Поплавковая энергетическая установка Советский патент 1993 года по МПК F03B17/02 

Изобретение относится к энергетике, а точнее к поплавковым машинам, которые используют в качестве привода электрогенераторов..

Известна поплавковая энергетическая установка,содержащая поплавок, совершающий возвратно-поступательные движения в камере, заполненной водой, механизмы отбора мощности в виде плунжеров.

Недостаток этого технического решения -, недостаточная эффективность из-за пониженной работоспособности основного механизма конструкции поплавка.

Известна также поплавковая энергетическая установка, содержащая поплавок, совершающий возвратно-поступательные движения в жидкости. Поплавок заполнен

газом и закрыт поршнем, другая сторона .сообщается с жидкостью. Работает за счет изменяющего давления, воздействующего на газ жидкостью, тем самым изменяя объем поплавка. .

Недостаток этого технического решения - недостаточная эффективность из-за пониженной работоспособности установки.

Известна также поплавковая энергетическая установка, содержащая поплавок, совершающий возвратно-поступательные движения в жидкости. Работает за счет изменения объема поплавка растягиванием пружины.

.Недостаток этого технического решения - недостаточная эффективность из-за пониженной работоспособности установки

00

Os Ю vj

сложность и деформация металла в самом оплавке).

Цель изобретения - повышение эффекивности работы установки за счет повышеия работоспособности механизма оплавка.

При известности устройства, предлоенное техническое решение может быть характеризовано следующей совокупостью существенных признаков. Поплавковая энергетическая установка, одержащая частично заполненный жидкостью удлиненный корпус, установленные в нем с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения поплавок и погруженная под уровень жидкости, цилиндрическая камера с уплотнен- ным штоковым поршнем, устройство зменения плавучести камеры, механизм иксации ее положения с подпружиненным захватом скобой, приводом и системой управления, и вал отбора мощности с рабочим шкивом, кинематически связанным при помощи гибкой связи с камерой, отличается тем, что с целью повышения надежности работы установки она снабжена вертикальными направляющими рамками и горизонтальными упорами, направляющие установлены в корпусе вокруг камеры, ролики - на боковой поверхности последней с возможностью взаимодействия с направляющими, а упоры - в верхней части штока поршня камеры, при этом последний выполнен пустотелым, устройство изменения плавучести камеры - в виде силовых цилиндров, внутренняя полость штока верхней частью сообщена с атмосферой, нижней посредством прямого и обратного клапанов - с подпоршневой полостью камеры, силовые цилиндры установлены в нижней части корпуса с возможностью взаимодействия их штоком с горизонтальными упорами, вал отбора мощности размещен под камерой, скоба механизма фиксации прикреплена к ее днищу, а гибкая связь своими концами прикреплены к скобе и по- плавку.

По сравнению с прототипами, заявленное решение обеспечивает повышенную работоспособность поплавкового механизма, который имеет возможность изменения обьема поплавка за счет взаимного перемещения элементов поплавка, а не за счет деформирования его элементов, что потребует специального материала повышенной стойкости и специальных методов изготовления поплавка.

Кроме того, заявленное решение обеспечивает возможность получения повышенных усилий на валу отбора мощности.

поскольку увеличение размеров поплавка не лимитировано деформационной способностью его элементов.

На фиг.1 показана установка перед испытанием рабочего поплавка; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - установка после спуска рабочего поплавка; на фиг.4 - то же, перед подъемом поплавка; на фиг.5-6 - в процессе подъема поплавка, на фиг.7 0 опускание поплавка.

Установка содержит стакан 1 поплавка, поршень 2, полый шток 3, всасывающий 4 и выпускные клапаны 5, ограничитель 6 хода поршня 2, уплотнение 7 поршня 2, ролики 8,

5 направляющие 9, резервуар 10, силовые гидроцилиндры 11, упоры 12 (опорное кольцо 13), фиксирующий крюк 14 с выступом 15 на конце, тяговая цепь 16, рабочее колесо 17, поддерживающий поплавок 18, нажим0 ной элемент 19 концевого выключателя, фиксатор 20 поплавка, вал отбора мощности 21, упор 22 фиксатора поплавка.

Стакан 1 поплавка выполнен в виде емкости с цилиндрической внутренней по5 лостью, поршень 2 по своей форме соответ-. ствует форме внутренней полости стакана 1 поплавка и снабжен уплотнением 7 на контакте с ее поверхностью (выполненным предпочтительно из маслостойкой резины

0 или синтетических материалов),

Всасывающий 4 и выпускные 5 клапаны аналогичны по конструкции типовым клапанам, используемым для этих целей в пневматических системах.

5Клапаны 4 и 5 размещены в каналах, связывающих полый шток 3 с внутренней полостью поплавка (между поршнем 2 и дном стакана 1). В качестве воздухопровода использована трубчатая конструкция, со0 ставленная из штока на величину хода поршня и трубы, имеющая соответствующую суммарную длину. Ограничитель хода поршня 2 выполнен в виде конусообразной решетки, состоящей из двух половин и

5 закрепленной на верхнем конце стакана 1 поплавка, и имеет отверстие для свободного прохода прлого штока 3. Направляющие 9 выполнены в виде прямолинейных балок, установленных вокруг поплавка верти0 кально, чтобы ролики 8, закрепленные на корпусе стакана контактировали с направляющими (в качестве направляющих пред- . почтительно использовать рельсы, при этом ролики должны быть снабжены ребордами,

5 охватывающими направляющую).

