Способ преобразования силы гравитации в полезную работу

Способ относится к области преобразования силы гравитации в механическую энергию. Осуществляется при помощи устройства, содержащего трубопровод, одним концом опущенный в рабочую жидкость, а другим соединенный с накопительной емкостью, расположенной над уровнем рабочей жидкости. Заполняют указанное устройство рабочей жидкостью под воздействием вакуума, сливают рабочую жидкость на турбогенератор, на котором преобразовывают энергию, и направляют ее на полезную работу. Накопительную емкость после заполнения рабочей жидкостью приводят во вращательное движение до угловой скорости, при которой давление рабочей жидкости на стенки накопительной емкости будет больше внешнего атмосферного давления, и выпускают из накопительной емкости рабочую жидкость. Рабочая жидкость приводит во вращение дополнительный турбогенератор, установленный соосно с осью вращения емкости, и используют преобразованную энергию вращения турбогенератора для вращения емкости. Слив жидкости на полезную работу осуществляют через указанный дополнительный турбогенератор. Данное техническое решение позволяет минимизировать энергозатраты, а также повысить эффективность преобразования энергии. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу преобразования силы гравитации в механическую энергию, в частности к подъему жидкости на высоту Н и использованию силы гравитации, действующей на высоте Н.

Известен способ подъема жидкости на высоту Н и преобразования силы гравитации, действующей на воду, в механическую энергию (см. патент US 4514977, F 04 F 10/00 от 07.05.1985). Известный способ осуществляют при помощи вакуумного устройства, содержащего резервуар с рабочей жидкостью и соединенную с ним емкость, расположенную на высоте Н над уровнем резервуара. Способ включает подъем жидкости в емкость на высоту Н из резервуара под действием вакуума, падение жидкости, обладающей потенциальной энергией, которую используют для полезной работы, и слив жидкости в резервуар для дальнейшего использования. Вакуум создается при помощи вакуумного насоса, для работы которого необходимо затратить энергию, что приводит к большим потерям и энергозатратам.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа подъема жидкости на высоту Н, который не содержал бы указанных недостатков.

Решая данную задачу, достигается технический результат, заключающийся в возврате части затраченной энергии на подъем рабочей жидкости и использовании ее для полезной работы, что приводит к минимизации энергозатрат. Также предложенный способ позволяет повысить эффективность преобразования энергии.

Данные и другие технические результаты достигаются предложенным способом преобразования силы гравитации в полезную работу, который осуществляется при помощи устройства, содержащего трубопровод, одним концом опущенный в рабочую жидкость, а другим соединенный с накопительной емкостью, расположенной над уровнем рабочей жидкости, при котором заполняют указанное устройство рабочей жидкостью, под воздействием вакуума, сливают рабочую жидкость на турбогенератор, на котором преобразовывают энергию и направляют ее на полезную работу. Согласно изобретению, накопительную емкость после заполнения рабочей жидкостью приводят во вращательное движение до угловой скорости, при которой давление рабочей жидкости на стенки накопительной емкости будет больше внешнего атмосферного давления, и выпускают из накопительной емкости рабочую жидкость, которая приводит во вращение дополнительный турбогенератор, установленный соосно с осью вращения емкости, и используют преобразованную энергию вращения турбогенератора для вращения емкости, а слив жидкости на полезную работу осуществляют через указанный дополнительный турбогенератор.

В предпочтительном варианте осуществления способа рабочую жидкость перед заполнением системы размещают в резервуаре. После преобразования энергии в полезную работу жидкость сливается в резервуар для последующего использования, образуя замкнутый цикл.

В другом предпочтительном варианте жидкость выпускают из накопительной емкости через выпускные элементы, установленные на стенках накопительной емкости в местах, максимально удаленных от оси ее вращения. В качестве выпускных элементов можно использовать клапаны избыточного давления.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления способа энергия вращения турбогенератора, установленного соосно с осью вращения накопительной емкости и расположенного на уровне накопительной емкости, направляется на ее вращение посредством передаточного механизма, соединенного с, по меньшей мере, одним электродвигателем с редуктором, соединяющимся с системой вращения емкости.

