ГРАВИТАЦИОННАЯ ГИДРОМАШИНА Российский патент 1998 года по МПК B60K7/00 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства.

Известно устройство мотор - колесо генератор, используемы в устройствах для перемещения объектов с использованием энергии текучей среды [1].

Сущность изобретения: мотор-колесо-генератор содержит колесо и шарнирно соединенный с ним объемный двигатель, включающий эластичную оболочку, соединенную с колесом подвижно.

Известное техническое решение включает следующие признаки, сходные с прототипом: внешний источник энергии, приводящий колесо в движение, внутренняя часть колеса в вертикальной плоскости давит на эластичную объемную оболочку, заполненную текучей средой.

Наиболее близким к заявленному изобретению по существенным признакам является лопастная гидромашина [2], содержащая, по меньшей мере, две рабочие секции, каждая из которых включает корпус с каналами подвода и отвода рабочей текучей среды, ротор, соосно установленный на валу в корпусе, выполнен в виде диска над его поверхностью щечками, периферийные поверхности которых сопряжены с внутренней поверхностью корпуса, при этом в дисках выполнены прорези, а в щечках - радиальные и осевые пазы, в которых размещены с возможностью перемещения лопасти, а ширина пазов и прорези соответствует толщине лопасти.

Известное техническое решение включает следующие признаки, сходные с прототипом: внешний источник энергии (приводное устройство), по меньшей мере, две рабочие секции, каждая из которых включает корпус с каналами подвода и отвода рабочей текучей среды, ротор, соосно установленный в корпусе.

Известное устройство принципиально отличается от заявляемого и имеет ряд недостатков: низкий КПД и надежность, т.к. в механическом устройстве повышенное трение между перемещающимися элементами.

Техническая задача, которую решает заявляемое изобретение, включает создание устройства по перемещению текучей среды с дополнительным использованием энергии гравитационного поля Земли.

Поставленная задача решается тем, что гравитационная гидромашина снабжена электромагнитной системой управления, рамой, на которой установлены соосно друг к другу две рабочие секции гидромашины, каждая из которых состоит из статора, установленного с зазором внутри корпуса с возможностью перемещения вокруг собственной оси вращения и включающего в себя кольцевой кожух, установленный с зазором внутри корпуса и сопряженный наружной поверхностью с роликовыми колесами, расположенными по кругу зазора между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью кольцевого кожуха и связанными с внешним приводным устройством, которое включает в себя внешний источник электроэнергии, при этом между наружной боковой поверхностью кольцевого кожуха и внутренней поверхностью корпуса по кругу в радиальной плоскости установлены шаровые колеса и подвижные уплотнительные кольцевые прокладки, внутри кольцевого кожуха с зазором и с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях размещена кольцевая рама, а в зазоре на наружной поверхности кольцевой рамы статора по кругу размещена круговая камера высокого давления с радиальными пазами, заполненная жидкостью или газом высокого давления, при этом в радиальных пазах с возможностью перемещения в радиальной плоскости установлены, по меньшей мере, две подвижные радиальные лопатки с размещенными на каждом из них подвижными роликами и пружинами противодавления, причем подвижные ролики сопряжены с внутренней поверхностью кольцевого кожуха, а каждая пружина противодавления сопряжена с подвижной лопаткой и внутренней поверхностью радиального паза, при этом подвижные радиальные лопатки в зазоре между внутренней поверхностью кольцевого кожуха и наружной поверхностью кольцевой рамы статора установлены с образованием рабочих секций, связанных через радиальные каналы связи, сориентированные по кругу под острыми углами по направлению вращения статора, с каналом подвода и каналом отвода рабочей текучей среды, кольцевая рама статора выполнена внутри с цилиндрической рабочей камерой, на внутренней поверхности которой по кругу в радиальной плоскости установлены постоянные электромагниты, а кольцевой кожух и кольцевая рама статора сопряжены между собой эксцентриковым устройство. Внутри цилиндрической рабочей камеры статора с зазором и с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях размещен ротор, включающий подвижную раму, соосно установленную на валу в роторе и связанную с валом с внешним приводным устройством. При этом на подвижной раме ротора размещено с возможностью перемещения в радиальной плоскости подвижное устройство, включающее в себя цилиндрическую камеру высокого давления, заполненную жидкостью или газом, с размещенным внутри нее поршнем и силовыми пружинами, причем поршень связан с подвижным валом вращения шара-эксцентрика, а подвижная рама через ролики обратной связи и шар-эксцентрик наружной поверхностью сопряжены с внутренней поверхностью цилиндрической рабочей камеры кольцевой рамы статора, шар-эксцентрик снабжен по кругу наружной поверхности установленными в радиальной плоскости электромагнитами с обмотками управления, при этом на подвижном валу вращения шара-эксцентрика и на валу вращения подвижной рамы установлены коллекторы для подвода электроэнергии к обмоткам управления электромагнитов. На подвижной раме ротора с боковых сторон перпендикулярно оси вращения установлены круговые заслонки с осевыми каналами связи, сориентированными по кругу под острыми углами по направлению вращения ротора и соединяющими с одной стороны ротора половины рабочих секций с каналами подвода, а с другой стороны ротора - вторую половину рабочих секций с каналами отвода рабочей текучей среды, а между наружными и внутренними боковыми поверхностями круговых заслонок ротора, наружными боковыми поверхностями кольцевого кожуха кольцевой рамы статора и внутренней поверхностью корпуса установлены упорные подшипники и герметизирующие перегородки для разделения канала подвода и канала отвода рабочей текучей среды.

