Гидропривод Российский патент 2024 года по МПК F03B13/00 F03C1/02 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, работающее за счет использования энергии выталкивающей силы, действующей на погруженное в воду тело (Закон Архимеда).

Из предшествующего уровня техники известны гидроприводы и гидравлические двигатели различных конструкций, в качестве прототипа, к предлагаемой конструкции гидропривода, по составу и перечню используемого оборудования, рассматривается гидропривод содержащий воднотранспортный и энергомеханический блоки, перегородки, при этом воднотранспортный блок включает водоприемные камеры с впускными и выпускными клапанами с датчиком синхронизации их открывания и закрывания, поршнями-понтонами, а энергомеханический блок включает коленчатый вал с шатунами (Патент BE 1016725 А6, 08.05.2007 г., 03В 17/02).

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в расширении арсенала технических средств и развитии новых направлений хозяйственной деятельности, где может быть использован настоящий гидропривод.

Данная задача достигается тем, что в гидроприводе, содержащем соединенные между собой воднотранспортный и энергомеханический блоки, перегородки, при этом воднотранспортный блок включает водоприемные камеры с впускными и выпускными клапанами с датчиком синхронизации их открытия и закрытия, поршнями-понтонами, установленными в водоприемных камерах, а энергомеханический блок включает коленчатый вал с шатунами, посредством которых поршни-понтоны соединены с коленчатым валом, согласно изобретению, воднотранспортный блок дополнен сборно-железобетонным водоприемным колодцем прямоугольной формы, разделенным перегородками на воднотранспортную камеру и водоприемные камеры с ограничителями движения поршней-понтонов и с концевыми выключателями, при этом поршни-понтоны выполнены с резиновым покрытием, впускные и выпускные клапаны - электромагнитными, а энергомеханический блок дополнен редуктором и блоком аккумуляторных батарей.

Данная задача решается путем создания гидропривода, работающего за счет преобразования энергии выталкивающей силы воды, действующей на погруженное в воду тело при заполнении и опорожнении водоприемных камер воднотранспортного блока гидропривода, в механическую энергию вращения коленчатого вала энергомеханического блока.

Преимуществом предлагаемого технического решения является то, что воднотранспортный блок собирается из готовых сборно-железобетонных элементов, в качестве источника энергии используются дренажные, поверхностные или подземные воды, конструкция обладает повышенной электробезопасностью и коррозионной устойчивостью за счет резинового покрытия поршня-понтона, имеет более высокие технико-экономические показатели за счет меньшего удельного расхода воды (расход воды - на выполнение единицы работы). Удельный расход воды, в предлагаемом гидроприводе, меньше за счет того, что при одном и том же расходе воды, в одном цикле хода поршня, выполняемая им работа увеличивается за счет суммарного крутящего момента на кривошипе коленчатого вала, с учетом увеличения плеча приложения подъемных и гравитационных сил.

Достигаемый технический результат, базируется на использовании физических законов - «Закон Архимеда», «Закон сообщающихся сосудов» и «Закон Ньютона» - при заполнении водой камеры, чем большая выталкивающая сила, на плечо ее приложения, воздействует на погруженный в воду предмет (поршень-понтон), тем большее возникает вращающее усилие и крутящий момент на коленчатом вале, а при сливе воды из водяной камеры, чем больше максимальный расчетный вес погруженного в воду предмета (поршень-понтон), на плечо его приложения, тем большее возникает вращающее усилие и крутящий момент на коленчатом вале. Выталкивающая сила воды при заполнении и опорожнении приемной камеры приводит коленчатый вал и редуктор к вращению. Приемная камера воды снабжена, в нижней части, кронштейнами, ограничивающими крайнее нижнее положение «поршень-понтон» при опорожнении водяной камеры. Крайнее - верхнее положение «поршень-понтон» в водяной камере, с переключением на заполнение и опорожнение, контролируются датчиками синхронизации заполнения и опорожнения и концевыми выключателями максимального уровня заполнения камеры водой. Высота водяного столба в приемной камере - расстояние между максимальным и минимальным уровнем заполнения приемной камеры воды соответствует πd - длины окружности вращения кривошипа коленчатого вала. Fa=q*g*V - подъемная сила (сила Архимеда), где q - плотность жидкости, кг/м³; g - ускорение силы тяжести, м/с²; V - объем тела, погруженного в жидкость, м³; Fa>Ft - условие работы гидропривода при движении поршня в вверх, где Ft - сила тяжести тела; Rt=m*g - условие работы гидропривода при движении поршня вниз, где Rt - гравитационная сила, Н; m - масса поршня с шатуном, кг; g - ускорение свободного падения, м/с²; Мкр=(Fa+Rt)*1/2D - крутящий момент вала, где D - диаметр вращения кривошипа коленчатого вала в метрах.

Применение предлагаемого гидропривода, позволяет расширить для сельского хозяйства номенклатуру средств "малой" гидроэнергетики (выработка электроэнергии) и гидромеханики (гидромеханический привод), использующих, в первую очередь возобновляемые ресурсы - подземные воды, атмосферные осадки и другие источники в их естественных условиях. При этом достигается эффект энергосбережения в сравнении с применением традиционных источников энергий.

Специалисты в области строительства, механики и техники могут рассчитать и легко подобрать эквиваленты и заменители для элементов гидропривода, перечисленных выше.

