ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ Российский патент 2003 года по МПК F03B17/02 

Изобретение относится к области гидромашиносроения и может быть использовано в пневмогидравлических преобразователях, которые преобразуют механическую энергию вращения, использующую давление сжатого газа, в электрическую энергию, вырабатываемую электрогенератором в диапазоне мощностей от 1 кВт до сотен кВт.

Известен пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую, содержащий корпус, частично заполненный жидкостью, в которой размещены система перемещения открытых емкостей, состоящая из валов, размещенных на разной высоте, с передающими элементами и охватывающей их бесконечной ленты, к внешней поверхности которой присоединены открытые емкости, выполненные в виде цилиндров с округлыми днищами и снабженных вихревыми камерами, пневмосистему с дозатором подачи сжатого газа, выполненным в виде концентрично расположенных сопряженных полых цилиндров, и электрогенератор (см. патент РФ 2172863, кл. F 03 B 9/00, 2001). В известном пневмогидравлическом преобразователе механический дозатор сжатого газа расположен под нижним валом, при этом внутренний полый цилиндр снабжен осевым пазом, а внешний - выступами, взаимодействующими с открытыми емкостями.

Недостатками известного пневмогидравлического преобразователя являются значительные весогабаритные характеристики, обусловленные большим весом и объемом системы перемещения открытых емкостей, и низкая эксплуатационная надежность преобразователя вследствие сложности конструкции механического дозатора и системы перемещения открытых емкостей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую, содержащий корпус, верхняя часть которого соединена с атмосферой, частично заполненный жидкостью с размещенными в ней открытыми емкостями, каждая из которых выполнена в виде двух противолежащих радиальных перегородок, пневмосистему, выполненную в виде концентрично расположенных полых цилиндров, при этом один полый цилиндр соединен с источником сжатого газа и снабжен продольным сквозным пазом, преобразователь снабжен осью, соединенной с электрогенератором, систему продольных сквозных продольных пазов, которые соединены с открытыми емкостями, и опорный элемент, выполненный в виде сегмента окружности (см. заявка ФРГ 2554390, кл. F 03 B 17/00, 1977). В известном пневмогидравлическом преобразователе открытые емкости образуются радиальными перегородками, окончания которых выполнены в виде отрезков окружности, жестко присоединенных к окончаниям перегородок, при этом внешние поверхности отрезков окружностей выполнены с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью опорного элемента. Концевая часть отрезка окружности отстоит на некоторое расстояние от смежной радиальной перегородки.

Недостатками известного пневмогидравлического преобразователя является низкая производительность преобразования механической энергии в электрическую вследствие ограниченных объемов открытых емкостей и ограниченные функциональные возможности, особенно при эксплуатации при отрицательных температурах окружающей среды.

Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования механической энергии в электрическую при одновременном расширении его функциональных возможностей.

Решение указанной задачи обеспечивается новым пневогидравлическим преобразователем механической энергии в электрическую, содержащим корпус, верхняя часть которого соединена с атмосферой, частично заполненный жидкостью с размещенными в ней открытыми емкостями, каждая из которых выполнена в виде двух противолежащих радиальных перегородок, пневмосистему, выполненную в виде двух концентрично расположенных полых цилиндров, один из которых соединен с источником сжатого газа и снабжен продольным сквозным пазом, ось, выполненную с возможностью вращения и соединенную с электрогенератором, систему продольных сквозных пазов, которые соединены с открытыми емкостями, опорный элемент, выполненный в виде сегмента окружности, ротор-барабан, выполненный в виде полого цилиндра, снабженного прорезями, равномерно распределенными по окружности, и радиальных перегородок с прорезями, соединенными с открытыми емкостями, выполняющая функцию пневмосистемы трубка Ранке, соединяющая полость внешнего цилиндра с источником сжатого газа, качающиеся лопатки, каждая из которых при помощи оси соединена с концевым участком лопатки, при этом ось снабжена рычагом, выступающим за пределы ротор-барабана и выполненным с возможностью взаимодействия с опорным элементом, а другое окончание лопатки выполнено с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью ротор-барабана, причем рабочие полости размещены между внутренней поверхностью ротор-барабана и окончаниями радиальных перегородок, опорный элемент выполнен в виде полого полуцилиндра, окончания которого расположены в вертикальной плоскости, а ротор-барабан на торце снабжен осью, которая соединена с электрогенератором, при этом предпочтительно электрогенератор присоединять к оси ротор-барабана через редуктор-мультипликатор; количество открытых емкостей должно составлять не менее 8; в поперечном сечении каждую лопатку выполнять крыловидной формы.

Приложенные чертежи изображают: фиг.1 - общий вид пневмогидравлического преобразователя (поперечное сечение, вид спереди), фиг.2 - пневмогидравлический преобразователь (поперечное сечение, вид сбоку).

