водяной двигатель

область техники

изобретение относится к двигателям, в частности к двигателям, в которых рабочей средой является водная фаза и может быть использовано в энергетике.

предшествующий уровень техники в литературе широко известны различные конструкции водяных двигателей, в которых рабочей средой является водная фаза. известны различные конструкции водяных двигателей, принцип действия которых основан на использовании силы архимеда. так, например, известен водяной двигатель в виде деревянного барабана, укрепленный на оси и помещенный в воду (я.и.перельман «3aнимaтeльнaя физика. книга втopaя.», москва, «Hayкa», 1979). в известном устройстве действующие силы распределены так, что прикладываемое усилие направлено вдоль радиуса колеса, т.е. колесо не имеет возможности вращательного движения, т.к по известным законам физики, чтобы вызвать вращение, надо приложить усилие перпендикулярно к радиусу, т. е. по касательной к окружности колеса. известна также конструкция водяного двигателя для выработки энергии с применением закон архимеда (см., например http://4egeca.com), которое содержит полый вертикально ориентированный корпус высотой 20 м, в верхней и нижних частях которого установлены блоки, последние жестко закреплены на гибком рабочем органе на некотором расстоянии друг от друга 14 полых баков. по мнению автора, в условиях заполнения корпуса водой, полые баки, находящиеся в воде, стремятся всплыть вверх. это должно произойти потому, что баки увлекаются в движение силой, равной весу воды, вытесняемой полыми баками. так, если каждый бак выполнен объемом 1 м ³ , то выталкивающая сила кратно равна количеству баков,

погруженных в воду. так как в воде должно оказываться всегда б ящиков, то и сила, увлекающая погруженные ящики вверх, равна шести кубическим метрам воды, т.е. шести тоннам. вниз же их тянет собственный вес ящиков, который, однако, уравновешивается грузом из шести ящиков, свободно свисающими на нагруженной стороне каната. итак, канат, перекинутый указанным образом, будет всегда подвержен тяге в 6 тонн, приложенной к одной его стороне и направленной вверх. автор предполагал, что именно эта сила заставит канат безостановочно вращаться, скользя по шкивам, и при каждом обороте совершать работу, равную 6000 * 20=120 000 кгм. однако, известное устройство неработоспособно, т.к. ожидаемого движения каната не происходит в силу того, что для того, чтобы канат начал вращение, ящики должны входить в водяной бассейн башни снизу и покидать его сверху. вступая в бассейн, ящик должен преодолеть давление столба воды в 20 м высотой. это давление на квадратный метр площади ящика равно двадцати тоннам (вес 20 кубометров воды), тогда как тяга вверх составляет только 6 тонн, т.е. явно недостаточна для придания механического движения. таким образом, недостатком данной конструкции является то, что она неработоспособна по причине того, что при вступлении полого элемента в бассейн с водой, на него действует сила давления жидкости, которая намного больше силы выталкивания полых элементов, погруженных в воду.

раскрытие изобретения

задачей предлагаемого изобретения является разработка работоспособного водяного двигателя за счет снижения влияния давления на полый элемент, находящийся в воде, и создания усилия, направленного по касательной к его окружности.

поставленная задача решается тем, что предлагаемое устройство содержит полый вертикально ориентированный корпус, в верхней части которого на оси установлен блок, через который перекинут гибкий рабочий

орган, на котором жестко закреплены полые элементы, размещенные друг относительно друга с некоторым шагом, причем, в нижней части корпуса по одной оси с блоком размещено запорное устройство, выполненное с возможностью вращательного движения в виде шара или цилиндра или эллипса, запорное устройство охватывается гибким рабочим органом и выполнено с полостями, форма и шаг которых соответствует форме и шагу полых элементов, запорное устройство снабжено запирающими элементами, выполненными с возможностью их перемещения внутри полостей по направлению к поверхности запорного устройства, соединение запорного устройства с корпусом выполнено герметичным.

корпус представляет собой ограниченный в пространстве объем, верхняя часть которого со стороны размещения блока открыта и сообщается с атмосферным воздухом. форма выполнения корпуса — цилиндр или полуцилиндр или полусфера или ящик. корпус может быть выполнен из любого гидрофобного материала, например, металла или полимерного материала или стекла.

блок выполнен с возможностью передачи крутящего момента и удержания гибкого рабочего органа. в качестве блока может быть применен цилиндр с подшипником качения или вал или шар или иное аналогичное устройство, обеспечивающее возможность вращательного движения гибкого рабочего органа.

гибкий рабочий орган выполнен бесконечным в виде цепи или ленты или нити и может быть изготовлен из металла или пластического материала или любого иного известного гидрофобного материала. полые элементы размещены на гибком рабочем органе равномерно в количестве не менее 2-х штук, выполнены в виде шара или цилиндра или эллипса и заполнены воздухом или газом с плотностью равной или меньшей плотности воздуха, например, аргоном или азотом или смесями газов или полые элементы могут быть вакуумированы.

герметичное соединение запорного элемента с корпусом выполнено по оси запорного устройства в нижней и верхней точках взаимодействия поверхности запорного устройства и боковой стенки корпуса.

запирающие элементы могут быть выполнены в виде мембран с подпружиненным выжимным роликом, при этом запорное устройство может быть снабжено каналами, которые соединяются с мембранами. запирающие элементы могут быть выполнены в виде кривошипного механизма или эксцентрика.