Резервуар 10 выполнен из монолитного

бетона или сварен из металла. В качестве

силовых гидроцилиндров 2 используют гид.роцилиндры известной конструкции. Число

гидроцилиндров и их силовые параметры

принимают из условия обеспечения возможности подъема поршня 2 в поплавке, расположенном в нижнем исходном положении в резервуаре 10 (фактически, потребное для этого усилие определяется разностью между выталкивающей силой, действующей на поршень 2 и шток 3 с трубой, и их весом). Упоры 12 выполнены в виде опорного кольца, жестко закрепленного на штоке 3 на расстоянии от поршня, обеспечивающем возможность опускания поршня до дна стакана 1. Фиксирующий крюк 14 закреплен на дне поплавка и снабжен выступом 15. Рабочее колесо 17 выполнено двойной зубчаткой и закреплено на валу отбора мощности 21.

Тяговая цепь 16 выполнена конфигурацией под зубчатку рабочего колеса и закреплена одним концом на фиксирующем крюке 14 (ниже выступа), а другим скреплена с поддерживающим поплавком 18. Поддерживающий поплавок выполнен в виде замкнутой полости, объем которой принимают из условия обеспечения постоянного натяжения тяговой цепи 16. Величина архимедовой силы, возникающей при погружении поплавка в воду, должна быть больше веса тяговой цепи, Нажимной элемент 1.9 концевого выключателя имеет общеизвестную конструкцию и отличается только выполнением. Нижний элемент 19 размещен в полости резервуара 10, подпружинен относительно его стенки и установлен с возможностью контактирования со штоком выдвинутого силового гидроцилиндра 2. Фиксатор 20 поплавка выполнен в виде штока, подпружиненного относительно стенки резервуара 10 и снабженного приводом (не показан), размещенным за. пределами резервуара. Свободный конец штока выполнен со скосом ко дну резервуара и пропущен через упор 22 фиксатора, исключающий деформирование фиксатора 20 под действием архимедовой силы, действующей на поплавок, готовый к всплытию, или возникающей при подъеме поршня 2 в стакане.

Установка содержит по меньшей мере два резервуара, установленных рядом друг с другом, при этом валы отбора мощности всех резервуаров работают посредством механических передач на общий вал отбора мощности, связанный с генератором электроэнергии (не показан).

Поплавковая энергетическая установка работает следующим образом.

В исходном положении поплавок находится у нижнего конца резервуара 10, при этом фиксатор 20 зацеплен за выступ 15 фиксирующего крюка 14, поршень 2 опущен

в стакане 1 поплавка до своего нижнего положения (плавучесть поплавка при этом минимальна). Силовые гидроцилиндры 2 сдвинуты и уперты в опорное кольцо 13 упо- 5 ров 12. Поддерживающий поплавок 18 находится у верхнего конца резервуара 10, натягивая цепь 16 и тем самым обеспечивая ее взаимодействие с рабочим колесом 17, Далее включают на раздвижку силовые гид0 роцилиндры 2, которые, раздвигаясь, поднимают поршень 2 в стакане 1 поплавка. В процессе этого подьема воздух с поверхности по трубе и штоку 3 через всасывающий клапан 4 всасывается в пространство между

5 поршнем 2 и дном стакана 1. Когда поршень 2 дойдет до самой верхней точки (обеспечив тем самым максимальную величину плавучести поплавка), шток гидроцилиндра достигает нажимного элемента 19 концевого

0 выключателя, который, утапливаясь, обес- печивает подачу сигнала на включение привода фиксатора 20 поплавка. В результате этого фиксатор 20 оттягивается к стенке резервуара и тем самым освобождает выступ

5 15 крюка 14 от зацепления. Поплавок начи- нает всплывать, увлекая за собой тяговую цепь 16 и утапливая поддерживающий поплавок 18. Тем самым рабочее колесо 17 приводится во вращение вместе с валом.от0 бора мощности 21, на котором оно закреплено. Одновременно гидроцилиндры 2 сдвигаются в исходное положение под действием противовесов, расположенных в. верхней части штока. При всплытии систе5 мы: поплавок, шток, труба, поднимаясь к поверхности воды, уменьшает свою плавучесть до незначительной, складывагощейС5г{ из следующих величин. Выдавливание по-;. плавка у поверхности БОДЫ уменьшается,

0 вес цепи с поплавком увеличивается, давление поршня на воздух, находящийся под поршнем, увеличивается за счет увеличения веса штока и трубы, выходящих из воды, а , следовательно, все эти силы воздействуют

