Подвижная гидравлическая установка Советский патент 1993 года по МПК F03B7/00 

Б-5

Изобретение относится к насосострое- нию и может быть использовано для водоподъема, а также в качестве водяного двигателя.

Цель изобретения - расширение функ- циональных возможностей установки при работе ее на кинетической энергии открытого потока.

Цель достигается тем, что емкости рото

ра установки выполнены в виде конических

сильфонов, герметично соединенных непосредственно с вращающимся полым цилиндром, каждая из жестких связей проходит через свою направляющую жесткого кольца, жестко связанного с вращающимся ци- линдром, на конце каждой жесткой связи, расположенным вне кольца, перпендикулярно ей установлена рабочая лопасть, а внутри кольца - ограничитель сдвига лопасти по его радиусу, причем ротор располо- жен между двумя корпусами катамарана и его полая ось оперта на перекрытие катамарана, неподвижная перегородка, разделяющая ось ротора, расположена перпендикулярно продольной оси симмет- рии катамарана, рабочая лопасть имеет нвнешнюю, вогнутую от оси поверхности, а боковые поверхности выполнены полукруглыми и имеющими вогнутое™ в одном направлении по окружности для всех лопастей. Тяги, жестко соединяющие кольцо и вращающий цилиндр, также выполнены полукруглыми и расположенными вогнутостями в одном направлении по окружности, а нагнетательная часть ротора имеет вентиль.

Выполнение емкостей ротора в виде ко- нических сильфонов, герметично соединенных непосредственно с вращающимся полым цилиндром, позволяет увеличить ди- апазон скоростей, при которых происходит процесс нагнетания, так как при различной величине давления потока на лопасть силь- фбн сжимается в определенном диапазоне. Этот признак является необходимым уело- вием расширения функциональных возможностей насоса. Признак, согласно которому каждая из жестких связей проходит через .свою направляющую жесткого кольца, жестко связанного с вращающим цилиндром, обеспечивает удержание жестких связей и рабочих лопастей в требуемом положении, обеспечивающем работоспособность насоса при вертикальном положении оси ротора.

Наличие вентиля в напорной системе позволяет переключать устройство на работу в качестве гидравлического двигателя или насоса, или одновременно насоса и двигателя, а следовательно, является необходи

0

5 0 5 0 5

0 5 0

О

мым условием достижения поставленной цели.

Расположение ротора между двумя корпусами катамарана является необходимым условием обеспечения мобильности устройства и одновременно повышения мощности насоса, так как позволяет увеличить скорость потока, проходящего через его ротор.

Предлагаемое по форме выполнение рабочих лопастей обеспечивает повышение КПД, так как давление потока на тело, расположенное в нем, зависит от его формы и является необходимым условием вращения ротора при поступательном движении открытого потока, а следовательно, обеспече- ния работоспособности насоса.

Выполнение тяг, как показано выше, позволяет увеличить вращающий момент ротора.

Расположение продольной перегородки, разделяющей ось ротора на две полости перпендикулярно продольной оси симметрии катамарана, является необходимым условием обеспечения нахождения сильфонов, в которых происходит процесс нагнетания, в контакте с нагнетательной полостью, и сильфонов, в которых наблюдается процесс всасывания, - с всасывающей полостью. ..

На фиг. 1 приводится поперечный раз-, рез А-А ротора установки; на фиг.2 - его поперечный разрез Б-Б; на фиг.З - общий вид устройства в плане.

Подвижная гидравлическая установка содержит ротор 1, полая неподвижная ось 2 которого жестко установлена на перекры- / тии 3 катамарана 4. К оси 2 герметично под- соед.инен -нагнетательный жесткий патрубок 5. соединенный в свою очередь с гибким трубопроводом б, выполненным с возможностью отсоединения от него.

Ось 3 разделена продольной перегородкой 7 на две полости: нагнетательную 8 и всасывающую 9. Полость 8 отделена герметично от среды, в которой находится ротор 1, полученный перегородкой 10, и гидравлически соединена с патрубком 5. Полость 9 изолирована от патрубка 5 поперечной перегородкой 11 и гидравлически соединена со средой, в которой ротор 1 находится через отверстие 12. На оси 3 установлен полый цилиндр 13, выполненный с возможностью вращения вокруг оси 2 без сдвига вдоль нее и имеющий отверстия 14, в пределах каждого из которых герметично подсоединен конический сильфон 15, имеющий на приводном конце жесткую стенку 16, площадь которой равна площади наибольшего поперечного сечения сильфона 15 и которая соединена жесткой связью 17, проходящей

