ГИДРОВОЗДУШНЫЙ ПРИВОД Российский патент 2005 года по МПК F03B17/02 

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к гидравлическим приводам, использующим выталкивающую силу воды.

Известен воздушно-водяной двигатель, который можно использовать в качестве привода, содержащий опору с установленным на ней на горизонтальной оси рабочим колесом, на ободе которого расположены камеры, сообщающиеся между собой посредством пустотелых спиц, двигатель снабжен компрессором с золотниками, закрепленными на опоре дугами и упорами, при этом обод выполнен в виде трубчатых осей с наружной прямоугольной пластиной, а камеры - в виде охватывающих оси и пластины корпусов, боковые стенки которых представляют незамкнутые цилиндры, торцевые фланцы которых установлены на подшипниках, обеспечивающих вращение камер (См. патент Российской Федерации №2103544С1, МПК 6 F 03 В 17/02, 27.01.1998). Однако данное устройство имеет подвижные камеры и перегородки, что создает большие гидравлические и механические потери и снижет надежность в работе.

Задача предлагаемого изобретения состоит в создании гидровоздушного привода, обеспечивающего получение крутящего момента с малыми гидравлическими и механическими потерями, использующего помимо силы всплытия реактивную силу истечения воды из ковшей, что упрощает конструкцию, обеспечивает повышенную надежность и эффективность в работе и позволяет использовать его в качестве редуктора.

Указанный технический результат достигается тем, что гидровоздушный привод содержит вентилятор, приводимый во вращение мотором, бак с внутренней полостью, заполненной водой, погруженное ниже уровня воды колесо с опорами и ковшами, имеющими реактивные каналы истечения, и золотник с подвижным кольцом и неподвижной пластиной, при этом на боковых сторонах ковшей и в подвижном кольце золотника выполнены отверстия для заполнения ковшей водой и воздухом, а в неподвижной пластине выполнены отверстия для подачи воздуха в ковши от вентилятора посредством воздуховодов. Для достижения механической прочности ковшей внутри выполнены перегородки и стяжки. Отбойный экран, установленный в нижней части бака, не позволяет воде совершать вращение.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показан общий вид гидровоздушного привода (в разрезе), а на фиг.2 - вид в плане.

Гидровоздушный привод содержит бак 1, в котором помещено рабочее колесо 2 с ковшами (емкостями) 3, на боковых сторонах которых выполнены отверстия 4 с подвижным кольцом золотника 5, через которые во внутрь ковшей 3 через отверстие 6 неподвижной пластины золотника 7 и воздуховоды 8 от компрессора (вентилятора) 9 может подаваться сжатый воздух. Вентилятор 9 приводится во вращение мотором 10, обеспечивая подачу воздуха необходимого количества и давления для выталкивания воды из ковшей 3. Каналы истечения (выхода) воды 11 из ковшей 3 представляют собой реактивные сопла, расположенные на окружности колеса 2. Пластины 5 и 7 и отверстия 4 и 6 золотника призваны подавать и удерживать воздух в ковшах 3 во время их всплытия. В погруженном состоянии колесо 2 удерживается опорами 12 верхнего или любого крепления.

Привод также содержит вал 13 (фиг.2) для отбора крутящего момента и воздуховоды 8, выходящие за стенки бака 1.

Перегородки 14 и стяжки 15, расположенные внутри ковшей 3, придают необходимую прочность устройству. Пунктирная линия 16 указывает возможный уровень воды, необходимый для работы привода.

Привод работает следующим образом. Мотор 10, вращая вентилятор 9, подает сжатый воздух по воздуховодам 8 к отверстиям 6 неподвижной пластины золотника 7. Когда отверстие 4 любого из ковшей 3 совпадает с отверстием 6 (позиция I и II), воздух, устремляясь в "опрокинутый" ковш 3, начинает вытеснять воду по стрелкам 18, создавая реактивную силу, которая толкает колесо по стрелке 17. В позициях II, III и IV воздух делает ковши 3 легче воды и на них начинает действовать выталкивающая сила всплытия. В позиции III и IV на ковши 3 действует максимальная выталкивающая сила. В позиции V по стрелке 20 воздух начинает выходить из ковшей 3, а через открывающиеся золотником 7 отверстия 4 вода заполняет ковш 3. В позиции VI, VII и VIII ковши 3 заполняются водой полностью, делая их готовыми к следующему рабочему циклу. Возникающие при вращении центробежные силы дополнительно выталкивают воду из ковшей 3 через каналы истечения 11. Отбойный экран 21 направляет движение воды по вращению колеса, уменьшая гидравлическое сопротивление.

Суммарный крутящий момент на валу 13 колеса 2 в любой момент вращения складывается из выталкивающих усилий, одновременно действующих на ковши 3, находящиеся в позициях II, III, IV и частично V, а также из реактивного усилия, которые возникают при истечении воды из ковшей 3, находящихся в позициях I, II и частично VIII.

Внутренний объем ковшей должен обеспечить расширение воздуха при их подъеме к поверхности без его истечения. Например, если подъемное усилие каждого ковша рассчитывается на 1 тонну (1 м/куб.), то объем ковша 3 должен вмещать не менее 1,5 м³. воды.

Каналы истечения 11 обеспечивают быстрое вытеснение расчетного объема воды из ковша 3 в короткий промежуток времени (не более 1 секунды), обеспечивая силу реактивной тяги и скорое заполнение ковшей 3 воздухом. Малые стрелки показывают силы давления и реакции. Неподвижная пластина 7 золотника крепится к опоре 12.

Для сохранения уровня воды забор воздуха вентилятором 9 осуществляется из внутренней, надводной полости бака 1, создавая тем самым дополнительное разрежение над водой, что ускоряет заполнение ковшей 3 воздухом и реакцию истечения. Гидровоздушный привод может применяться там, где требуются большой крутящий момент и малые обороты, что заменяет дорогостоящие редуктора.

Привод предназначен для преобразования энергии сжатого воздуха в механическую энергию вращения и может быть использован, в частности, в качестве редуктора. Устройство содержит вентилятор, приводимый во вращение мотором, бак с внутренней полостью, заполненной водой, погруженное ниже уровня воды колесо с опорами и ковшами, имеющими каналы истечения, и золотник с подвижным кольцом и неподвижной пластиной. При этом на боковых сторонах ковшей и в подвижном кольце золотника выполнены отверстия для заполнения ковшей водой и воздухом, а в неподвижной пластине выполнены отверстия для подачи воздуха в ковши от вентилятора посредством воздуховодов. Внутри ковшей могут быть выполнены перегородки и стяжки. Также он может быть снабжен отбойным экраном, а забор для вентилятора может быть осуществлен из надводной части полости бака. Конструкция привода позволяет обеспечить его эффективную и надежную работу. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидровоздушный привод, содержащий вентилятор, приводимый во вращение мотором, бак с внутренней полостью, заполненной водой, погруженное ниже уровня воды колесо с опорами и ковшами, имеющими каналы истечения, и золотник с подвижным кольцом и неподвижной пластиной, при этом на боковых сторонах ковшей и в подвижном кольце золотника выполнены отверстия для заполнения ковшей водой и воздухом, а в неподвижной пластине выполнены отверстия для подачи воздуха в ковши от вентилятора посредством воздуховодов.2. Привод по п.1, отличающийся тем, что внутри ковшей выполнены перегородки и стяжки.3. Привод по п.1, отличающийся тем, что он снабжен отбойным экраном.4. Привод по п.1, отличающийся тем, что забор для вентилятора осуществлен из надводной части полости бака.