5 на поплавок. Не доходя примерно 2-3 м До поверхности воды (первичные размеры ус- . танавливаются опытным путем в зависимости от объема поплавка и проходимости воздуха через выпускные клапана) попла0 вок в нужной нам точке быстро потеряет свою плавучесть, а именно: - откроются выпускные клапаны, хвостик которых связан с золотником, который в свою очередь нагружен регулировочной пружиной, от ко5 торой зависит срабатывание клапана. Зо- .лотник имеет больший диаметр, чем клапан. Когда давление под поршнем увеличится за счет потерь плавучести поплавка, трубы, вы- . пускнрй клапан сработает, т.е. оторвется от своего седла и воздух устремится в полость,

где находится золотник. Золотник придет в движение, увлекая за собой клапан, открывая канал, который сообщен с трубой (сапун) и далее с атмосферой. Сам поплавок еще будет подниматься, а поршень со штоком и трубой - опускаться по мере выхода воздуха в атмосферу. На поршень в этот момент действуют следующие силы: вес самого поршня, вес штока, трубы и основной силы - воды, находящейся над поршнем. Диаметр полого штока и.трубы зависит от объема поплавка, рассчитанного на плавность возвращения поплавка в исходное положение (т.е. зафиксироваться за фиксированный крюк).,

Таким образом, поплавок не выходит из воды. Создание плавности опускания поплавка в исходное положение повлечет за собой следующее положительное явление, а именно - образуется выталкивающая си- ла, действующая на поршень поплавка, и потому эту силу надо иметь в виду,

Контроль на срабатывание, выпускных клапанов, можно было бы осуществить расположением с верхней стороны поршня на изменяющее давление воды при приближе- . ими к поверхности. Но этот .контроль менее чувствителен. Выпускных клапанов должно быть не менее двух. Выпускные клапаны также играют роль предохранительных кла- панов в случае аварии, а именно - отрыва поплавка от тяговой цепи, которая имеет простую отличительную конфигурацию в отличие известных, для создания больших усилий на валу отбора мощности. Этого ко- нечно не должно происходить, но предохранительные приборы быть должны. Эту роль с успехом выполнят выпускные клапаны,- Когда поплавок садится на дно резервуара 10, крюк 14 воздействует на скошенный конец фиксатора 20, отодвигая его в сторону стенки, проскакивает за него выступом 15, после чего фиксатор 20, под действием пружины возвращается на место, Тем самым обеспечивается фиксация поплавка у дна резервуара. Далее все повторяется. Когда поплавок в одном резервуаре 10 опускается, поплавок другого резервуара должен подниматься. Тем самым обеспечивается

непрерывное воздействие на общий вал отбора мощности, связанный с генератором. Механическая передача, обеспечивающая передачу вращения с вала отбора мощности одного резервуара 21 на общий вал отбора мощности, связанный с генератором, содержит муфты, обеспечивающие холостую работу вала отбора мощности 21 (без передачи вращения на общий вал) при.опускании поплавка на дно резервуара. ,

Формула изобретения Поплавковая энергетическая установка, содержащая частично заполненный жидкостью удлиненный корпус, установленные в нем с возможностью вертикального возвратно поступательного перемещения поплавок и погруженная под уровень жидкости цилиндрическая камера с уплотненным штоковым поршнем, устройство изменения плавучести камеры, механизм фиксации ее положения с подпружиненным захватом, скобой, приводом и системой управления, и вал отбора мощности с рабочим шкивом, кинематически связанным при помощи гибкой связи с камерой, о т - личающася тем, что, с целью повышения надежности работы установки, она снабжена вертикальными направляющими, роликами и горизонтальными упорами, на- правлякщ ие.установлены в корпусе вокруг камеры, ролики.- на боковой поверхности последней с возможностью взаимодействия с направляющими, а упоры -в средней части штока поршня камеры, при этом последний выполнен пустотелым, устройство изменения плавучести камеры - в виде силовых цилиндров, внутренняя полость штока верхней частью сообщена с атмосферой, нижней посредством прямого и обратного клапанов - с подпо ршневой полостью камеры, силовые цилиндры установлены в нижней части корпуса с- возможностью взаимодействия их штоков с упомянутыми горизонтальными упорами, вал отбора мощности размещен под камерой, скоба механизма фиксации прикреплена к ее днищу, а гибкая связь своими концами прикреплена к скобе и поплавку,

Использование: в качестве привода электрогенераторов. Сущность изобретения: в частично заполненном жидкостью удлиненном корпусе установлены с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения поплавок и погруженная под уровень жидкости цилиндрическая камера с уплотненным штоковым поршнем. Рабочий шкив вала отбора мощности кинематически связан гибкой связью с цилиндрической камерой. Вертикальные направляю щие установлены в корпусе вокруг камеры, ролики - на боковой поверхности камеры с возможностью взаимодействия с направляющими, упоры - в средней части штока поршня. Поршень выполнен пустотелым, устр-во изменения плавучести камеры - в виде силовых цилиндров. Внутренняя полость штока верхней частью сообщена.с атмосферой, нижней - прямым и обратным клапанами с подпор- шневой полостью камеры. Силовые цилиндры установлены в нижней части корпуса с возможностью взаимодействия штоков с горизонтальными упорами. Вал размещен под камерой. Скоба механизма фиксации прикреплена к днищу камеры. Гибкая связь концами прикреплена к скобе и поплавку. 7 ил. ел G