Заявленный пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую содержит: корпус - 1, верхняя часть 2 которого соединена с атмосферой, жидкость - 3, частично заполняющая корпус, размещенный в ней ротор-барабан - 4, состоящий из наружного полого цилиндра с прорезями - 5, равномерно распределенными по окружности, перегородок - 6 и открытых емкостей - 7, сформированных противолежащими радиальными перегородками, образующих сопла, через которые сжатый газ поступает в рабочие полости, выполняющую функции пневмосистемы трубку Ранке - 8, состоящую из внутреннего и наружного полых концентрично расположенных цилиндров - 9, 10, при этом через внутренний цилиндр при помощи патрубка - 11 отводится охлажденный воздух, а во внешний цилиндр через патрубок - 12 поступает сжатый газ от соответствующего источника, внешний цилиндр снабжен прорезью - 13 для отведения сжатого газа в сопло, торцевая часть ротор-барабана снабжена осью - 14, которая через привод - 15 соединена с электрогенератором - 16, опорный элемент - 17, выполненный в виде полого полуцилиндра, концевые участи которого расположены в зоне вертикальной плоскости, качающиеся лопатки - 18, имеющие в поперечном сечении крыловидную форму, причем один конец лопатки при помощи оси - 19 присоединен к концевой части радиальной перемычки, и ось снабжена выступом - 20, выполненным с возможностью взаимодействия с опорным элементом, рабочие полости - 21, расположенные между внутренней поверхностью ротор-барабана и окончаниями радиальных перемычек и смежными лотатками, и основание - 22, на котором размещен ротор-барабан.

В заявленном пневмогидравлическом преобразователе полый цилиндр 4 ротор-барабана изготавливают из коррозионно-стойкого металла. Радиальные перегородки 6 изготавливаются из металла, пластмассы или пористого материала, например из пенополиуретана. Функции пневмосистемы выполняет трубка Ранке 8, которая одновременно обеспечивает прогрев преобразователя.

Введение в пневмогидравлический преобразователь ротор-барабана 4, выполненного в виде полого цилиндра с прорезями 5, равномерно распределенными по окружности и радиальных перегородок 6, соединенных с открытыми емкостями 7, позволяет значительно увеличить рабочие объемы рабочих полостей 21. Ими служат полости, расположенные между окончаниями радиальных перегородок 6 и внутренней поверхностью ротор-барабана 4, ограниченные смежными лопатками 18. За счет увеличения объемов емкостей рабочих полостей 21, образованных смежными лопатками 18, существенно повышается производительность пневмогидравлического преобразователя. Введение в пневмогидравлический преобразователь трубки Ранке 8 позволяет расширить эксплуатационные возможности преобразователя, поскольку он может эксплуатироваться и при низких температурах окружающей среды за счет нагрева элементов преобразователя и жидкости горячим газом, поступающим в преобразователь из трубки Ранке 8. Введение в пневмогидравлический преобразователь качающихся лопаток 18, присоединенных при помощи осей 19 к концевым участкам радиальных перегородок 6, позволило увеличить объем рабочих полостей 21, что приводит к повышению преобразования механической энергии в электрическую. Выполнение опорного элемента 17 в виде полуцилиндра способствует увеличению объемов рабочих емкостей 21, заполненных сжатым газом. Присоединение электрогенератора 16 к оси ротор-барабана 14 через редуктор-мультипликатор (не указан) способствует получению требуемой частоты вращения электрогенератора, что также приводит к увеличению производительности. Количество открытых емкостей 7, которое равно числу рабочих полостей 21, выбирают не менее 8, поскольку при этом обеспечивается максимальный объем, занимаемый сжатым газом в рабочих полостях 21, а при меньшем числе рабочих полостей не удается обеспечить их оперативное заполнение газом или жидкостью при повороте соответствующих лопаток 18. Выполнение каждой лопатки 18 в поперечном сечении в виде крыловидной формы способствует уменьшению гидравлического сопротивления при взаимодействии внешней поверхности лопатки 18 с жидкостью 3, что, в свою очередь, способствует повышению производительности перемены механической энергии в электрическую. Кроме того, повышению производительности способствует наличие ротор-барабана 4, который способствует увеличению инерционности вращения рабочих полостей 21. Наличие прорезей 5, распределенных по окружности ротор-барабана 4, позволяет использовать заявленный пневмогидравлический преобразователь для аэрации жидкости, в которую погружают преобразователь или в виде кондиционера для увеличения влажности окружающего воздуха, что расширяет возможности использования заявленного пневмогидравлического преобразователя.

