Использование: относится к области энергетики, в частности для привода генераторов электрического тока. Сущность изобретения: гравитационный вакуумно-гидравлический двигатель содержит поплавки с изменяющимся объемом, состоящие из корпуса 10 и выдвигающегося из него грузового поршня 11, и закрепленные с равномерным шагом на бесконечной ленте 5, натянутой на верхнее 6 и нижнее 7 колеса, одно из которых посажено на оси 9, а другое на валу 8, причем колеса 6 и 7 с бесконечной лентой 5 и поплавками помещены в камере, заполненной рабочей жидкостью 4. Новым в двигателе является герметизация полости камеры, представленной трубчатым корпусом 1 и овальными основанием 2 и крышкой, и применение вакуумирующего устройства для непрерывного поддерживания вакуума в полости камеры. В результате исключается влияние атмосферного давления на выдвижение грузовых поршней 11 из корпусов 10 при расположении их в верхней части поплавков в процессе движения бесконечной ленты 5. 3 ил.
Изобретение относится к области энергетики, в частности для привода генераторов электрического тока.
Известна конструкция гравитационно-гидростатического двигателя, содержащего с изменяющимся объемом, состоящие из корпуса с выдвигающимся из него грузовым поршнем и закрепленные на бесконечной ленте, натянутой на верхнее и нижнее колеса, одно из которых посажено на валу, а другое на оси, причем колеса с бесконечной лентой и поплавками размещены в камере, заполненной рабочей жидкостью [1] Недостатком известной конструкции является значительный вес грузовых поршней, что влечет также и к утяжелению других элементов двигателя. Причиной утяжеления грузового поршня является необходимость преодоления им, кроме гидростатического, еще и атмосферного давления при образовании вакуума в полости поплавка во время выдвижения из корпуса грузового поршня. Цель изобретения обеспечить значительно большую мощность, чем у прототипа, приходящуюся на единицу веса. Цель достигается тем, что гравитационный вакуумно-гидравлический двигатель, включающий поплавки с изменяющимся об'емом, состоящие из корпуса и выдвигающегося из него грузового поршня и закрепленные с равномерным шагом на бесконечной ленте, натянутой на верхнее и нижнее колеса, одно из которых посажено на оси, а другое на валу, причем колеса с бесконечной лентой и поплавками размещены в камере, заполненной рабочей жидкостью, камера загерметизирована и снабжена вакуумирующим устройством, причем корпус камеры выполнен трубчатым, а ее основание и крышка овальными. Герметизация камеры гравитационного вакуумно-гидравлического двигателя обеспечивает возможность создания в ней вкуума, что, в отличие от прототипа, исключает влияние атмосферного давления на выдвижение грузовых поршней из корпусов поплавков. Это позволяет значительно уменьшить вес грузовых поршней, а следовательно и других элементов двигателя. Предлагаемое вакуумирующее устройство обеспечивает поддерживание непрерывного вакуума в полости камеры с помощью вертикально установленного вакуумного насоса, в цилиндре которого поршень, преодолевая своим весом атмосферное давление, действующее на него снизу, способен непрерывно опускаться. Исполнение корпуса камеры трубчатым, а ее основания и крышки овальными, исключает смятие камеры атмосферным давлением в процессе ее вакуумирования при более малой материалоемкости, требующейся на единицу мощности двигателя, чем при других формах камеры, а также требует применения наименьшего объема рабочей жидкости. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый гравитационный вакуумно-гидравлический двигатель отличается тем, что камера двигателя загерметизирована и снабжена вакуумирующим устройством, причем корпус камеры выполнен трубчатым, а ее основание и крышка овальными. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". При изучении других технических решений, известных в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выполнены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия". На фиг. 1 представлено схематическое изображение гравитационного вакуумно-гидравлического двигателя, главный вид в вертикальном разрезе; на фиг. 2 поперечный разрез двигателя; на фиг. 3 поплавок. Гравитационный вакуумно-гидравлический двигатель содержит камеру, представленную трубчатым корпусом 1, выполненном из двух цилиндрических параллельно расположенных труб, с овальным основанием 2 и овальной крышкой 3, заполненную рабочей жидкостью 4 (фиг. 1, 2). В камере на бесконечной ленте 5, натянутой на верхнее 6 и нижнее 7 колеса и посаженные на валу 8 и оси 9, размещены поплавки, состоящие из корпуса 10 и грузового поршня 11 (фиг. 3). Грузовой поршень 11 снабжен центрирующим пояском 12, одновременно выполняющим функцию герметизации полости поплавка. В центре овальной части корпуса 10 установлен запорный клапан 13, предназначенный для удаления из полости поплавка воздуха при введении грузового поршня 11 в корпус 10 и рабочей жидкости 4, которая может поступать в небольших об'емах в процессе эксплуатации двигателя из-за недостаточной герметизации полости поплавка. Торец открытой части корпуса 10 снабжен упорным кольцом 14, ограничивающим выдвижение грузового поршня 11 из корпуса 10 (фиг. 3). В верхней части крышки 3 камеры установлено вакуумирующее устройство, состоящее из испарителя 15, нагнетательной 16 и вакуумной 17 линий с кранами 18 и насоса, представленного цилиндром 19 с запорным клапаном 20 и поршнем 21 с выпускным клапаном (не показан) и рукояткой 22. Гравитационный вакуумно-гидравлический двигатель работает следующим образом. При сборке двигателя в процессе установки поплавков грузовые поршни 11 вставляются в корпуса 10, расположенные лишь в правой стороне камеры (фиг. 1). При этом каждый грузовой поршень 11, выдавив из корпуса 10 через запорный клапан 13 воздух, опустится вниз. В смонтированных поплавках, переместившихся в левую сторону, грузовые поршни 