В другом предпочтительном варианте осуществления способа рабочую жидкость выпускают из накопительной емкости в направлении ее вращения по касательной к окружности вращения, при этом скорость движения рабочей жидкости в накопительной емкости при вращении складывается в горизонтальной плоскости с линейной скоростью движения рабочей жидкости, выпускаемой из накопительной емкости.

Далее изобретение будет раскрыто со ссылками на чертеж, на котором изображен предпочтительный вариант выполнения системы для осуществления заявленного способа.

Реализующее заявленной способ устройство состоит из Т-образной вакуумной системы, включающей трубу 1, вертикально установленную на опорах 2, нижним концом опущенную в резервуар 3 с рабочей жидкостью, а на верхнем конце трубы 1 установлена емкость 4, выполненная, например, в виде диска с симметрично расположенными по внешней окружности клапанами 5 избыточного давления.

В верхней части трубы 1 установлены передаточные звенья 6, 6.1 и вращающаяся опора 7. Передаточное звено 6, с одной стороны соединено с емкостью 4, а с другой стороны с синхронным вспомогательным электродвигателем 8 с редуктором и с другой стороны с дополнительным турбогенератором, состоящим из синхронного электродвигателя 9, автоматической системы 9.1, генератора постоянного тока 9.2 и передаточного звена 6.1, соединенного с турбиной 10, имеющей лопатки 11 на внутренней части, и радиально расположенные ближе к центру отверстия 12. Под турбиной 10 стационарно на высоте h установлен резервуар 13 для сбора рабочей жидкости, вытекающей из отверстий 12 и имеющий на дне отверстие с трубой 14, соединенное с потребителем полезной энергии 15, например турбиной.

Внутри трубы 1 находится стационарно установленная вторая труба 16 меньшего диаметра, нижним концом подключенная к вакуумной системе 17, а ее верхняя часть, имеющая отверстие 18, укреплена на вращающейся опоре 19, в верхней торцевой части трубы 1. В верхней части трубы 1 установлен датчик 20 контроля и регулировки уровня рабочей жидкости.

Данная конструкция была выполнена промышленно, однако заявленный способ не ограничивается предложенной конструкцией вакуумного устройства.

Согласно предложенному способу вакуумная система 17 откачивает воздух из трубы 1 через отверстия в верхней части трубы 18. Рабочая жидкость из резервуара 3 под действием вакуума поднимается вверх по трубе 1 до высоты h, на которой установлена емкость 4, и заполняет эту емкость. Срабатывает датчик 20 контроля уровня рабочей жидкости, который отключает вакуумную систему 17 и включает синхронный вспомогательный электродвигатель 8 с редуктором разгона и вращения емкости 4, наполненной рабочей жидкостью.

Для специалиста понятно, что для образования и поддержания вакуума в системе емкость 4 раскручивают вместе с трубой 1.

По мере увеличения оборотов трубы 1 увеличивается кинетическая энергия рабочей жидкости и сила ее центробежного давления на внутренние стенки по окружности емкости 4, где в местах, максимально удаленных от оси вращения, установлены клапаны 5 избыточного давления. Когда сила центробежного давления рабочей жидкости на стенки емкости будет больше атмосферного давления, клапаны избыточного давления 5 открываются и выпускают рабочую жидкость из емкости 4 на дополнительный турбогенератор (лопатки 11 турбины 10, установленной соосно с емкостью 4 и осью вращения соответственно).

Дополнительный турбогенератор работает следующим образом.

Вращение турбины 10 через передаточное звено 6.1 передается на рабочий электродвигатель постоянного тока 9.2, который начинает генерировать электроэнергию, поступающую в автоматическую систему 9.1, определяет и поддерживает обороты вакуумного устройства и обороты турбины по параметрам оптимальной целесообразности и максимального коэффициента отдачи мощности турбины, а также для преобразования постоянного тока в переменный заданной управляемой частоты. Это переменное напряжение поступает на рабочий синхронный электродвигатель 9, вращающий с постоянной заданной скоростью вакуумное устройство 1.

В установившемся режиме пусковой синхронный электродвигатель 8 с редуктором вращает вакуумное устройство с заданной скоростью, потребляя из электросети электрическую мощность, необходимую только на компенсацию потерь на трение.