заявляемое устройство не исключает возможность приложения внешней силы любыми известными средствами, а также возможность снятия полученной энергии, например, путем подключения водяного двигателя к валу или иным аналогичным устройствам через блок или через запорное устройство для преобразования полученной энергии в требуемый вид энергии. заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что дополнительно содержит запорное устройство, которое расположено на одной оси с блоком, выполнено с возможностью вращательного движения и препятствует пропусканию воды в воздушный отсек; запорное устройство выполнено в виде шара или цилиндра или эллипса и имеет полости, внутри которых установлены запирающие элементы, выполненные с возможностью их перемещения по направлению к поверхности запорного устройства; полости запорного устройства чередуются в соответствии с шагом расположения полых элементов на гибком рабочем органе; гибкий рабочий орган охватывает запорное устройство в нижней части корпуса, соединение запорного устройства с корпусом выполнено герметичным.

как отмечалось выше, в ранее известных конструкциях не обеспечивалась возможность создания движения как такового, в том числе из-за того, что сила давления жидкости на полый элемент, который входит в воду в нижней части корпуса, больше чем суммарная выталкивающая сила, действующая на полые элементы, расположенные на гибком рабочем

органе. автором предлагаемого изобретения в конструкцию водяного двигателя введено запорное устройство, причем часть предлагаемой конструкции находится в водной фазе, а другая ее часть - в воздушной фазе. определенная часть площади запорного устройства воспринимает давление жидкости. в силу того, что запорное устройство снабжено полостями с запирающими элементами, в момент нахождения полого элемента в полости запорного устройства, обеспечивается сохранение геометрии поверхности запорного устройства. предложенная автором конструкция запорного устройства снижает давление жидкости на полый элемент при вхождении его в жидкую фазу, и гибкий рабочий орган имеет возможность перемещаться за счет того, что выталкивающая сила становится больше силы давления жидкости на полый элемент, а также возникает поддерживающая сила. вместе с тем, выполнение полых элементов на гибком рабочем органе шарообразной или цилиндрической или эллипсоидной формы обеспечивают возможность создания усилия, направленного по касательной к его окружности, т.е. известные физические силы не препятствуют выталкиванию полого элемента.

автором изготовлена действующая модель предлагаемого двигателя, позволяющая получить заявленный технический результат - движение гибкого рабочего органа в течение достаточно длительного периода времени. вместе с тем, следует отметить, что время бесперебойной работы предлагаемого устройства может быть существенно увеличено за счет улучшения герметичности соединения корпуса и запорного устройства. заявляемая конструкция выполнена автором в лабораторных условиях, т.е. без привлечения промышленных возможностей создания герметичного соединения и антифрикционных свойств соединения корпус - запорное устройство. улучшение герметичности позволит создать условия для полного исключения протечки жидкости между корпусом и запорным устройством, а, следовательно, исключается возможность попадания жидкой фазы в корпус в процессе осуществления работы.

лучшие варианты осуществления изобретения конкретный вариант заявляемого двигателя и его элементов описывается ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.

на фиг.1 схематично показана конструкция заявляемого водяного двигателя.

на фиг.2 показано запорное устройство, выполненное в виде цилиндра.

на фиг.з показано запорное устройство с каналами и мембранами. на фиг.4 схематично показано запорное устройство с выжимным роликом.

двигатель содержит корпус 1, в верхней части которого расположен блок 2, а в нижней части на оси установлено запорное устройство в виде шара 3 или в виде цилиндра 4. блок 2 и запорное устройство 3 или 4 охватываются гибким рабочим органом 5, на котором с постоянным шагом закреплены полые элементы 6. запорные устройства 3 или 4 имеют полости 7 с запирающими элементами в виде мембран 8. запорное устройство может иметь каналы 9, полости 7 перекрываются мембранами 8. на оси запорного устройства 3 установлен подпружиненный ролик 10, причем ролик выполнен такой формы, что внешняя часть его поверхности повторяет линию поверхности шара.

двигатель работает следующим образом. корпус 1 с установленным блоком 2, запорным устройством 3 или 4 и гибким рабочим органом 5 с полыми элементами 6 переходит в жидкую фазу. часть полых элементов 6 находится в запорном устройстве (на фиг. 1 три полых элемента б находятся в запорном устройстве 3), причем за счет формы и конструкции запорного устройства 3 полые элементы 6 расположены таким образом, что полностью сохраняется форма запорного устройства — шарообразная. в силу этого, жидкость оказывает давление на часть поверхности запорного устройства 3 шара и на часть поверхности полого элемента 6. при таком распределении сил на элементы конструкции, давление столба жидкости оказывается

меньше, чем выталкивающая сила, действующая на полые элементы 6 гибкого рабочего органа 5 (на фиг. 1 показано 5 полых элементов). под действием указанных сил рабочий орган 5 приходит в движение, при этом движением гибкого рабочего органа 5 обеспечивается возможность синхронного выхода одного полого элемента 6 из запорного устройства 3 или 4 и вход следующего полого элемента 6 в запорное устройство 3 или 4. мембрана 8 прогибается и принимает форму той части полого элемента б, которая входит в запорное устройство 3 или 4 в процессе движения гибкого органа 5. при повороте запорного устройства, выжимной ролик 10 выдавливает мембрану 8, предотвращая попадание жидкости через запорное устройство в корпус.

работа запорного устройства с каналами 9 отличается тем, что при установке полого элемента 6 в запорное устройство 3 или 4, мембрана 8 выгибается и создает давление воздуха, который давит на мембрану противоположного отверстия, из которого выходит другой полый элемент 6.

промышленная применимость

заявляемый водяной двигатель позволяет обеспечить движение гибкого рабочего органа, что ранее достичь не удавалось. полученное движение может быть использовано в промышленности для его преобразования в требуемую энергию любыми известными приемами. коэффициент полезного действия заявляемого водяного двигателя может быть увеличен за счет использования свойств газа, которым заполняются полые элементы, или их вакуумированием, варьированием количества полых элементов и шага распределения полых элементов на гибком рабочем органе, объема полого элемента, варьирования плотности водной фазы.