Поставленная задача решается тем:
- что комбинированные радиальные лопатки содержат полый цилиндр, сопряженный наружной поверхностью с внутренней поверхностью кольцевого кожуха, внутренней поверхностью радиального паза и наружной поверхностью подвижного ролика подвижной радиальной лопатки;
- что она снабжена размещенными на внутренней поверхности кольцевого кожуха цилиндрическими рабочими секциями, установленными по кругу в радиальной плоскости с размещенными внутри каждой цилиндрической рабочей секции полым поршнем с подвижным роликом, сопряженным с наружной поверхностью кольцевой рамы, при этом внутри цилиндрической рабочей секции установлена пружина противодавления, а цилиндрические рабочие секции связаны радиальными каналами с каналом подвода и каналом отвода рабочей текучей среды;
- что она снабжена полым цилиндрическим устройством, для обеспечения ее балансировки с включающим в себя размещенные по ее торцам в радиальной плоскости штанги ориентации, соединяющие между собой с возможностью перемещения в радиальной плоскости подвижные устройства шаров-эксцентриков, обоих рабочих секций гидромашины.

На фиг.1 показан внешний вид гравитационной гидромашины; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1 гравитационной гидромашины вертикальной плоскостью перпендикулярной оси вращения, вид сбоку; на фиг. 3 - сечение Б-Б фиг.2 гравитационной гидромашины вертикальной плоскостью вдоль оси вращения, вид сбоку.

Гравитационная гидромашина (фиг. 1-3) содержит: раму 1, на которой установлены соосно друг к другу две рабочие секции гидромашины 2, при этом каждая рабочая секция гидромашины 2 содержит корпус 3 с каналом подвода 4 и каналом отвода 5 рабочей текучей среды 6.

Внутри корпуса 3 с зазором и возможностью перемещения вокруг собственной оси вращения 7 установлен статор 8. Статор 8 содержит кольцевой кожух 9, установленный с зазором внутри корпуса 3 и сопряженный наружной поверхностью с роликовыми колесами 10, расположенными по кругу в зазоре между внутренней поверхностью корпуса 3 и наружной поверхностью кольцевого кожуха 9, и связанными с внешним приводным устройством 11, которое содержит внешний источник электроэнергии 12.