Под турбиной 10 расположен стационарно установленный на высоте h резервуар 13, в котором собирается вышедшая с турбины рабочая жидкость и через отверстие по тубе 14 с высоты h падает под действием силы гравитации, производя полезную работу в приемнике 15, например гидротурбине. Затем рабочая жидкость сливается в резервуар 3, откуда снова поступает в трубу 1 вакуумного устройства. Процесс идет непрерывно.

Предложенный способ базируется на фундаментальных основах классической физики: атмосферное давление, центробежная сила, сила гравитации.

Рабочую жидкость из резервуара 3 с помощью вакуума поднимают на высоту H, и если ее извлечь из вакуумной системы на этой высоте, то ее потенциальная энергия будет равна W_пот=mgh.

Данное извлечение жидкости осуществляют при помощи вращения системы до угловой скорости, где центробежная сила давления рабочей жидкости на внутренние стенки накопительной емкости 4 должна быть больше атмосферного давления, чтобы рабочая жидкость вытекала из емкости 4 на высоте Н. Таким образом, рабочая жидкость двигается по вращающейся системе снизу вверх, выпускается из нее, падает вниз, отдавая потенциальную энергию на полезную работу и компенсацию потерь. В предпочтительном варианте жидкость снова поднимают вверх, и процесс ведут непрерывно.

Жидкость, выпускаемая из емкости на высоте Н, обладает не только потенциальной энергией, но и кинетической W_кин=mv²/2. Эта кинетическая энергия направляется на вращение емкости и разгон рабочей жидкости до угловой скорости, при которой давление рабочей жидкости на равноудаленные от оси вращения стенки емкости будет больше внешнего атмосферного давления.

Таким образом, энергия, затраченная на разгон рабочей жидкости в емкости, после выпуска из системы направляется на вращение системы и разгон вновь поступающей жидкости из резервуара. Потери энергии на трение компенсируются потенциальной энергией, а остальная потенциальная энергия используется для полезной работы. Данный способ позволят максимально сократить затраты энергии на его осуществление при максимальном получении энергии, использующейся на полезную работу.

1. Способ преобразования силы гравитации в полезную работу, осуществляемый при помощи устройства, содержащего трубопровод, одним концом опущенный в рабочую жидкость, а другим соединенный с накопительной емкостью, расположенной над уровнем рабочей жидкости, при котором заполняют указанное устройство рабочей жидкостью под воздействием вакуума, сливают рабочую жидкость на турбогенератор, на котором преобразовывают энергию и направляют ее на полезную работу, отличающийся тем, что накопительную емкость после заполнения рабочей жидкостью приводят во вращательное движение до угловой скорости, при которой давление рабочей жидкости на стенки накопительной емкости будет больше внешнего атмосферного давления, и выпускают из накопительной емкости рабочую жидкость, которая приводит во вращение дополнительный турбогенератор, установленный соосно с осью вращения емкости, и используют преобразованную энергию вращения турбогенератора для вращения емкости, а слив жидкости на полезную работу осуществляют через указанный дополнительный турбогенератор.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочую жидкость перед заполнением системы размещают в резервуаре.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что после преобразования энергии в полезную работу, жидкость сливается в резервуар для последующего использования, образуя замкнутый цикл.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что жидкость выпускают из накопительной емкости через выпускные элементы, установленные на стенках накопительной емкости в местах, максимально удаленных от оси ее вращения.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве выпускных элементов используют клапаны избыточного давления.

6. Способ по любому из пп.1, 2, 3, 5, отличающийся тем, что энергия вращения турбогенератора, установленного соосно с осью вращения накопительной емкости, направляется на вращение накопительной емкости посредством передаточного механизма, соединенного с, по меньшей мере, одним электродвигателем с редуктором, соединяющимся с системой вращения емкости.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что рабочую жидкость выпускают из накопительной емкости в направлении ее вращения по касательной к окружности вращения, при этом скорость движения рабочей жидкости в накопительной емкости при вращении складывается в горизонтальной плоскости с линейной скоростью движения рабочей жидкости, выпускаемой из накопительной емкости.