через направляющую 18 кольца 19 с рабочей лопастью 20, жестко прикрепленной к ее второму концу за кольцом 19. На связях 17 установлены внутри кольца 19 ограничители сдвига 21. Кольцо 19 жестко связано тягами 22 с цилиндром 13. В верхней части цилиндра 13 установлен маховик 23, соединенный приводным ремнем 24 с приводом 25 генератора 26 электрического типа с возможностью отключения от маховика 23. Ра- бочая лопасть 20 имеет внешнюю 27, вогнутую в направлении оси ротора, и внутреннюю 28, вогнутую от оси поверхности, а боковые 29 поверхности выполнены, например, полукруглыми и имеющими вогнутости в одном направлении по окружности для всех лопастей. Тяги 22 также выполнены, например, полукруглыми и расположенными вогнутостями в одном направлении по окружности аналогично лопастям. На жест- ком патрубке 5 установлен вентиль 30. Катамаран 4 имеет поплавки 31, односторонне сужающиеся к его центру, в зоне сужения, расположенной в передней части по ходу движения потока, причем при соблюдении

условия -г 1, где b - ширина поплавка, I длина его в пределах скоса. Для зоны расширения поплавков должно соблюдаться

неравенство т- 0,1, где И - длина скоса

поплавка в его задней части,

Ось 2 ротора 1 может быть расположена как вертикально (см. фиг,2), так и горизонтально (на фиг. не показано).

Установка работает следующим образом. При натекании потока на рабочие лопасти 20 сила давления на них равна

V2 F .Л . 0)

,где С - коэффициент сопротивления давления,

ft) - площадь миделевого сечения тела (проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению движения),

р- плотность жидкости,

V - средняя скорость натекающего на тело потока.

В положении лопастей 20, близком к перпендикулярному, по направлению движения потока в передней части ротора 1 сильфоны 15 сжимаются и в задней части - растягиваются. При сжатии сильфонов 15 .жидкость, находящаяся в них, выталкивает- ся в нагнетательную полость 8 через отверстия 14, а при растяжении - всасывается из потока через отверстия 12 и 14 в всасывающую полость 9.

При положении лопастей 20, близком к параллельному направлению движения, они согласно формуле (1) имеют различное значение сил F. так как значения коэффициента С различные. В положении лопасти 20, когда она обращена выпуклой торцевой поверхностью к натекающему потоку, значение С является минимальным. В случае, когда лопасть 20 в аналогичном положении обращена к потоку вогнутым торцом, значение ; С является максимальным. Аналогично изменяется значение С тяг 22 в таких положениях. Так например, полное полушарие, обращенное впадиной навстречу течению, имеет С 1,33, а полушарие, обращенное впадиной по течению - С 0,34.

В результате разности проекции сил F, действующих касательно кольца 19, возникает момент сил, вращающий ротор 1.

При этом должно соблюдаться условие

5 FKaral Ј FKp Tpi, .(2)

где п - число лопастей 20,

Рка - составляющая силы давления на лопасть 20, направленная по направлению вращения ротора 1;

Га - плечо составляющей силы;

Рка, FKp - составляющая силы давления на лопасть 20, направленная против направления вращения ротора 1;

гр - плечо силы F«p.

Так как

| Рк а J FKp,- (3)

то из неравенства (2) находим значения rpi, т.е. величины возможного смещения лопа- сти 20,определяемой моложением ограничи- теля сдвига 21 на жесткой связи 17.

При соблюдении условия, выраженного неравенством (2), ротор 1 вращается, В результате происходит непрерывное нагнета-, ние жидкости в полость 8 и ее всасывание в полость 9. При этом давление нагнетания в полость 8 равно (при пренебрежении силами упругости сильфона 15)

РС

с 0)с

(4)

где Рл - составляющая силы давления потока на лопасть 20, направленная по ее жесткой связи 17 при нахождении лопасти в зоне нагнетания;

Шс - площадь давления стенки 16 на сильфон 15.

Подбором изменения полученных сечений конического сильфона устанавливают с учетом соотношения (4) пределы скоростей

атекания потока на лопасти, в которых усройство работает наиболее эффективно.

При закрытом вентиле 30 не происходит процесса нагнетания. Лопасти 20 находятся в положении, когда ограничители сдвига 21 расположены у кольца 19. Момент вращения ротора 1 .достигает максимально возможного значения и ротор 1 может использоваться для приведения генератора 26. Изменяя степень открытия вентиля 30, регулируют соотношение энергии, идущей на привод генератора 26 и на перекачивание жидкости.