Краткое описание эскизов и чертежей:

- На фиг. 1. План-схема гидропривода;

- На фиг. 2. Разрез 1-1 на фиг. 1;

- На фиг. 3. Разрез 2-2 на фиг. 1;

- На фиг. 4. Схема работы 4-х камерного водоприемного колодца.

- На фиг. 5. Электрическая схема гидропривода.

Гидропривод состоит из двух, соединенных между собой, блоков - воднотранспортного и энергомеханического блока. Воднотранспортный блок состоит из сборно-железобетонного водоприемного колодца (1) прямоугольной формы, разделенного перегородками на водоприемные (2) и воднотранспортную (3) камеры, впускных (4) и выпускных (5) клапанов, поршней-понтонов с резиновым покрытием (6) и установленных в камерах ограничителей (7) движения поршней-понтонов, концевых выключателей (8).

Энергомеханический блок состоит из коленчатого вала (10), шатунов (11), редуктора (9), блока аккумуляторных батарей (12), датчиков синхронизации (13) открывания и закрывания клапанов. Размеры поршня-понтона, количество поршней, размеры коленчатого вала, размеры шатуна, количество шатунов, впускные и выпускные клапаны, принимаются по расчету на основании исходных данных. Поршень-понтон соединен с коленчатым валом через шатун.

Гидропривод работает в режиме дистанционного управления (при необходимости может работать в ручном режиме работы). Для включения в работу электромагнитных клапанов, концевых выключателей, датчиков синхронизации и запуска гидропривода в работу, используется блок аккумуляторов. На Фиг. 1 показан план - схема 4-х камерного гидропривода. На Фиг. 4 показано положение поршней-понтонов при запуске и работе гидропривода. Запуск осуществляется заполнением водой 1-й и 3-й водоприемных камер, открытием 1-го и 3-го впускного электромагнитных клапанов. На Фиг. 3, до запуска в работу гидродвигателя, поршни-понтоны 1-й и 3-й водоприемных камер выводятся в крайнее верхнее положение, а понтоны 2-й и 4-й водоприемных камер выводятся в крайнее нижнее положение. После заполнения 1-й и 3-й водоприемных камер, срабатывают концевые выключатели и закрываются 1-й и 3-й впускные электромагнитные клапаны и 2-й и 4-й выпускные электромагнитные клапаны, одновременно открываются 1-й и 3-й выпускные электромагнитные клапаны и 2-й и 4-й впускные электромагнитные клапаны. Вода из 1-й и 3-й водоприемных камер самотеком или принудительно транспортируется к месту утилизации. После заполнения 2-й и 4-й водоприемных камер, срабатывают концевые выключатели и закрываются 2-й и 4-й впускные электромагнитные клапаны и 1-й и 3-й выпускные электромагнитные клапаны, одновременно открываются 1-й и 3-й электромагнитные клапаны и 2-й и 4-й электромагнитные клапаны. Вода из 2-й и 4-й водоприемных камер самотеком или принудительно транспортируется к месту утилизации. В дальнейшем процесс работы гидропривода контролируется и регулируется датчиками синхронизации работы электротехнического оборудования гидропривода. Изобретение поясняется чертежами/эскизами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения. В процессе подготовки материалов заявки в качестве справочной технической литературы и информации использовались:

- Патент BE 1016725 А6, 08.05.2007 г., 03В 17/02 (Прототип).

- Р.Р. Чугаев. Гидравлика. - Л.: Энергия, 1971, с. 7-49;

- М.И. Бать, Г.Ю. Джанилидзе. Теоретическая Механика, - М. (Наука. 1967).

- М.Е. Евсеев. Теоретические основы электротехники: Политехника. 2008.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а именно к гидроприводу. Гидропривод содержит соединенные между собой воднотранспортный и энергомеханический блоки, перегородки. Воднотранспортный блок включает водоприемные камеры 2 с впускными и выпускными клапанами 4 и 5 с датчиком синхронизации их открытия и закрытия 13, поршнями-понтонами, установленными в камерах 2. Энергомеханический блок включает коленчатый вал с шатунами, посредством которых поршни-понтоны соединены с коленчатым валом. Воднотранспортный блок дополнен сборно-железобетонным водоприемным колодцем 1 прямоугольной формы, разделенным перегородками на воднотранспортную камеру 3 и камеры 2 с ограничителями движения поршней-понтонов и с концевыми выключателями. Поршни-понтоны выполнены с резиновым покрытием, впускные и выпускные клапаны 4 и 5 – электромагнитными. Энергомеханический блок дополнен редуктором 9 и блоком аккумуляторных батарей 12. Изобретение направлено на обеспечение повышенной электробезопасности, меньшего удельного расхода воды. 5 ил.

Гидропривод, содержащий соединенные между собой воднотранспортный и энергомеханический блоки, перегородки, при этом воднотранспортный блок включает водоприемные камеры с впускными и выпускными клапанами с датчиком синхронизации их открытия и закрытия, поршнями-понтонами, установленными в водоприемных камерах, а энергомеханический блок включает коленчатый вал с шатунами, посредством которых поршни-понтоны соединены с коленчатым валом, отличающийся тем, что воднотранспортный блок дополнен сборно-железобетонным водоприемным колодцем прямоугольной формы, разделенным перегородками на воднотранспортную камеру и водоприемные камеры с ограничителями движения поршней-понтонов и с концевыми выключателями, при этом поршни-понтоны выполнены с резиновым покрытием, впускные и выпускные клапаны - электромагнитными, а энергомеханический блок дополнен редуктором и блоком аккумуляторных батарей.