11 выдвинуться из корпусов 10, если вес каждого грузового поршня 11 превысит действующее на него атмосферное давление. После заполнения камеры рабочей жидкостью 4 через нагнетательную линию 16, грузовые поршни 11 левых поплавков, в зависимости от глубины их погружения в рабочую жидкость 4, будут полностью или частично задвинуты в корпуса 10. По окончании вакуумирования камеры через нагнетательную линию 16 во всех левых поплавках грузовые поршни 11 окажутся вновь выдвинутыми из корпусов 10, так как будет устранено, действующее на них, атмосферное давление. В результате левые поплавки станут легче правых на величину превышающего их объема. Вследствие разности веса левых и правых поплавков в рабочей жидкости, закрепленных на бесконечной ленте 5, натянутой на свободно вращающиеся колеса 6 и 7, происходит подъем левых и погружение правых поплавков. В результате возникающего тягового усилия в бесконечной ленте 5, происходит ее соответствующее движение и вращение колес 6 и 7, а вместе с ними оси 9 и вала 8 соединенного с редуктором генератора электрического тока (не показаны). Непрерывное поддерживание в камере двигателя полного или близкого ему вакуума, который уменьшается в результате испарения рабочей жидкости 4, осуществляется вертикально расположенным вакуумным насосом, вес поршня 21 которого при свободном его опускании способен создать давление в цилиндре 19, равное атмосферному. После полного опускания поршня 21 его вновь поднимают в верхнее положение при помощи рукоятки 22, при этом скопившейся в целиндре 19 пар выдавливается наружу только через выпускной клапан поршня 21, так как возращению пара в камеру препятствует запорный клапан 20. Испарение рабочей жидкости 4 в предлагаемом двигателе происходит лишь в испарителе 15. Так как интенсивность испарения во многом зависит от свободной поверхности жидкости, то диаметр испарителя 15 должен быть минимально возможным, исключающим "кипение" рабочей жидкости 4. Гравитационный вакуумно-гидравлический двигатель обладает абсолютной экологической чистотой, причем он по материалоемкости, приходящейся на единицу мощности, способен конкурировать с некоторыми существующими способами получения электроэнергии и применим в различных климатических и атмосферных условиях.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3www.findpatent.ru
Использование: преобразователи гравитационной энергии в механическую. Сущность изобретения: на цилиндрическом валу двигателя закреплена крестовина, к которой шарнирно прикреплены основания с установленными на них гидроблоками и поршнями-грузиками. Внутри оснований размещены включатели и выключатели клапанов гидросистемы, которые кинематически связаны с кулачками, размещенными внутри картеров. Гидравлическая система связана с гидроблоками и имеет масляный насос, приводимый в движение электродвигателем, питаемым от аккумуляторных батарей, а также краны для подключения к внешней системе. 38 ил., 2 табл.
Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в качестве двигателя в энергетическом строительстве и на железнодорожном транспорте.
Известен дизельный двигатель 6Д49, содержащий блок с картером, внутри которых установлены кривошипно-шатунный механизм с поршневой группой, газоразделительный механизм, механизм привода вспомогательных агрегатов, системы наддува воздуха, питания, охлаждения, смазки и запуска (Г.Я. Белобаев и др. Маневровые тепловозы, под ред. Л.С. Назарова. М. Транспорт, 1977, с. 31). Недостатками известного дизельного двигателя 6Д49 являются большой расход топлива, значительные тепловые потери, отрицательное воздействие на окружающую среду. Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя. Известен также двигатель Ванкеля, содержащий корпус, внутри которого размещен вал, на эксцентриках которого установлен ротор, вставленный в цилиндр, профиль которого выполнен по эпитроохоиде, причем ротор жестко связан с большой шестерней, входящей в зацепление с малой неподвижной шестерней, механизмы систем запуска, питания, охлаждения, смазки и зажигания (А.Ф. Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. М. Машиностроение, 1981, с. 31). Известный двигатель Ванкеля, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип. Недостатки известного двигателя Ванкеля, принятого за прототип, те же. Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя. Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных качеств двигателя. Указанный результат согласно изобретения обеспечивается тем, что эксцентриковый вал с ротором и цилиндром, подвижная и неподвижная шестерни, системы зажигания, питания и охлаждения заменены цилиндрическим валом с крестовиной, жестко закрепленной на нем, на которой шарнирно установлены четыре, одинаковые по конструкции, узла, каждый из которых представляет собой поршень-грузик, основание с золотниковыми переключателями и гидроблок, расположенный между ними, гидросистемой с насосом и электродвигателем, редуктором, ведущий вал которого соединен с цилиндрическим валом двигателя, а ведомый с валом генератора электрического тока. На фиг. 1 изображен общий вид двигателя; на фиг. 2 вид на двигатель сверху; на фиг. 3 вид на двигатель спереди; на фиг. 4 вид на двигатель сзади; на фиг. 5 вид на двигатель сбоку в разрезе; на фиг. 6 разрез А-А на фиг. 5; на фиг. 7 разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 8 разрез А-А на фиг. 7; на фиг. 9 общий вид поршня-грузика с частичным разрезом; на фиг. 10 вид на поршень-грузик сверху; на фиг. 11 общий вид основания; на фиг. 12 вид на основание слева; на фиг. 13 вид на основание сверху; на фиг. 14 общий вид гидроблока с частичным разрезом; на фиг. 15 разрез А-А на фиг. 14; на фиг. 16 вид на гидроблок сверху при снятой верхней крышке; на фиг. 17 общий вид гидроцилиндра гидроблока с частичным разрезом; на фиг. 18 вид гидроцилиндра слева с частичным разрезом; на фиг. 19 и 20 схема сил, действующих