момент на валу 7 третьей ступени, увеличенный на передаточное число межступенчатой передачи 28, увеличивает силу тяги звездочки 17 возбудительной секции "а" 3-й ступени, что увеличивает гравитационную энергию груза 20 возбудительной секции "а" 3-й ступени и рабочий процесс 3-й ступени повторяет рабочий процесс 1-й и 2-й ступеней.

Так как во всех трех ступенях скорость падения груза 20 одинакова, то и частота вращения силовых валов 24 силовых секций "б" всех трех ступеней одинакова и при наличии передаточного числа межступенчатой передачи частота вращения силового вала 7 возбудительных секций "а" всех ступеней одинакова.

Предлагаемое гравитационное устройство позволяет при постоянной мощности получить увеличение крутящего момента и числа оборотов.

Предлагаемое техническое решение в совокупности с генератором представляет собой новый тип экологически чистой электростанции, а именно гидростанцию, выполненную в механическом исполнении, не требующую плотины и водохранилища, что дает большой предполагаемый экономический эффект.

Использование: энергетика. Сущность изобретения: гравитационное устройство содержит опору 1, электрическую машину 2, подключенную соединительной машиной 3 к быстроходному валу 4 трансмиссии, а тихоходный вал 5 трансмиссии муфтой 6 соединен с силовым валом 7 возбудительной секцией "а". На силовом валу 7 жестко закреплены кулачки 8,9, смещенные своими рабочими плоскостями относительно друг друга на 180^o. Возбудительная секция "а" помимо вала 7, закрепленного в подшипниках 10, снабжена корпусами 11,12, каждый из которых охватывает вал 7 и соответствующий ему кулачок, при этом корпусы 11, 12 закреплены в подшипниках 16 и снабжены жестко закрепленными на них звездочками 17, к которым прижимом зафиксированы одним концом цепи, на противоположном конце имеющие груз и связывающие звездочки 17 возбудительной секции "а" со звездочками 21 силовой секции "б", причем диаметр начальной окружности звездочки 17 больше диаметра начальной окружности звездочки 21. Силовая секция "б" содержит силовой вал 24, закрепленный на подшипниках, на одном конце которого размещен маховик 26, а на противоположном - кулачковая муфта 27 с жестко закрепленной на ней звездочкой многоступенчатой передачи 28. Муфты свободного хода 29 жестко закреплены на валу 24 и размещены соответственно в корпусах 30, 31, последние установлены с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. Корпусы 30, 31 закреплены в подшипниках и внутри снабжены упорами, обеспечивающими соединение корпуса с муфтой свободного хода при опускании груза. Корпус муфты свободного хода 29 имеет по два параллельных кольцевых паза, в которых на осях равномерно по окружности расположены рычаги с возможностью поворота против часовой стрелки, причем рычаги одного паза смещены по окружности относительно рычагов другого паза. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ГРАВИТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее опору, трансмиссию с быстроходным и тихоходным валами, электрическую машину, подключенную к быстроходному валу трансмиссии при помощи соединительной муфты, и груз, соединенный с трансмиссией посредством гибкой связи, отличающееся тем, что оно снабжено ступенями, кинематически соединенными между собой, и дополнительной соединительной муфтой, каждая ступень состоит из возбудительной и силовой секций, каждая секция выполнена в виде передающего вала и установленных на нем с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси корпусов с жестко закрепленными на них звездочками и упорами, перемещаемыми по окружности в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала, на валу возбудительной секции внутри каждого корпуса жестко закреплен кулачок, смещенный рабочей плоскостью относительно другого на 180^o, и в корпусе по продольной оси выполнен паз, в котором установлен упор-ограничитель поворота с отверстием с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на опоре неподвижно закреплена эксцентриковая направляющая, проходящая через отверстие упора-ограничителя поворота, на валу силовой секции установлены муфта свободного хода внутри каждого корпуса и маховик, закрепленный на конце вала, дополнительная соединительная муфта установлена между валом возбудительной секции и тихоходным валом трансмиссии, гибкая связь выполнена в виде цепи, дополнительно связывающей возбудительную и силовую секции, а кинематическая связь между ступенями - в виде кулачковой муфты свободного хода со звездочкой, установленной на другом конце вала силовой секции, и звездочки межступенчатой передачи, закрепленной на валу возбудительной секции последующей ступени, соединенных дополнительной гибкой связью. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на корпусе муфты свободного хода силовой секции выполнены кольцевые параллельные пазы, в которых расположены рычаги, закрепленные на корпусе муфты с возможностью поворота против часовой стрелки, причем рычаги одного паза смещены по окружности относительно рычагов другого паза. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что диаметр звездочки, закрепленной на корпусе возбудительной секции, превышает диаметр звездочки, закрепленной на корпусе силовой секции.