Генератор механической энергии
Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно к машинам, вырабатывающим энергию. Генератор механической энергии состит из гидравлического насоса, несущих опор, водозаборника с обратным клапаном, накопительного резервуара для воды и гидротурбины. Согласно изобретению гидродротурбина и электрогегенератор питания электродвигателя вибратора расположены на дне реки, причем водозаборник соосно расположен с гидротурбиной и находится на выходе (сзади) гидротурбины. Между водозаборником и гидротурбиной имеется зазор. Вибратор жестко закреплен посередине упругого стержня, концы которого через шарниры соединены с подвижными тележками шарнирных опор, посередине упругого стержня в вертикальной плоскости подсоединен через шарнир шток, второй конец которого жестко соединен с поршнем насоса. Изобретение позволяет повысить эффективность преобразования течения воды в реке. 10 ил.
Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно к машинам, вырабатывающим энергию.
Известны генераторы механической энергии (Патент 2046995 (Роспатент,г F03В, 13/22 опуб. 27.10.95.), содержащие корпус, резервуар для сбора воды, гидротурбину вращающего вал якоря генератора электрической энергии.
Недостаток. Эффективность генератора зависит от величины волн на поверхности водоема.
Наиболее близким аналогом генератора механической энергии является (Телдуши Ю. Мир ищет энергию. - М.: Мир, 1980, стр.105, рис.34, 35; стр.108, рис.39) генератор, содержащие водяное колесо, опоры, ведущий вал, через который передается крутящий момент (энергия) к потребителю.
Недостаток аналога. Для вращения водяного колеса (гидротурбины) необходимо строить плотины, иметь большой запас воды в водохранилище.
Целью изобретения является повышение эффективности генератора для получения механической энергии.
Поставленная цель достигается за счет того, что в конструкции генератора механической энергии гидротурбина и электрогенератор питания электродвигателя вибратора расположены на дне реки, причем водозаборник соосно расположен с гидротурбиной и находится на выходе (сзади) гидротурбины, причем между водозаборником и гидротурбиной имеется зазор, а вибратор жестко закреплен посередине упругого стержня, концы которого через шарнир соединены с подвижными тележками шарнирных опор, посередине упругого стержня в вертикальной плоскости подсоединен через шарнир шток, второй конец которого жестко соединен с поршнем насоса.
Технический результат генератора механической энергии достигается за счет:
- нахождения во время работы колебательной системы генератора механической энергии в режиме резонансных колебаний, возникающих от воздействия вибратора, расходующего (т.е. потребляющего) на свою работу во много раз меньше мощности (т.е. энергии), чем ее вырабатывает генератор механической энергии;
- исключения потребности в строительстве на реках гидроплотин;
- возможности применения генератора механической энергии на реках с небольшой глубиной и малой скоростью течения воды;
- повышения эффективности работы гидротурбины электрогенератора, питающего электродвигатель вибратора;
- регулирования количества энергии, вырабатываемой генератором механической энергии, например, на протяжении 24-х часов.
На фиг.1 - схема расположения электрогенератора на дне реки. Фиг.2 - схема размещения водозаборника и гидротурбины электрогенератора на дне реки. Фиг.3 - размещение упругого стержня на несущих опорах. Фиг.4 - устройство вибратора. Фиг.5 - схема устройства водозаборника. Фиг.6 - насос. Фиг.7 - схема подключения электродвигателя вибратора к электрогенератору, работающего от различных видов энергии. Фиг.8 - схема (вид сверху) устройства несущей шарнирной опоры. Фиг.9 - схема (вид сбоку) устройства несущей шарнирной опоры. Фиг.10 - схема накопительного резервуара с регулятором расхода воды и гидротурбиной.
Генератор механической энергии состоит из воды 1, указателя течения 2, щитов 3 водонепроницаемых для увеличения скорости течения воды, электрогенератора 5, сетки 6 и 31 с металла для предотвращения попадания твердых предметов в водозаборник 7, расположенный соосно с осью гидротурбины 4 на выходе стороны 61 для увеличения скорости течения воды через гидротурбину, зазора 8 для вытекания воды, излишне поступающей от гидротурбины 4 к водозаборнику, трубопровода 9, соединяющего водозаборник с подпоршневым и надпоршневым 36 и 37 пространствами, реки 10 с различной глубиной 11, дна 12 реки, фундамента 22, корпуса для электрогенератора 5, берега реки 13 для размещения несущих опор 14, шарнирных опор 15 для фиксации на несущих опорах стержня 16, обладающего упругостью и предназначенного для сообщения поршню 34 возвратно-поступательного движения, траектории прогиба 17 стержня в вертикальной плоскости движения, величины 18 амплитуды колебания стержня 16 в вертикальной плоскости, штока 19 для привода поршня 34, направляющей 20 штока, кронштейна 23, шарнира 24, вибратора 25 для создания усилий, обеспечивающих(щего) внешнее воздействие в виде колебаний, на колебательную систему, объединяющую стержень 16, кронштейн 23, электродвигатель 26, корпус 53, вал 27, эксцентрик 28, груз 29 и детали, обеспечивающие жесткое крепление вибратора 25 к стержню 16; штока 19 для передачи от стержня 16 возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости поршню 34, осей 24 и 39, кронштейна 38, тележки 40, колес 43, обратного клапана 30 для предотвращения вытекания воды из трубопровода 9, всасывающих клапанов 32, указателя 33 движения, нагнетательных клапанов 35, демпфера 41 для фиксации стержня 16 на несущих опорах, рельсов 42, колес 43, энергоносителей для питания электрогенератора 5 от сжигания жидкого топлива 44, от сжигания твердого топлива 45, от топливных элементов 46, от гидротурбины 57, от сжигания биогаза 47, от аккумуляторных батарей 48, от ветроустановки 60, электропереключателя 49, регулятора (реостата) 50, для изменения частоты вращения вала 27, электропроводов 51 и 52 для передачи электроэнергии от источника напряжения к электродвигателю 26, трубопровода 54, регулятора 56 расхода воды, гидротурбины 57 валом 58 и соединительной муфтой 59 для производства механической энергии и ее передачи потребителю, выхода 61 воды из гидротурбины 4.