Между наружной боковой поверхностью кольцевого кожуха 9 и внутренней поверхностью корпуса 3 по кругу в радиальной плоскости установлены шаровые колеса 13 и подвижные уплотнительные кольцевые прокладки 14. Внутри кольцевого кожуха 9 с зазором и возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях размещена кольцевая рама 15.

В зазоре на наружной поверхности кольцевой рамы 15 статора 8 по кругу размещена круговая камера высокого давления 16 с радиальными пазами 17, заполненная жидкостью или газом высокого давления 18. В радиальных пазах 17 круговой камеры высокого давления 16 с возможностью перемещения в радиальной плоскости установлены, по меньшей мере, две подвижные радиальные лопатки 19 с установленными на каждой подвижными роликами 20 и пружинами противодавления 21.

Подвижные ролики 20 сопряжены с внутренней поверхностью кольцевого кожуха 9, а каждая пружина противодавления 21 сопряжена с подвижной радиальной лопаткой 19 и внутренней поверхностью радиального паза 17. Подвижные радиальные лопатки 19, в зазоре между внутренней поверхностью кольцевого кожуха 9 и наружной поверхностью кольцевой рамы 15 статора 8 образуют рабочие секции 22, связанные через радиальные каналы связи 23, которые сориентированы по кругу под острыми углами по направлению вращения статора 8, с каналом подвода 4 и каналом отвода 5 рабочей текучей среды 6.

Кольцевая рама 15 статора 8 выполнены внутри с цилиндрической рабочей камерой 24, при этом на внутренней поверхности ее, по кругу в радиальной плоскости установлены постоянные электромагниты 25. Кольцевой кожух 9 и кольцевая рама 15 статора 8 сопряжены между собой эксцентриковыми устройствами 26. Внутри цилиндрической рабочей камеры 24 статора 8 с зазором и возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях размещен ротор 27, который содержит подвижную раму 28, соосно установленную на валу 29 в роторе 27 и связанным валом с внешним приводным устройством 11. На подвижной раме 28 ротора 27 размещено с возможностью перемещения в радиальной плоскости подвижное устройство 30, содержащее цилиндрическую камеру высокого давления 31, заполненную жидкостью или газом высокого давления 18, с размещенным внутри поршнем 32 и силовыми пружинами 33, причем поршень 32 связан с подвижным валом вращения 34 шара-эксцентрика 35. Подвижная рама 28 через ролики обратной связи 36 и шар-эксцентрик 35 наружной поверхностью сопряжены с внутренней поверхностью цилиндрической рабочей камеры 24, кольцевой рамы 15 статора 8. Шар-эксцентрик 35 снабжен по кругу наружной поверхности установленными в радиальной плоскости электромагнитами с обмотками управления 37.

На подвижном валу вращения 34 шара-эксцентрика 35 на валу вращения 29 подвижной рамы 28 установлены коллекторы 38 для подвода электроэнергии к обмоткам управления электромагнитов 37. На подвижной раме 28 ротора 27 с ее боковых сторон перпендикулярно оси вращения установлены круговые заслонки 39 с осевыми каналами связи 40, сориентированными по кругу под острыми углами по направлению вращения ротора 27, соединяющие с одной стороны ротора 27 половину рабочих секций 22 с каналом подвода 4 и с другой стороны ротора 27 соединяющие вторую половину рабочих секций 22 с каналом отвода 5 рабочей текучей среды 6.

Между наружными и внутренними боковыми поверхностями кольцевого кожуха 9, кольцевой рамы 15, статора 8, внутренней поверхностью корпуса 3 установлены упорные подшипники 41 и герметизирующие перегородки 42, разделяющие канал подвода 4 и канал отвода 5 рабочей текучей среды 6. В радиальных пазах 17 установлены комбинированные подвижные радиальные лопатки 43, каждая из которых содержит полый цилиндр 44, сопряженный наружной поверхностью с внутренней поверхностью кольцевого кожуха 9, с внутренней поверхностью радиального паза 17 и наружной поверхностью подвижного ролика 20 подвижной радиальной лопатки 19.