на гидроцилиндр гидроблока; на фиг. 21 общий вид и сечение основного поршня; на фиг. 22 общий вид и сечение дополнительного поршня; на фиг. 23 схема сил, действующих на поршни и дно гидроцилиндра; на фиг. 24 гидравлическая схема двигателя; на фиг. 25 схема регулятора двигателя; на фиг. 26 диаграмма работы двигателя; на фиг. 27 и 28 схема возникновения вращательного момента на валу двигателя; на фиг. 29 36 рабочий цикл трехкратного гравитационного двигателя; на фиг. 37 схема работы гравитационного двигателя с передвижным насосным агрегатом; на фиг. 38 схема работы гравитационного двигателя от аккумуляторных батарей, подзаряжаемых генератором. Предлагаемый трехкратный гравитационной двигатель 1 содержит поддвигательную раму 2, на которой закреплен нижний картер 3 двигателя, соединенный болтами с верхним картером 4. На раме установлены масляный насос 5 гидросистемы, соединенный посредством муфты с электродвигателем 6, питаемым от аккумуляторных батарей 7, подзаряжаемых через реле 8 генератором 9. Гидравлический стартер содержит гидродвигатель 10, на валу которого установлена с возможностью продольного перемещения шестерня запуска, механически связанная с гидроцилиндром 11. В нише поддвигательной рамы установлены масляный бак 12 и электрический пульт управления 13. Цилиндрический вал 14 двигателя установлен на подшипниках 15 и 16. На нем посредством шпоновки закреплена крестовина 17, к которой с помощью втулок 18 болтами прикреплены шарнирно основания 19 22, имеющие одинаковое устройство, внутри которых расположены краны переключения гидравлической системы с включателями 23 26, взаимодействующими с кулачками 27 30, причем первые три установлены внутри нижнего картера, на его нижней и передней стенках, а последний выполнен на передней стенке внутри верхнего картера. На корпусе каждого основания установлены верхний направляющий стержень 31 и нижний направляющий стержень 32, входящие при работе двигателя соответственно в верхний направляющий канал 33, выполненный внутри верхнего картера на его передней стенке, и в нижний направляющий канал 34, выполненный внутри нижнего картера на его передней стенке. Сверху каждое основание имеет отверстия 35 для крепления гидроблока. Гидроблоки 56, 37, 38, 39 имеют одинаковое устройство и каждый из них содержит корпус 40, надетый на втулку 41, имеющую отверстия 42 для прохода воздуха, с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. Втулка выполнена как одно целое с вертикальным цилиндром 43 прямоугольного или круглого сечения, имеющего снизу дно с отверстием 44 для соединения с гидравлической системой двигателя и фланец 45 для соединения с основанием, а в верхней части раздваивающимся на две пары Y-образных цилиндров такого же сечения: основных 46, 47 и дополнительных 48, 49, выполненных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Внутрь основных цилиндров вставлены основные поршни 50, 51, а внутрь дополнительных цилиндров дополнительные поршни 52, 53 с уплотнительными элементами. Верхние концы поршней контактируют с верхней крышкой 54, которая привернута болтами к корпусу гидроблока, а нижние концы поршней, обращенные в сторону жидкости, имеют специальные скосы 55, угол которых у основных и дополнительных поршней различен. С боков корпус гидроблока имеет ограничительные пазы 56, через которые проходят ограничительные болты 57. На одном из дополнительных цилиндров установлен штуцер 58, через который, а также отверстие в дне вертикального цилиндра гидроблок соединен с гидросистемой трубопроводами 59 61, а также сверлениями внутри вала, крестовины, основания. Снизу корпус закрыт нижней крышкой 62. К верхним крышкам корпусов гидроблоков болтами привернуты поршни-грузики 63 - 66, имеющие одинаковое устройство, каждый из которых содержит пустотелый корпус 67, имеющий в нижней части кронштейн 68 для соединения с верхней крышкой гидроблока, а сверху крышку 69. Внутрь поршня-грузика вставлена свинцовая вставка 70. В передней части вала двигателя установлен маховик 71, а в задней части соединительная муфта для соединения с повышающим редуктором 72 и закреплена ведущая шестерня 73, входящая в зацепление с ведомой шестерней 75 привода масляного насоса 75 системы смазки двигателя и с шестерней 76 привода центробежного регулятора, который состоит из вала 77, пропущенного через отверстие неподвижно закрепленного плоского диска 78, втулки 79 с конусом 80, имеющим канавки, в которые вставлены шарики 81 и которая нагружена пружиной 82 и соединена с колесом 83, имеющим желоб, в который входят вилка 84, взаимодействующая с включателем крана 85, и рычаг регулятора частоты вращения 86, включенного в цепь электродвигателя привода масляного насоса гидравлической системы или связанного с механизмом изменения частоты вращения вала переносного двигателя внутреннего сгорания 87. Втулка регулятора взаимосвязана с рычагом 88, имеющим ось вращения, конец которого связан с рычагом 89, контактируемым с эксцентриком 90, имеющим ручку 91 и установленным на оси 92. Втулка имеет ограничительный паз 93, в который входит винт 94. Гидросистема двигателя имеет также краны 95 и 96 для соединения с переносным насосом 97. Посредством муфты 98 гравитационный двигатель соединен с нагрузкой 99. Система смазки двигателя смешанная и включает в себя все узлы и агрегаты, характерные для двигателей. Работает гравитационный двигатель следующим образом. В основу работы гравитационного двигателя положен следующий принцип. На противоположных концах крестовины 17 закреплены гидроблоки 37 и 39, на поршни которых уложены два одинаковых по массе (m и m1) поршня-грузика 64 и 66. Жидкость удалена из внутренних полостей обоих гидроблоков и клапаны закрыты. Под действием силы тяжести, действующей на поршни-грузики 64 и 66, поршни гидроблоков сместились вниз и легли на упоры 57, которые условно показаны внутри цилиндров. Давление от поршней-грузиков