Заявленный пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую работает следующим образом. Сжатый газ из источника (не указан) через патрубок 12 поступает в полость внешнего цилиндра 10 трубки Ранке 8 и далее через сопло 7 поступает в рабочую полость 21, заполняя ее сжатым газом. При достижении верхней части ротор-барабана 4 рычаг 20 оси 19 взаимодействует с внутренней поверхностью опорного элемента 17 и лопасть 18 перекрывает сопло 7. Таким образом, рабочие полости 21, расположенные по одну сторону вертикальной плоскости, оказываются заполненными жидкостью 3, при этом рычаги 20 прижимают лопатки к выходам сопел 7. Рабочие полости 21, расположенные по другую сторону вертикальной плоскости, заполняются нагретым сжатым газом после выхода рычагов 20 из контакта с внутренней поверхностью опорного элемента 17 и поворота лопаток 18, при этом их острые кромки приходят в соприкосновение с внутренней поверхностью ротор-барабана 4. Наличие двух совокупностей рабочих полостей 18, заполненных соответственно жидкостью и газом и находящихся по разные стороны вертикальной плоскости, обеспечивает вращение оси 14 ротор-барабана 4. Через редуктор-мультипликатор (не указан) вращение от оси 14 ротор-барабана передается на электрогенератор 16, к которому подключают электрическую нагрузку (не указана). При погружении в воду, например в бассейн, заявленного пневмогидравлического преобразователя одновременно с выработкой электроэнергии происходит аэрация жидкости, заполняющей бассейн, за счет газа, выходящего через прорези 5 ротор-барабана 4. В сравнении с известным заявленный пневмогидравлический преобразователь имеет более чем на 15% более высокую эффективность преобразования механической энергии в электрическую. Одновременно заявленный пневмогидравлический преобразователь имеет расширенные возможности использования, поскольку за счет нагрева сжатого газа он может эксплуатироваться при отрицательных температурах окружающей среды и, кроме того, может быть использован в качестве аэратора жидкости, в которую погружают преобразователь, или в качестве кондиционера за счет водяного пара, поступающего из прорезей ротор-барабана.

Устройство предназначено для преобразования механической энергии вращения, использующую давление сжатого газа, в электрическую энергию. Преобразователь содержит корпус, верхняя часть которого соединена с атмосферой и который частично заполнен жидкостью с размещенным в ней ротор-барабаном, выполненным в виде полого цилиндра с прорезями, равномерно распределенными по окружности, с радиальными перегородками и открытыми емкостями между смежными радиальными перегородками, образующими сопла для выхода нагретого сжатого газа. Функцию пневмосистемы выполняет трубка Ранке, состоящая из двух полых концентричных цилиндров, при этом внешний цилиндр снабжен пазом для выхода газа в сопло. Ротор-барабан на торце снабжен осью, которая через редуктор-мультипликатор соединена с электрогенератором. Каждая радиальная перегородка на концевом участке через ось соединена с качающейся лопаткой, имеющей крыловидную форму. Ось снабжена рычагом, который выполнен с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью опорного элемента, имеющего форму полого полуцилиндра, окончания которого расположены в зоне вертикальной плоскости. Рабочие полости размещены между окончаниями радиальных перегородок и внутренней поверхностью ротор-барабана. При работе преобразователя половина рабочих полостей, общее количество которых должно быть не менее 8, заполняется жидкостью, а другая половина - нагретым сжатым газом, за счет чего осуществляется вращение оси и работа электрогенератора. Пневмогидравлический преобразователь обеспечивает более чем на 15% высокую эффективность преобразования механической энергии в электрическую. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую, содержащий корпус, верхняя часть которого соединена с атмосферой, частично заполненный жидкостью с размещенными в ней открытыми емкостями, каждая из которых выполнена в виде двух противолежащих радиальных перегородок, пневмосистему, выполненную в виде концентрично расположенных полых цилиндров, при этом один полый цилиндр, соединен с источником сжатого газа и снабжен продольным сквозным пазом, преобразователь снабжен осью, выполненной с возможностью вращения и соединенной с электрогенератором, систему сквозных продольных пазов, которые соединены с открытыми емкостями, и опорный элемент, выполненный в виде сегмента окружности, отличающийся тем, что в него дополнительно введены ротор-барабан, выполненный в виде полого цилиндра с прорезями, равномерно распределенными по окружности, радиальных перемычек с прорезями между смежными перемычками, соединенными с открытыми емкостями, выполняющая функцию пневмосистемы трубка Ранке, соединяющая полость внешнего цилиндра с источником сжатого газа, снабженного прорезью, и качающиеся лопатки, причем каждая радиальная перегородка при помощи оси соединена с одним окончанием лопатки, ось снабжена рычагом, выступающим за пределы ротор-барабана и выполненным с возможностью взаимодействия с опорным элементом, а другое окончание лопатки выполнено с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью ротор-барабана, причем рабочие полости размещены между внутренней поверхностью ротор-барабана и окончаниями радиальных перегородок, опорный элемент выполнен в виде полого полуцилиндра, окончания которого расположены в зоне вертикальной плоскости, при этом ротор-барабан на торце снабжен осью, которая соединена с электрогенератором. 2. Пневмогидравлический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что электрогенератор присоединен к оси ротор-барабана через редуктор-мультипликатор. 3. Пневмогидравлический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что количество открытых емкостей составляет не менее 8. 4. Пневмогидравлический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в поперечном сечении каждая лопатка имеет форму крыла, при этом острый конец крыла обращен к внутренней поверхности ротор-барабана.