ГРАВИТАЦИОННЫЙ АККУМУЛЯТОР Российский патент 2003 года по МПК F03G3/00 

Предлагаемое изобретение предназначено для использования в энергетике в качестве резервного источника энергоснабжения в непредвиденных обстоятельствах на жизненно важных объектах гражданского и оборонного назначения, а также может быть встроено в разные технологические схемы, связанные с использованием альтернативных источников энергии: солнца, ветра, морских волн, геотермальных вод и т.д.

Гравитационный аккумулятор с гиревым приводом имеет несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами и возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, полиспаст с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири, редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач, например клиноременный вариатор, генератор, мотор, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи.

Конструкция обладает достоинствами, обеспечивающими ее конкурентоспособность.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам, использующим силу притяжения земли (гравитацию), энергоносителем является твердое тело.

Известен аккумулятор с гиревым приводом, имеющий двигатель в виде барабана со звездочкой, находящейся в зацеплении с цепью, один конец которой соединен с гирей, другой свободный; систему колес, ход или спусковой механизм, регулятор, стрелочный механизм, механизм заводки.

Эти признаки характеризуют устройство известных настенных часов, где путем создания искусственного перепада высот между гирей и землей с помощью механизма заводки гиря становится носителем заряда потенциальной энергии, которая с помощью гравитации вновь может превратиться, после пуска часов, в кинетическую энергию, приводя в движение механизм часов.

Недостатками этого устройства являются незначительная, используемая в аккумуляторе энергия и конструктивные особенности, затрудняющие использование его в других видах деятельности, например в энергетике. Предлагаемый аккумулятор отличается от известного тем, что имеет полиспаст с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири; редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач (например, клиноременный вариатор), генератор, мотор, вертикальную шахту, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи.

Задачей изобретения является создание резервных источников энергоснабжения в непредвиденных обстоятельствах на жизненно важных объектах гражданского и оборонного назначения, а также новых возможностей для развития невостребованной альтернативной энергетики, не наносящей вреда природе.

Отметим некоторые свойства аккумулятора и технические результаты, возможные при его использовании.

1. Аккумулятор имеет вертикальную структуру построения и занимает относительно малую площадь.

2. Имеет значительный срок службы - (ресурс) и КПД, характерные для механических устройств.

3. Выдает энергию с заданными параметрами.

4. Высокая готовность, быстрый запуск в любое время года.

5. Может иметь значительную агрегатную емкость и плотность аккумулирования энергоносителя.

6. Полная сохранность аккумулированной энергии независимо от времени хранения.

7. Единовременный расход на энергоноситель, который после покупки становится инвентарем.

8. Он автономен, и может быть в принципе установлен в любом месте.

9. Наибольший эффект от применения аккумулятора зависит от величины коэффициента использования. Это может быть достигнуто применением аккумулятора для сглаживания пиковых нагрузок на электростанциях, а также работая в агрегате с альтернативными генерирующими установками, увеличивая тем самым долю энергии, полученной экологически чистым путем.

10. Сам аккумулятор экологически безопасен.

Несущая конструкция аккумулятора (фиг. 1) имеет раму 1 на колесах 2, направляющие 3, вертикальные опоры 4, тележку 5 на колесах 6, направляющие 7, привод, выполненный в виде полиспаста, имеющего две обоймы с комплектами цепных звездочек 8, на верхнем валу 9 и нижнем валу 10, крюк 11, звездочки объединены цепью 12, один конец которой закреплен на верхней обойме. Редуктор-шестерни 13, 14, 15, 16 (шестерня 13 и звездочка 17 объединены в одном блоке), тормоз 18, реверсивный механизм в виде блока шестерен 19, 20, мотор 21 с шестерней 22, храповым колесом 23, храповиком 24, вариатор-шестерня 25, разрезные шкивы 26, 27, центробежный регулятор 28, ремень 29, пружина 30, генератор 31, вертикальная шахта 32, гиря 33, направляющее устройство для цепи 34 и емкость для свободного конца цепи 35.

Стрелки А-А на фиг.2 указывают место стыковки аккумулятора с тележкой.

При заряде работает кинематическая цепь: мотор 21, зубчатая шестерня 22, храповое колесо 23, храповик 24 (страховочный узел), шестерня 19 (скользящая посадка) находится в положении З, тормоз 18 отпущен, шестерня 16 (жестко сидит на валу 9) передает усилие на блок шестерен 15, 14 свободного хода и далее блок свободного хода шестерня 13 звездочка 17, которая с помощью цепи 12 приводит в движение все звездочки 8 полиспаста. Нижняя обойма с крюком 11, гирей 33 перемещается вверх, свободный конец цепи 12 по направляющим 34 опускается в емкость 35.