через поршни гидроблоков и корпуса последних передается на концы крестовины 17. Так как массы поршней-грузиков равны, то и силы F и F1, действующие на концы крестовины, тоже равны. Вращающийся момент на валу 0 и крестовина 17 неподвижна (фиг. 27). Если открыть, например, кран гидроблока 39, то жидкость станет поступать внутрь этого гидроблока и поршни начнут передвигаться вверх и медленно поднимать поршень-груз 66 на высоту h. Вследствие этого давление от поршня-грузика 66 будет передаваться через поршни и жидкость на дно корпуса гидроблока и затем на конец крестовины 17. Но так, как площадь поперечного сечения дна корпуса гидроблока в несколько раз меньше площади поперечного сечения всех четырех поршней гидроблока, то сила давления F на конец крестовины будет во столько же раз меньше силы давления F1, действующей на противоположный конец крестовины 17, в гидроблок которой жидкость не подается. В результате на концах крестовины возникает разность сил, создающая вращающийся момент, поворачивающий крестовину вокруг оси в направлении, показанном стрелкой (фиг. 28). Уменьшение давления на то или иное плечо крестовины 17 происходит и при удалении жидкости из гидроблока до тех пор, пока поршни не лягут на упоры 57. Предлагаемый гравитационный двигатель может быть использован в качестве двигателя-усилителя крутящего момента (фиг. 37). Во втором случае гидравлическая система двигателя подключается через краны 95 и 96 гибкими шлангами к передвижному масляному насосу 97, который приводится в движение небольшим маломощным двигателем внутреннего сгорания 87, регулятор частоты вращения которого соединен с электрической цепью регулятора частоты вращения 86 гравитационного двигателя и работа последнего происходит следующим образом. В исходном положении поршни-грузики 64 и 66 вместе с гидроблоками 37 и 39 расположены так, как показано на фиг. 29. Краны гидросистемы закрыты, жидкость внутри гидроблоков слита и поршни гидроблоков под действием давления поршней-грузиков 64 и 66 лежат на упорах 57, условно изображенных в форме уступов внутри цилиндров, и давления на оба шарнира крестовины 17 максимальны и равны. Векторы сил давления F и F1 проходят через вал 14 двигателя, который неподвижен. Масло от насоса 5 подается в напорную магистраль 60, после чего включается краном, гидромотор 10 и шестерня стартера вводятся в зацепление с зубчатым венцом маховика 71 гидроцилиндром 11 того же стартера. Вал 14 двигателя начинает вращаться. Включатель 23 набегает на кулачок 27 и жидкость начинает поступать в гидроблок 39. Поршни 50 53 гидроблока медленно начинают подниматься вместе с поршнем-грузиком 66 вверх на высоту h, уменьшая в несколько раз давление поршня-грузика 66 на плечо крестовины 17. Таким образом от нижней мертвой точки (НМТ) 180 до 270o совершается первый подготовительный такт "наполнение". Поршень-грузик 64, находящийся в верхней мертвой точке (ВМТ), будет совершать "рабочий ход" от 5 до 175o. Клапаны, подающие жидкость в гидроблок 37, закрыты и поршень-грузик 64 через упоры 57, корпус 43 гидроцилиндра передает полностью давление на противоположное плечо крестовины 17 (фиг. 30). После того, как маховик 71 накопил некоторую часть энергии, отключается стартер. Как только поршни-грузики 64 и 66 займут положение, показанное на фигуре 31, включатели 25 и 26 набегают на кулачки 28 и 29, впускной клапан закрывается, а выпускной клапан открывается. Жидкость начинает удаляться из полости гидроблока 39, совершая второй подготовительный такт "слив". При этом поршень-грузик 66, двигаясь вверх, одновременно будет опускаться на высоту h вниз. Во время второго подготовительного такта поршень-грузик 66 движется от точки 270o до точки 360o. Давление поршня-грузика 66 на плечо крестовины 17 остается минимальным. Другой поршень-грузик 64 будет совершать вторую часть такта "рабочий ход" и двигаться от точки 90o до точки 175o. Давление его на плечо крестовины 17 максимально и оба клапана его закрыты (фиг. 32). Вследствие разности давлений на плечи крестовины она с валом 14 поворачивается в направлении, показанным стрелкой. Как только поршни-грузики 64 и 66 займут положение, показанное на фиг. 33, кулачок 30 нажмет на включатель 24 гидроблока 39 и перекроет клапан слива жидкости, а кулачок 27 нажмет на включатель 23 и откроет клапан наполнения жидкостью гидроблока 37. Маховик 71 выведет поршни-грузики 64 и 66 соответственно из НМТ и ВМТ и поршень-грузик 66 начнет такт "рабочий ход", а поршень-грузик 64 начнет первый подготовительный такт "наполнение" (фиг. 34). При достижении положения, показанного на фиг. 35, кулачок 29 нажмет на включатель 25 и закроет впускной клапан, а кулачок 28 нажмет на включатель 26 и откроет клапан слива жидкости гидроблока 37. Клапаны гидроблока 39 закрыты. Вследствие разности давлений на плечи крестовины 17 вал 14 двигателя под действием разности сил F и F1 продолжает вращаться в ту же сторону (фиг. 36), после чего поршни-грузики 64 и 66 занимают исходное положение, показанное на фиг. 29, и все повторяется сначала. При вращении вала 14 поршни-грузики 63 66 сохраняют постоянно строго вертикальное положение за счет того, что направляющие стержни 31 и 32 поочередно входят и выходят из направляющих пазов 33 и 34. Аналогично происходит работа поршней-грузиков 63 и 65. В первом случае (использование гравитационного двигателя в качестве самостоятельного двигателя) поворотом тумблера на пульте 13 включается электродвигатель 6, который приводит в движение масляный насос 5 и питается от аккумуляторных батарей 7. Включается стартер и работа гравитационного двигателя происходит как описано выше. Вал 14 двигателя отдает часть мощности через повышающий редуктор 72 на генератор постоянного тока 9. Вырабатываемый генератором ток через реле-регулятор 8 поступает на подзарядку аккумуляторных батарей 7, возвращая им ту же часть энергии, которая израсходована