Каждая гидромашина 2 содержит размещенные на внутренней поверхности кольцевого кожуха 9 цилиндрические рабочие секции 45, установленные по кругу в радиальной плоскости, с размещенными внутри каждой цилиндрической рабочей секции 45 полым поршнем 46 с подвижным роликом 20, сопряженным с наружной поверхностью кольцевой рамы 15, при этом внутри цилиндрической рабочей секции 45 установлена пружина противодавления 21, а цилиндрические рабочие секции 45 связаны радиальными каналами 23 с каналом подвода 4 и каналом отвода 5 рабочей текучей среды 6.

Гравитационная гидромашина содержит полое цилиндрическое устройство 47 для обеспечения ее балансировки с размещенными по торцам его в радиальной плоскости штанги-ориентации 48, соединяющие между собой с возможностью перемещения в радиальной плоскости, подвижные устройства 30, шаров-эксцентриков 35 обоих рабочих секций гидромашин 2.

На раму 1 осями вращения, перпендикулярными радиусу Земли, установлены две рабочие секции гидромашины 2 для обеспечения балансировки устройства, т. к. при вращательном движении возникают центробежные силы, смещающие центр масс ротора 27 каждой рабочей гидромашины 2. При вращательном движении центростремительное ускорение во много раз превышает ускорение гравитационного поля Земли, следовательно, в сверхскоростных гидромашинах ускорение гравитации можно не учитывать, установив раму 1, гравитационной гидромашины осью вращения вдоль радиуса Земли.

Для ориентации двух шаров-эксцентриков 35, в диаметрально противоположном положении каждой рабочей секции гидромашины 2, обеспечивающем балансировку гравитационной машины, установлено полое цилиндрическое устройство 47.

Подвижная рама 28 с подвижным устройством 30, содержащим цилиндрическую камеру 31 высокого давления, заполненную жидкостью или газом высокого давления 18, поршень 32, силовые пружины 33, предназначены для удержания вращающегося шара-эксцентрика 35 в одном из положений вдоль радиальной плоскости.

Комбинированные подвижные радиальные лопатки 43 обеспечивают снижение трения между подвижными частями.

Круговые заслонки 39, жестко закрепленные на подвижной раме 28 ротора 27, содержащие осевые каналы связи 40, связывающие рабочие секции 22, с каналом подвода 4 и каналом отвода 5 рабочей текучей среды 6, размещенные на половину каждой круговой заслонки 39, в диаметрально противоположном положении.

Цилиндрические рабочие секции 45 с полыми поршнями 46 и подвижными роликами 20 обеспечивают повышенную герметизацию устройства.

Радиальные каналы связи 23 и осевые каналы связи 40 сориентированы по кругу под острыми углами по направлению вращения статора 8 и ротора 27, обеспечивают снижение сопротивления выталкиваемой из рабочих секций 22 рабочей текучей среды 6 и использование ускоренного движения рабочей текучей среды, из каналов связи для вращательного движения статора 8 и ротора 27.

Гравитационная гидромашина (фиг. 1-3) работает следующим образом: с помощью внешнего приводного устройства 11, запитанного от внешнего источника электроэнергии 12 через роликовые колеса 10, сопряженные со статором 8, и электромагнитную систему управления, содержащую постоянные электромагниты 25 статора 8 и электромагниты с обмотками управления 37 ротора 27, запитанные через коллекторы 38, от внешнего источника электроэнергии 12, статор 8 внутри корпуса 3 и ротор 27 шаром-эксцентриком 35 внутри статора 8, приводятся в постоянное вращательное движение вокруг собственной оси вращения каждой рабочей секции гидромашины 2, при этом каждая рабочая секция гидромашины 2 приводится во вращательное движение навстречу друг другу. Шар-эксцентрик 35, перемещаясь в вертикальной и горизонтальной плоскостях в подвижной раме 28, с закрепленными подвижным валом вращения 34 в подвижном устройстве 30, по внутренней поверхности цилиндрической рабочей камеры 24, давит своим весом и центробежной силой, возникающей при вращательном движении, на кольцевую раму 15 статора 8. Кольцевая рама 15 давит на нижнюю половину подвижных радиальных лопаток 19 с пружинами противодавления 21, статора 8, перемещая их вниз, и давит на рабочую текучую среду 6 в уменьшающемся объеме рабочих секций 22.