Работа генератора механической энергии. В электроблоке 49 устанавливают рычаг в положение подачи электроэнергии от электрогенератора 5, а с помощью регулятора 50 - требуемую частоту вращения вала 27. Вода 1 в реке 10 течет в направлении 2. Пройдя мимо щитов 3 и увеличив скорость течения, вращает гидротурбину 4, якорь электрогенератора 5. Гидрозаборник 7 всасывает воду 1 на выходе 61 гидротурбины 4, ускоряет процесс течения воды 1 через гидротурбину 4, увеличивая таким образом эффективность ее работы.
Электроэнергия от генератора 5 по электропроводам 52, через электроблок переключения 49, регулятор 50 электропровода 51 вращает якорь электродвигателя 26, эксцентрик 28, а также жестко закрепленный на нем груз 29.
Возникает дисбаланс вращающихся масс, а следовательно, и вибрация корпуса 53 вибратора 25, который через корпус 53 жестко закреплен на упругом стержне 16, например, посередине длины стержня 16. Амплитуда вибрации (т.е. колебаний) вибратора 25 в этом случае зависит от частоты вращения эксцентрика 28 с грузом (массой) 29. С увеличением частоты вращения вала 27 амплитуда колебаний увеличивается.
Колебательная система в это время обладает собственными колебаниями, причем с определенной частотой и амплитудой. Вследствие того что вибратор 25 жестко соединен со стержнем 16, колебания от вибратора 25 будут передаваться на упругий стержень 16. Если частота вибраций (колебаний) вибратора 25 приблизится к одной из тех частот колебаний, с которыми происходят собственные колебания в колебательной системе - стержень 16, кронштейн 25, электродвигатель 26, корпус 53, вал 27, эксцентрик 28, груз 29 и крепежные детали, автоматически возникнет резонанс. Наступит резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний во всей колебательной системе. Это подтверждается исследованиями, опубликованными в журнале "Новая энергетика" № 2, 2005 г., стр.37, рис.2("...устанавливается электромоторчик на четыре вольта от детской игрушки с укрепленным лепестком с эксцентричным грузом массой три грамма. При вибрации от этого электродвигателя вся система массой 160 кг качалась в вертикальной плоскости.... При более мощном вибраторе (от электролобзика) амплитуда увеличилась на пятнадцать сантиметров.......").
В режиме резонансных колебаний стержень 16, как один из составляющих колебательной системы, начнет совершать движения, достигая траектории прогиба 17, приводя через кронштейн 38 в возвратно-поступательное движение по указателю 33 каретки 40, колеса 43 которых катятся по рельсам 42.
Амплитуда колебаний 18 стержня 16 в вертикальной плоскости и перемещение штока 19 зависят от мощности электродвигателя 26 и массы груза 29, длины стержня 16 и его упругости, гидросопротивления поршня 34 насоса 21.
Движение поршня вниз (Фиг.6) приведет к выталкиванию из надпоршневого пространства 37 воды 1, закрытию клапанов 32 и открытию клапанов 35.
Синхронно в подпоршневом пространстве 36 - к открытию в подпоршневом пространстве 36, к открытию клапана 32 и закрытию клапана 35. Это работа поршневого насоса 21 двухстороннего действия. Вода 1 всасывается через трубопровод 9 и нагнетается по трубопроводу 54 в накопительный резервуар 55. Расположение водозаборника 7 на выходе 61 способствует увеличению скорости течения воды 1 через гидротурбину 4.
Вода 1 из накопительного резервуара 55 через регулятор расхода 56 вращает напорно-струйную гидротурбину 57. Вращение от вала 58 через соединительную муфту 59 передается потребителю механической энергии.
Работоспособность генератора механической энергии будет обеспечена системой механических колебаний, находящихся в режиме резонанса (от внешнего воздействия вибратора 25), при условии, что гидросопротивление, создаваемое поршнем 34, будет меньше мощности, с которой колеблется в режиме резонанса стержень 16.
Регулятор расхода 56 позволяет регулировать режим работы гидротурбины 57 и режим накопления воды 1 в резервуаре 55.
Генератор механической энергии, состоящий из гидравлического насоса, несущих опор, водозаборника с обратным клапаном, накопительного резервуара для воды, гидротурбины, отличающийся тем, что гидротурбина и электрогегенератор питания электродвигателя вибратора расположены на дне реки, причем водозаборник соосно расположен с гидротурбиной и находится на выходе (сзади) гидротурбины, причем между водозаборником и гидротурбиной имеется зазор, а вибратор жестко закреплен посередине упругого стержня, концы которого через шарниры соединены с подвижными тележками шарнирных опор, посередине упругого стержня в вертикальной плоскости подсоединен через шарнир шток, второй конец которого жестко соединен с поршнем насоса.