электродвигателем 6. При подаче жидкости в гидроблоки она производит давление не только на поршни 50 53 и дно вертикального цилиндра 43, но и на стенки цилиндров. Скосы 55 на поршнях гидроблоков делят внутренние поверхности цилиндров на равные участки (фиг. 19, 20) l l1; l2 l3; l4 l5; l6 l7; l8 l9; l10 l11. Силы жидкости, действующие на эти участи, также равны и уравновешивают друг друга, не создавая никаких дополнительных сил, направленных вниз, в сторону крестовины 17, которые могли бы нарушить работу гидравлического блока. Отсюда F F1; F2 F3; F4 F5; F6 F7; F8 F9; F10 F11. Поэтому на плечо крестовины при подаче жидкости в гидроблок передается только то давление, которое действует на дно вертикального цилиндра и обозначено Fд. Силы жидкости Fж, действующие нормально к поверхностям скосов 55 поршней 50 и 51 основных цилиндров 46 и 47, составляет с силами Fп и Fп1, передвигающими поршни вдоль цилиндров, углы, примерно равные 45o. Равнодействующие этих сил Fp и Fp1 направлены под углом друг к другу и образуют общую равнодействующую силу Fобщ (фиг. 19). Силы жидкости Fж, действующие на скосы 55 поршней 52 и 53 дополнительных цилиндров 48 и 49, составляют с силами Fп2 и Fп3, передвигающими поршни вдоль цилиндров, углы, примерно равные 45o. Равнодействующие этих сил Fp2 и Fp3 направлены под углом друг к другу и дают общую равнодействующую силу Fобщ. Силы Fобщ и Fобщ1 складываются так, как направлены в одну и ту же сторону. На дно цилиндра 43 любого гидроблока при подъеме и опускании какого-либо поршня-грузика действует сила Fд, которая меньше суммы сил Fобщ и Fобщ1 (фиг. 23) во столько раз во сколько площадь поперечного сечения дна вертикального цилиндра 43 гидроблока меньше суммы поперечных сечений основных и дополнительный поршней 50 53. Давление поршней-грузиков, совершающих такт "рабочий ход", передается на плечи крестовины 17 поршнями 50 53 не через жидкость, а через корпус 40, болт 57, втулку 41 и корпус вертикального цилиндра 43 без изменения. Эти две различные по величине силы F и F1 создают вращающийся момент на валу 14 двигателя (фиг. 28 36). Так как поршни-грузики имеют значительный вес, то предложенный гравитационный двигатель является малооборотным. Постоянство оборотов двигателя поддерживается регулятором, который работает следующим образом. Поворотом ручки 91 устанавливается необходимая частота вращения вала двигателя. При этом эксцентрик 90 поворачивается вокруг оси 92 и нажимает на конец рычага 89, который другим своим концом воздействует на рычаг 88, а последний передвигает втулку вправо, сжимая пружину 82. При возрастании частоты вращения вала двигателя сверх заданной ручкой 91 регулятора величины возрастает центробежная сила и шарики 81, удаляясь от центра вращения, смещают втулку 79 с конусом 80 влево (фиг. 25), сжимая пружину 82. Колесо 83, перемещаясь по шлицам вала, передвигает вилку 84 и нажимает на включатель крана 85, тем самым перекрывая подачу жидкости в гидроблоки 36 и 39, но не препятствуя сливу жидкости из этих гидроблоков. Поршни 50 53 этих гидроблоков опускаются на упоры 57 (фиг. 27) и не участвуют в создании крутящего момента, что приводит к уменьшению последнего и уменьшению частоты вращения вала двигателя. При уменьшении частоты вращения вала двигателя вследствие уменьшения центробежной силы под воздействием пружины 82 указанные выше детали движутся в противоположном направлении, открывают кран 85 и вводят в действие гидроблоки 36 и 39, которые увеличивают вращающийся момент и частоту вращения вала двигателя. При перемещении колеса 83 по шлицам вала вместе с ним перемещается рычаг регулятора скорости подачи жидкости 86 в гидроблоки. Чем больше частота вращения вала двигателя, тем меньше время, затрачиваемое на подготовительные такты, и тем больше должна быть скорость подачи жидкости в гидроблоки и наоборот. Это достигается в первом случае изменением частоты вращения переносного двигателя 87 и насоса 97, а во втором случае изменением частоты вращения электродвигателя 6 и масляного насоса 5. Во втором случае гравитационный двигатель работает от аккумуляторных батарей 7, которые включаются поворотом соответствующего тумблера на пульте управления 13. Электродвигатель 6 начинает вращаться и приводит в движение масляный насос 5, который подает жидкость в напорную магистраль 60 гидравлической системы из бака 12. И далее процесс идет так как описано выше. Крутящийся момент с вала 14 подается на повышающий редуктор 72, который повышает частоту вращения и приводит в движение генератор постоянного тока 9. Вырабатываемая генератором энергия поступает на подзарядку аккумуляторных батарей 7 через реле-регулятор 8, а ее избыток гасится на нагрузочных сопротивлениях. Крутящийся момент от гравитационного двигателя через муфту 98 передается на нагрузку 99. Из диаграммы, приведенной на фиг. 26, видно, что такт "рабочий ход" происходит при движении поршней-грузиков от ВМТ до НМТ или от 0 до 90o и от 90 до 180o (на диаграмме не заштрихованный участок). Первый подготовительный такт "наполнение" жидкостью внутренней полости гидроблока происходит при прохождении поршней-грузиков от НМТ или 180o до точки, соответствующей 270o (заштрихованный участок), а второй подготовительный такт "слив" жидкости из гидроблока происходит при движении поршней-грузиков от точки соответствующей 270o до точки 360o (заштриховано клетками). За время срабатывания клапанов вал 14 двигателя поворачивается на 5o. Если обозначить поршень-грузик, расположенный у ВМТ (фиг. 7) первым и далее по часовой стрелки второй, третий и четвертый, то порядок чередования рабочих и подготовительных тактов будет иметь вид, представленный соответственно в табл. 1 и 2. Из табл. 1 и 2 видно, что рабочий ход совершается одновременно у двух поршней-грузиков (один начинает рабочий ход, а другой продолжает его). Первый подготовительный ход "наполнение" происходит у