Одновременно в верхней половине статора 8 подвижные радиальные лопатки 19 под давлением пружин противодавления 21, жидкости или газа, заполненной в круговой камере высокого давления 16, и под действием центробежной силы поднимаются вверх. В увеличивающемся зазоре между внутренней поверхностью кольцевого кожуха 9 и наружной поверхностью кольцевой рамы 15 при перемещении кольцевой рамы 15 вниз, подвижные радиальные лопатки 19 поднимаются вверх, а рабочие секции 22 с увеличивающимся объемом через радиальные каналы связи 23, осевые каналы связи 40 и канал подвода 4 заполняются рабочей текучей средой 6. При вращательном движении статора 8 заполненные рабочие секции 22 рабочей текучей средой перемещаются в нижнюю половину статора 8. Из рабочих секций 22 находящаяся в нижней половине статора 8 под высоким давлением рабочая текучая среда 6 через радиальные каналы связи 23, осевые каналы связи 20 перемещается в канал отвода 5.

Сущность изобретения состоит в том, что гравитационная гидромашина содержит раму, на которой установлены соосно друг к другу две рабочие секции гидромашины, при этом каждая рабочая секция гидромашины содержит корпус с каналами подвода и отвода рабочей текучей среды. Внутри корпуса с зазором размещен статор, содержащий кольцевой кожух, сопряженный наружной поверхностью с роликовыми колесами, которые связаны с внешним приводным устройством, кольцевую раму, при этом в зазоре на наружной поверхности ее размещена круговая камера высокого давления с радиальными пазами, заполненными жидкостью или газом высокого давления с установленными в радиальных пазах подвижными радиальными лопатками, образующие рабочие секции, связанные радиальными каналами связи с каналом подвода и каналом отвода рабочей текучей среды; и ротор, содержащий подвижную раму, внутри которой размещено подвижное устройство и шар-эксцентрик с подвижным валом, сопряженный с подвижным устройством. Гидромашина содержит магнитную систему управления с размещенными постоянными электромагнитами на статоре и электромагнитами с обмотками управления на роторе, при этом на подвижном валу вращения шара-зксцентрика и на валу вращения подвижной рамы установлены коллекторы для запитки обмоток управления электромагнитов от внеш- него источника электроэнергии. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.,