Подвеска ротора 1 на перекрытии 3 катамарана 4 делает установку мобильной. Устанавливают катамаран 4 в заданном положений на потоке с помощью якорей 32 или береговых анкеров (на фиг. не показаны). При перемещении катамарана гибкий трубопровод 6 открепляется от патрубка 5 и сматывается в 6yxty,

При отключенном от маховика 23 генераторе 26 установка работает только как насос. ; . -. ,- ,.. :;.../. . . - .

Таким образом, установка может работать как насос и как гидравлический двигатель одновременно или отдельно. ,

При натекании потока на катамаран,

-

при соблюдении неравенства у 1 обеспечивается увеличение скорости потока в меж- поплавковом пространстве при минимальных гидравлических потерях, так как в этом случае исключается образование зон вторичных течений. При соблюдении неЬ п равенства -J- 0,1 при выходе потока из

межпоплавкового пространства исключается образование зон отрыва потока от стенКИ, . - . . .. .-, . ..:.,

Расположение перегородки 7, разделя- ющей ось 3 ротора 1 .перпендикулярно продольной оси симметрии катамарана 4 и гидравлическое блокирование ее части отверстий 14 цилиндра 13, находящихся на боковых сторонах ротора 1 по отношению к потоку, позволяет полость 8 гидравлически соединить только с теми сильфонами 15, .которые находятся под воздействием возможно большей силы давления на них лопастей 20, на которые натекает поток, а другие

сильфоны 15 гидравлически блокировать по отношению к полости 8.

Установку целесообразно использовать для орошения многолетних трав, расположенных на пойменных землях, для организации водопоя скота, находящегося на выпасе в пойме рек, с соблюдением требований охраны вод реки от загрязнения и для освещения мест ночевки скота.

Формул а изобретения.

1. Подвижная гидравлическая установка, содержащая ротор с неподвижной полой осью, разделенной продольной и поперечными перегородками на всасывающую и нагнетательную полости, цилиндр, установленный°с возможностью вращения вокруг полой оси, и емкости переменного объема, прикрепленные к цилиндру и снабженные жесткой связью, при этом каждая из

емкостей сообщена с полостью цилиндра при помощи отверстия, о т л и ч а ю щ а я - с я тем, что установка снабжена имеющим продольную ось симметрии катамараном с перекрытием и поплавками, ротор - жестким кольцом с направляющими, жестко соединенными при помощи тяг с цилиндром, емкости выполнены в виде коническихсиль- фонов, жесткие связи установлены в направляющих кольца и снабжены

ограничителями сдвига, расположенными внутри последнего, и рабочими лбпастями, расположенными на концах связей, гфи этом внешняя поверхность лопастей вогнута в направлении оси ротора; внутренняя в направлении от оси ротора, а боковые -в одностороннем окружном направлении, ось снабжена имеющим вентиль жестким напорным патрубком, гидравлически связанным с ее нагнетательной полостью и

опертым на перекрытие катамарана, а продольная перегородка оси расположена перпендикулярно продольной оси симметрии катамарана..

2. .Установка по п. 1,о т л и ч а ю ща я с- я тем, что поплавки выполнены односторонне расширяющимися к центру катамарана, при этом выполняются соотношения b/l 1 и Ь/И 0,1, где b - ширина средней части поплавка; I - длина расширяющейся по по- току части поплавка; И - длина сужающейся по потоку части поплавка.

Редактор В.Трубченко

фиг. 3

Составитель Э.Коваленко

Техред М.Моргентал Корректор А. Мотыль

Изобретение относится к гидромашиностроению. Полая ось 2 ротора 1 установлена на перекрытии 3 катамарана 4. Жесткий патрубок 5 соединен с гибким трубопроводом 6. Перегородка 7 разделяет ось 3 на две полости (П) нагнетательную 8 и всасывающую 9. П 8 отделена от окружающей среды при помощи перегородки 11 и сообщена с окружающей средой при помощи отверстия 12. Цилиндр 13 соединен отверстиями 14 с коническими сильфонами 15. Последние снабжены стенками 16 и жесткими связями 17с лопастями 20. Кольцо 19 имеет направляющие 18 и связано тягами 22 с цилиндром 13. Ограничители сдвига 21 установлены на связях 1.7. Маховик 23 соединен ремнем 24 с приводом 25 генератора 26. Лопасти 20 имеют поверхности 27, 28 и 29. Вентиль 30 установлен на патрубке 5. Катамаран 4 снабжен поплавками 31. Такое выполнение установки позволит расширить ее функциональные возможности и увеличить ее мощности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.