одного поршня-грузика. Второй подготовительный ход "слив" происходит также у одного поршня-грузика. За один оборот вала двигателя происходит четыре рабочих хода, четыре первых подготовительных ходов и четыре вторых подготовительных хода. Расчет гравитационного двигателя. Дано: Количество поршней-грузиков 4. Масса поршня-грузика m 450 кг. Длина сечения вертикального цилиндра гидроблока lдц 10 см. Ширина сечения вертикального цилиндра гидроблока lшц 10 см. Длина сечения основного поршня гидроблока lдосн 10 cм. Ширина сечения основного поршня гидроблока lшосн 10 см. Длина сечения дополнительного поршня гидроблока lддоп 10 см. Ширина сечения дополнительного поршня гидроблока lшдоп 10 см. Частота вращения вала двигателя n 120 об/мин. Давление жидкости, подаваемой в гидроблок, р 11,5 кгс/см2. Расстояние, на которое перемещаются поршни гидроблока, h 3 см. Длина плеча крестовины lкр 0,5 м. Время, за которое совершается рабочий ход, t 0,25 с. Время, за которое совершается первый или второй подготовительный ход, t1 0,125 с. Число рабочих ходов за один оборот вала 4. Число первых подготовительных ходов за один оборот вала 4. Число вторых подготовительных ходов за один оборот вала 4. 1. Площадь сечения дна вертикального цилиндра гидроблока S lдц
10 см 100 см2. 2. Площадь сечения основного поршня гидроблока Sосн lосн lшосн; Sосн 10 cм10 см 100 см2. 3. Площадь сечения дополнительного поршня гидроблока Sдоп lосн lшдоп; Sдоп 10 см10 см 100 см2. 4. Общая площадь сечения поршней гидроблока Sобщ 2Sосн + 2Sдоп; Sобщ 2 100 см2 + 2100 cм2 400 см2. 5. Сила, с которой поршень-грузик действует на поршни гидроблока, F mg; F 450 кг 9,81 м/с2 4414,5 кгс/с2, где g ускорение силы тяжести. 6. Сила жидкости, действующая на поршни гидроблока при первом подготовительном ходе, F1 PSобщ; F1 11,5 кгс/см2400 cм2 4600 кгс. 7. Сила, действующая на плечо крестовины при подготовительном ходе, 
(давление поршня-грузика на плечо крестовины при подготовительном ходе уменьшается в 4 раза). 8. Разность сил, действующая на одну пару плеч крестовины, F3 F F2; F3 4414,5 кгс/с2 1103,6 кгм/с2 3310,9 кгм/с2 33109 н. 9. Полная сила, создающая вращающийся момент на валу двигателя, Fобщ 8F3; Fобщ 8 33109 н 264872 н (при работе двигателя за один оборот происходит 4 рабочих хода и 4 первых и вторых подготовительных ходов, а в 1 с происходит 2 оборота при n 120 об/мин). 10. Крутящий момент на валу двигателя Me Fобщlкр; Me 264872 н0,5 м 13243 н/м. 11. Мощность на валу двигателя 
где Ме крутящийся момент; n частота вращения вала двигателя в 1 мин (П.С. Гриневич. Строительные машины. М. Машиностроение, 1975, с. 19). 12. Объем жидкости, подаваемый в гидроблок при перемещении поршней гидроблока на высоту h 3 см, V Sобщh; V 400 см23 см 1200 см3 1,2 л. 13. Объем жидкости, подаваемый и сливаемый из одного гидроблока, V1 2V; V1 2 1,2 л 2,4 л. 14. Объем жидкости, подаваемый и сливаемый из четырех гидроблоков, V2 4V1; V2 4 2,4 л 9,6 л (за 1 оборот вала двигателя). 15. Объем жидкости, подаваемой и сливаемой в четыре гидроблока за 1 с, V3 2V2; V3 29,6 л 19,2 л (в 1 с происходит два оборота вала двигателя). 16. Производительность масляного насоса в минуту Q 60V3; Q 6019,2 л 1152 л/мин. 17. Потребная мощность масляного насоса N1=C2PQ; 
где С2 переводной коэффициент размерностей. Для выражения N в кВт при Q в л/мин и Р в кгс/см2 C2 1/612; для выражения N в л.с. С2 1/450 (П.С. Гринкевич. Строительные машины. М. Машиностроение, 1975, с. 30). 18. Полезная мощность на валу двигателя Nпол N N1; Nпол 1631,6 кВт 21,19 кВт 1610,4 кВт, гдe N мощность на валу двигателя, N1 мощность, идущая на работу масляного насоса гидросистемы и возвращаемая генератором аккумуляторным батареям. Предлагаемый гравитационный двигатель может быть выполнен с несколькими крестовинами и большим количеством поршней-грузиков. Положительный эффект предлагаемого гравитационного двигателя: отсутствие больших тепловых потерь, значительное сокращение расхода органического топлива или его полное отсутствие, не выбрасывает в атмосферу вредных и отравляющих веществ.Формула изобретения
1. Гравитационный двигатель, содержащий нижний и верхний картеры, соединенные друг с другом болтами и установленные на раме, внутри которых на подшипниках установлен цилиндрический вал, на одном конце которого размещен маховик, а на другом механизм привода вспомогательных агрегатов, системы смазки, запуска, электрооборудования, отличающийся тем, что на цилиндрическом валу закреплена крестовина, на концах которой шарнирно закреплены основания, внутри которых размещены механизмы включения и выключения клапанов гидравлической системы, взаимодействующие с кулачками, установленными внутри верхнего и нижнего картеров, причем каждое основание имеет направляющие стержни, кинематически связанные с направляющими пазами, выполненными внутри на передних стенках верхнего и нижнего картеров, кроме того, на каждом основании закреплено по гидравлическому блоку, которые механически соединены с поршнями-грузиками. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый гидравлический блок выполнен в виде емкости со штуцерами, подключенными к гидравлической системе, и размещен между основанием и поршнем-грузиком. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что количество крестовин, установленных на валу, может быть несколько, а количество взятых поршней-грузиков кратно четырем.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39www.findpatent.ru
www.freepatent.ru
Изобретение относится к энергетическому машиностроению. Двигатель содержит две герметичные сообщающиеся камеры, соединенные с атмосферой и средством создания вакуума с возможностью их поочередного подключения. В каждой емкости помещен груз-поплавок с возможностью возвратно-поступательного движения. Груз-поплавок связан через шток с устройством для отбора мощности. Повышается мощность двигателя. 1 илл., 2 з.п. ф.-лы.
Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может найти применение для экологически чистого получения механической энергии и преобразования ее в другие виды энергии, например, электрическую, тепловую и т.д.
Известен гравитационный вакуумно-гидравлический двигатель (патент РФ 
2080485, МПК6 F03G 7/00, опубл. 27.05.1997 г.), включающий поплавки с изменяющимся объемом, состоящие из корпуса и выдвигающегося из него грузового поршня, и закрепленные с равномерным шагом на бесконечной ленте, натянутой на верхнее и нижнее колеса. Колеса с бесконечной лентой и поплавками помещены в камеру, заполненную рабочей жидкостью, и соединенную с вакуумирующим устройством.
К недостаткам двигателя можно отнести его конструктивную сложность и громоздкость, а также недостаточную мощность.
Известна газожидкостная машина (заявка РФ 95102885 А1, МПК6 F03B 1/04, опубл. 20.05.1997 г.), которая может быть использована в качестве двигателя или насоса. В варианте двигателя она включает две емкости, каждая из которых частично заполнена жидкостью. Давление газа на поверхности жидкости в первой емкости выше, чем давление газа на поверхности жидкости во второй емкости. К первой емкости, к той ее части, которая заполнена жидкостью, подключен гидравлический двигатель, выход из которого подключен к входу во вторую емкость. Дополнительно имеется камера, которая при помощи клапанов может периодически сообщаться как с первой, так и со второй емкостью. Ко второй емкости, к той ее части, которая заполнена газом, подключен выходной канал, по которому газ из второй емкости удаляется в атмосферу. К первой емкости, к той ее части, которая заполнена газом, подключен входной канал, периодически отключаемый от нее при помощи клапана. Из входного канала в первую емкость поступает газ от внешнего источника. Жидкость при работе установки из первой емкости через гидравлический двигатель поступает во вторую емкость, из которой она через камеру вновь поступает в первую емкость.
Недостатком вышеописанного двигателя является его ограниченная мощность, так как в нем работу совершает вытесняемая жидкость, не обладающая большой кинетической энергией, кроме того, двигатель занимает большой объем.
Изобретение решает задачу повышения мощности двигателя за счет накопления рабочим телом потенциальной энергии и преобразования ее в кинетическую энергию при рабочем ходе.
Для решения поставленной задачи в известном двигателе, включающем две герметичные емкости, частично заполненные жидкостью, с клапанами в верхней части для впуска и выпуска воздуха, средство создания вакуума, предлагается емкости выполнить вертикально ориентированными, сообщающимися и соединить со средством создания вакуума с возможностью их поочередного подключения, а в каждой емкости разместить, с возможностью вертикального прямолинейного возвратно-поступательного движения груз-поплавок, который связать через шток с устройством для отбора мощности, а шток снабдить компенсационной пружиной.
Внутренние боковые поверхности емкостей могут быть выполнены с вертикально ориентированными направляющими, а боковые поверхности груза-поплавка снабжены роликами, расположенными оппозитно направляющим.
Боковые поверхности груза-поплавка могут быть выполнены с вертикально ориентированными направляющими, оппозитно которым на внутренних боковых поверхностях емкостей устанавливают ролики.
Предлагаемый гравитационный гидровакуумный двигатель представляет собой две герметичные вертикально ориентированные емкости, сообщающиеся в нижней части посредством канала. В верхней части каждая емкость имеет клапаны; один для связи с атмосферой, другой - со средством создания вакуума. Емкости частично заполнены жидкостью, и в каждую емкость помещен груз-поплавок с возможностью вертикального прямолинейного возвратно-поступательного движения. Для обеспечения лучших условий для создания такого движения можно выполнить внутренние боковые поверхности емкости с направляющими, по которым будет перемещаться груз-поплавок, снабженный, например, роликами. Также можно выполнить направляющие на боковых поверхностях груза-поплавка, а ролики закрепить на внутренних боковых поверхностях емкости.
Груз-поплавок через шток и шатун связан с преобразователем возвратно-поступательного движения во вращательное, например, коленчатым валом. Шток снабжен на уровне нижней мертвой точки компенсационной пружиной.
Управление клапанами, расположенными в верхней части каждой емкости и обеспечивающими попеременное поступление атмосферного воздуха в емкость и вакуумирование емкости, производят автоматически, используя известные способы.
Для обеспечения плавучести груза-поплавка необходимо его изготовить из материала, плотность которого 
м
0,8ж, где ж - плотность жидкости. Тогда при вакуумировании верхней части одной из емкостей жидкость начинает подниматься вместе с грузом-поплавком на рассчитанную высоту, обеспечивающую, при выбранной массе груза, накопление необходимой величины потенциальной энергии, которая превращаясь при обратном ходе груза-поплавка вниз в кинетическую энергию, совершает работу. Под воздействием динамической нагрузки компенсационная пружина на штоке, расположенная на уровне нижней мертвой точки, сжимается, происходит частичное преобразование кинетической энергии груза в потенциальную энергию сжатия пружины. При достижении грузом нижней мертвой точки автоматически открывается клапан, сообщающий емкость со средством создания вакуума и закрывается клапан, сообщающий емкость с атмосферой. Пружина, а также архимедова сила помогают грузу изменить направление движения.
На приведенной схеме изображен предлагаемый гравитационный гидровакуумный двигатель в разрезе. На схеме приняты следующие обозначения:
1 - накопитель вакуума;
2- первая емкость;
3- вторая емкость;
4, 5 - грузы-поплавки;
6 - клапан, связывающий первую емкость со средством создания вакуума:
7 - клапан, связывающий первую емкость с атмосферой;
8 - клапан, связывающий вторую емкость со средством создания вакуума;
9 - клапан, связывающий вторую емкость с атмосферой;
10, 11, 12, 13 - направляющие на внутренних поверхностях емкостей; 14, 15 - компенсационные пружины; 16, 17 - штоки; 18, 19 - шатуны;
20 - коленчатый вал;
21 - ролики;
22 - жидкость.
Работа гравитационного гидровакуумного двигателя осуществляется следующим образом.
Средство создания вакуума 1 создает разряжение порядка 0,8 атмосфер. В емкости 2 открывается клапан 6, связывающий емкость 2 со средством создания вакуума, а в емкости 3 в этот момент открывается клапан 9, связывающий емкость 3 с атмосферой. В верхней части камеры 2 создается рабочая зона пониженного давления. В результате жидкость начинает перетекать из камеры 3 в камеру 2, стараясь заполнить разреженный объем под воздействием атмосферного давления в камере 3, вытесняющего водяной столб. Вместе с жидкостью поднимается до верхней мертвой точки и груз-поплавок 4, приобретая потенциальную энергию. После чего клапан 6, сообщающий емкость 2 со средством создания вакуума закрывается и открывается клапан 7, сообщающий емкость с атмосферой. В емкости 3 в этот момент происходит закрытие клапана 9, сообщающего емкость с атмосферой, и открытие клапана 8, сообщающего емкость со средством создания вакуума. Резкий перепад давления в верхних частях емкостей приведет к обратному движению водяного столба и грузов-поплавков. Причем груз-поплавок, поднятый на высоту, соответствующую верхней мертвой точке, при движении вниз под действием сил гравитации, толкает шток 17, совершая, таким образом, работу по преобразованию накопленной потенциальной энергии в кинетическую. Во время рабочего хода сжимается пружина 15 на штоке 17, происходит преобразование кинетической энергии динамических нагрузок в потенциальную энергию сжатия пружины. При достижении нижней мертвой точки пружина и архимедова сила помогают грузу-поплавку изменить направленность движения и цикл повторяется.
Расчетные габариты двигателя составляют 3×4×7 м при следующих условиях
- в качестве жидкости выбрана вода:
- масса груза-поплавка равна 5000 кг;
- объем его равен 6 м3 ;
- рабочий ход равен 2 м за 1 сек.
Мощность двигателя при этом составит примерно 120 кВт.
Для повышения эффективности использования данного технического решения предлагается соединять несколько двигателей по принципу двигателя внутреннего сгорания.
1. Гравитационный гидровакуумный двигатель, включающий две герметичные емкости, частично заполненные жидкостью, с клапанами в верхней части для впуска и выпуска воздуха, средство создания вакуума, отличающийся тем, что емкости выполнены вертикально ориентированными, сообщающимися и соединены со средством создания вакуума с возможностью их поочередного подключения, а в каждой емкости размещен с возможностью вертикального прямолинейного возвратно-поступательного движения груз-поплавок, связанный через шток, снабженный компенсационной пружиной, с устройством для отбора мощности.
2. Гравитационный гидровакуумный двигатель по п.1, отличающийся тем, что внутренние боковые поверхности емкостей выполнены с вертикально ориентированными направляющими, а боковые поверхности груза-поплавка снабжены роликами, расположенными оппозитно направляющим.
3. Гравитационный гидровакуумный двигатель по п.1, отличающийся тем, что боковые поверхности груза-поплавка выполнены с вертикально ориентированными направляющими, оппозитно которым на внутренних боковых поверхностях емкостей установлены ролики.
poleznayamodel.ru
10-4м2. Высота парожидкостной зоны H=0,5 м. Массовое паросодержание X=0,1 м. Высота паровой зоны прототипа H=0,5 м. Поворотные части каналов вверху и внизу на 180o с радиусом R-0,1 м, которые соответственно являются зоной полной конденсации и зоной подвода тепла, в которой достигается заданное паросодержание. Давление в зоне кипения 
кип = 1 атм, следовательно, tкип=100o. Расчет проводился по программе "Смоголев И.П. Анисимов В.В. и др.", "Программный комплекс для гидравлического расчета потерь давления на персональном компьютере" Атомная энергия. т. 70, с. 402, 1991 г. и материалами справочника ИЕ Идельчик. "Справочник по гидравлическим сопротивлениям" М. Машиностроение 1975, с.26. В результате расчетов: для предлагаемого двигателя расход парожидкостного потока G=583,9 кг/час, скорость парожидкостной смеси V=46 м/сек, плотность = 5,77 кг/м3, расход пара Gпар=0,0267 м3/сек, мощность парожидкостной струи N1=169 Вт. Для двигателя прототипа: при тех же габаритах и параметрах, но в нижнем повороте канала вся жидкость превращается в сухой пар. Расход пара Gn=0,0267 м3/сек,скорость пара V"=44,5 м/сек, плотность пара 
= 0,597 кг/м3 мощность паровой струи N2=16 Вт. Лифтовый двигатель: уровень жидкости в резервуаре H=0,5 м, колокол полусферической формы V= 0,0267 м3 заполняется паром за 1 сек. С учетом только гидравлического сопротивления скорость подъема колокола V=0,15 м/сек, подъемная сила P=26,7 кг, развиваемая мощность N3=40 Вт. Сравнивая результаты, можно сделать вывод, что при одинаковых тепловых затратах наиболее эффективным преобразователем тепловой энергии в механическую является предлагаемый "двухфазный гравитационный двигатель". N1=169 Вт, N2=16 Вт, N3=40 Вт. www.freepatent.ru