1. Гравитационная гидромашина, содержащая по меньшей мере две рабочие секции, каждая из которых включает корпус с каналами подвода и отвода рабочей текучей среды, отличающаяся тем, что она снабжена электромагнитной системой управления, рамой, на которой установлены соосно одна с другой две рабочие секции гидромашины, каждая из которых состоит из статора, установленного с зазором внутри корпуса с возможностью перемещения вокруг собственной оси вращения и включающего в себя кольцевой кожух, установленный с зазором внутри корпуса и сопряженный наружной поверхность с роликовыми колесами, расположенными по кругу зазора между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью кольцевого кожуха и связанными с внешним приводным устройством, которое включает в себя внешний источник электроэнергии, при этом между наружной боковой поверхностью кольцевого кожуха и внутренней поверхностью по кругу в радиальной плоскости установлены шаровые колеса и подвижные уплотнительные кольцевые прокладки, внутри кольцевого кожуха с зазором и с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях размещена кольцевая рама, а в зазоре на наружной поверхности кольцевой рамы статора по кругу размещена круговая камера высокого давления с радиальными пазами, заполненная жидкостью или газом высокого давления, при этом в радиальных пазах с возможностью перемещения в радиальной плоскости установлены по меньшей мере две подвижные радиальные лопатки с размещенными на каждой из них подвижными роликами и пружинами противодавления, причем подвижные ролики сопряжены с внутренней поверхностью кольцевого кожуха, а каждая пружина противодавления сопряжена с подвижной радиальной лопаткой и внутренней поверхностью радиального паза, при этом подвижные радиальные лопатки в зазоре между внутренней поверхностью кольцевого кожуха и наружной поверхностью кольцевой рамы статора установлены с образованием рабочих секций, связанный через радиальные каналы связи, сориентированные по кругу под острыми углами по направлению вращения статора, с каналом подвода и каналом отвода рабочей текучей среды, кольцевая рама статора выполнена внутри с цилиндрической рабочей камерой, на внутренней поверхности которой по кругу в радиальной плоскости установлены постоянные электромагниты, а кольцевой кожух и кольцевая рама статора сопряжены между собой эксцентриковым устройством, внутри цилиндрической рабочей камеры статора с зазором и с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях размещен ротор, включающий подвижную раму, соосно установленную на валу в роторе, и связанный валом с внешним приводным устройством, при этом на подвижной раме ротора размещено с возможностью перемещения в радиальной плоскости подвижное устройство, включающее в себя цилиндрическую камеру высокого давления, заполненную жидкостью или газом, с размещенным внутри нее поршнем с силовыми пружинами, причем поршень связан с подвижным валом вращения шара-эксцентрика, а подвижная рама через ролики обратной связи и шар-эксцентрик наружной поверхностью сопряжены с внутренней поверхностью цилиндрической рабочей камеры кольцевой рамы статора, шар-эксцентрик снабжен по кругу наружной поверхности установленными в радиальной плоскости электромагнитами с обмотками управления, при этом на подвижном валу вращения шара-эксцентрика и на валу вращения подвижной рамы установлены коллекторы для подвода электроэнергии к обмоткам управления электромагнитом, на подвижной раме ротора с боковых сторон перпендикулярно к оси вращения установлены круговые заслонки с осевыми каналами связи, сориентированными по кругу под острыми углами по направлению вращения ротора и соединяющими с одной стороны ротора половины рабочих секций с каналом подвода, а с другой стороны ротора - вторую половину рабочих секций с каналом отвода рабочей текучей среды, а между наружными и внутренними боковыми поверхностями круговых заслонок ротора, наружными боковыми поверхностями кольцевого кожуха кольцевой рамы статора и внутренней поверхностью корпуса установлены упорные подшипники и герметизирующие перегородки для разделения канала подвода и канала отвода рабочей текучей среды. 2. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что комбинированные радиальные лопатки содержат полый цилиндр, сопряженный наружной поверхностью с внутренней поверхностью кольцевого кожуха, внутренней поверхностью радиального паза и наружной поверхностью подвижного ролика подвижной радиальной лопатки. 3. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена размещенными на внутренней поверхности кольцевого кожуха цилиндрическими рабочими секциями, установленными по кругу в радиальной плоскости с размещенными внутри каждой цилиндрической рабочей секции полым поршнем с подвижным роликом, сопряженным с наружной поверхностью кольцевой рамы, при этом внутри цилиндрической рабочей секции установлена пружина противодавления, а цилиндрические рабочей секции связаны радиальными каналами с каналом подвода и каналом отвода рабочей текучей рабочей среды. 4. Гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена полым цилиндрическим устройством для обеспечения ее балансировки, включающим в себя размещенные по ее торцам в радиальной плоскости штанги ориентации, соединяющие между собой с возможностью перемещения в радиальной плоскости подвижные устройства шаров-эксцентриков обоих рабочих секций гидромашины.