Поднятую гирю 33 с помощью тележки 5 штабелируют.

При зарядке аккумулятор работает как обычная лебедка.

Перед разрядом аккумулятор нужно поставить на тормоз, блок шестерня реверса должна быть поставлена в крайнее правое положение Р - шестерня 20 входит в зацепление с шестерней 25. Аккумулятор готов к разряду.

Следует отметить, что генератор должен иметь балластное сопротивление и независимую обмотку возбуждения для создания нагрузки холостого хода в пусковой момент. В противном случае при снятии с тормоза, гиря, лишенная точки опоры, окажется в положении свободного падения, обороты механизмов резко возрастут, что чревато поломкой.

После снятия аккумулятора с тормоза усилие гири 33 передается в обратной последовательности: гиря 33, нижняя обойма 10, цепь 12, звездочки 8, звездочка 17, шестерни 13, 14, 15, 16, 25 клиноременного вариатора.

В начальный момент ремень 29 под давлением пружины 30 занимает на разрезных шкивах 27 больший диаметр, а на шкивах 26 - соответственно меньший.

С набором оборотов вала 9 грузики центробежного регулятора 28 стараются занять вертикальное положение и через рычаги оказывают давление на шкивы 26, преодолевая усилие пружины 30, переводя ремень 29 на шкивах 26 на больший диаметр.

Таким образом, изменяются передаточные отношения на шкивах в ту или иную сторону автоматически в зависимости от нагрузки генератора. На холостых оборотах обороты вала 9 минимальны, при максимальной нагрузке гиря опускается быстрее.

Для холостого опускания блок шестерен 19-20 ставится в положение З (левое крайнее), храповик 24 выводится из зацепления с шестерней 23, мотор 21 вращается в противоположную сторону. Если предстоит поднять следующую гирю, то храповик 24 вводится в зацепление с шестерней 23, а мотор работает на подъем.

В процессе штабелирования тележке 5 и всей несущей конструкции приходится перемещаться от шахты на некоторое расстояние. В это время цепь может вытягиваться из емкости на некоторую длину и вновь возвращаться обратно под действием собственного веса.

Во время цикла разряда-опускания гири с помощью рекуперативного торможения мы превращаем потенциальную энергию подвешенной гири в кинетическую, в данном случае электрическую.

В прототипе для обеспечения хода настенных часов энергии веса одной небольшой гири достаточно. В нашем аккумуляторе количество энергии, которое можно получить, используя глубокую шахту, несопоставимо. Вес гири, а он просчитывается, необходимый для эффективной работы аккумулятора, может достигать сотен тонн и работать с такой гирей было бы сложно и нецелесообразно, поэтому вес одной большой гири дробится на более мелкие доли, т.е. обмен энергией происходит порциями (дискретно) с посильными для механизмов нагрузками.

Во время разряда уменьшается объем шахты, ее глубина становится меньше - идет насыщение. Емкость падает, так как она зависит только от перепада высот (объемный вес гири остался тем же). Это происходит от того, что вместе с суммарным ростом отданной энергии происходит пропорциональное снижение плотности аккумулирования отдельно взятой гири (тонна/кВт-час). При полном заполнении шахты этот показатель у последней гири приблизится к нулю. Поэтому для сохранения емкостного потенциала необходимо использовать только часть общего объема шахты - около 20%.

Это необходимо еще и для того, чтобы гири, поднятые на поверхность, имеющие определенный объем, имели возможность разместиться в непосредственной близости от шахты в рамках полного цикла суммарного заряда. Полная емкость аккумулятора определяется по эмпирической формуле:

где А - емкость кВт/ч;
W - объемный вес;
Н - глубина шахты;
γ - удельный вес материала гири;
W нас. 0,15-0,2 - коэффициент насыщения.

Из формулы видно, что базовыми величинами, определяющими все технические и экономические показатели, являются Н и W.

Для непрерывного функционирования в цикле заряда или разряда необходимо иметь как минимум два аккумулятора.

Информация
Большая Советская Энциклопедия. Том 29, с. 38. Часы. МПК G 04 В 1/08.

Большая Советская Энциклопедия. Том 20, с. 144. Мостовые краны. МПК В 66 С 17/00-17/26.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к энергетике, и позволяет решить проблему энергоснабжения на жизненно важных объектах гражданского и оборонного назначения в непредвиденных обстоятельствах и аварийных ситуациях. Гравитационный аккумулятор с гиревым приводом имеет несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами и возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, полиспаста с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири, редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач, например клиноременный вариатор, генератор, мотор, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи. 2 ил.

Гравитационный аккумулятор с гиревым приводом, отличающийся тем, что имеет несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами и возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах, в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, полиспаст с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири, редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач, например клиноременный вариатор, генератор, мотор, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи.