Гидроаккумуляторный привод

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Горобец Петр Григорьевич(72) Автор Горобец Петр Григорьевич(73) Патентообладатель Горобец Петр Григорьевич(57) 1. Гидроаккумуляторный привод, содержащий корпус, поддон, гидротурбину ковшового типа, установленную на валу, и гидромонитор, установленный вертикально вниз, отличающийся тем, что в конструкцию устройства введен искусственный, например беспоршневой или иного типа, гидроаккумулятор, служащий источником энергии для подачи жидкости импульсами, через распределитель и гидромонитор с соплом, на лопатки ковшовой турбины таким образом, что на валу ковшовой турбины появляется крутящий момент, который можно использовать в полезных целях. 2. Гидроаккумуляторный привод по п. 1, отличающийся тем, что в конструкцию устройства введен электрический стартер, осуществляющий запуск устройства в работу. 3. Гидроаккумуляторный привод по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что в конструкцию устройства введены гидрозатвор, телескопический гидротаран и кулачковый распределительный вал таким образом, что гидрозатвор, имеющий привод от кулачкового распределительного вала, служит для резкого открывания гидромонитора при подходе ковшовой лопатки гидротурбины в зону действия струи жидкости и резкого закрывания гидромонитора при выходе ковшовой лопатки из зоны действия струи жидкости таким образом, что в канале гидромонитора и во всей системе привода возникает гидроудар, энергия которого приводит в действие телескопический гидротаран как минимум двойного сложения, который служит для возврата из поддона в гидроаккумулятор всей или части жидкости,ушедшей из гидроаккумулятора на привод турбины за рабочий цикл. 52332009.04.30 4. Гидроаккумуляторный привод по п. 1 или п. 2, или п. 3, отличающийся тем, что в конструкцию устройства введен подкачивающий насос с приводом от вала турбины, обеспечивающий подачу жидкости из поддона на вход гидротарана. 5. Гидроаккумуляторный привод по п. 1 или п. 2, или п. 3, или п. 4, отличающийся тем,что на одном валу в ряд устанавливается более одной турбины, каждая со своим гидромонитором, гидротараном, гидрозатвором и общим распредвалом таким образом, что обеспечивается их синхронная работа и крутящий момент, развиваемый каждой турбиной,суммируется на общем силовом валу. 6. Гидроаккумуляторный привод по п. 1 или п. 2, или п. 3, или п. 4, или п. 5, отличающийся тем, что несколько валов с турбинами устанавливаются в общем или раздельных корпусах параллельно или последовательно, или по окружности, или -образно, или-образно или иным образом, что происходит суммирование крутящих моментов, развиваемых на каждом валу.(56) 1. Политехнический словарь. Статья Турбина Пелтона - М. Советская энциклопедия, 1976. - С. 215 (прототип). Полезная модель относится к гидравлическим двигателям, непоршневым, импульсного типа, свободноструйным, с реактивной турбиной ковшового типа, имеющим гидромониторы или сопла для подачи жидкости на турбину и обеспечивающие преобразование энергии,запасенной гидравлическим аккумулятором в механический крутящий момент на валу гидроаккумуляторного привода. Известно устройство (1) прототип Турбина Пелтона, гидротурбина с ковшеобразными лопастями рабочего колеса. Вода поступает через сопла на лопатки-ковши по касательной к окружности, проходящей через середину ковша. Обычно ковшовые турбины применяют для стационарных гидравлических электростанций с напором воды выше 500 метров. Недостатком такой турбины является то, что она не может быть применена для привода самоходных транспортных средств и автономных передвижных энергетических установок. Задачей данной полезной модели является создание экологически чистого гидроаккумуляторного привода, позволяющего применить ковшовую турбину для привода самоходных транспортных средств и других передвижных и автономных силовых установок. Сущность и схема гидроаккумуляторного привода изображены на фигурах 1, 2, 3, 4, 5,6, 7, 8, 9. На фиг. 1 изображена общая функциональная схема гидроаккумуляторного привода с указанием кинематических и гидравлических связей между элементами, для самого простого варианта с одной ковшовой турбиной 3 на валу 12, имеющей, например, четыре ковшовых лопатки. Функциональная схема дает представление о том, за счет чего достигается технический результат. На схеме показано, каким образом энергия, запасенная в гидроаккумуляторе 10, преобразуется в крутящий момент на валу 12 гидротурбины 3,который можно использовать в полезных целях. На схеме показано, каким образом происходит быстрое открывание и закрывание гидрозатвора 7, приводящее к раскачиванию гдравлического маятника в системе привода, возникновению гидроудара в гидромониторе 4, и как дармовая, разрушительная, вредная энергия гидроудара в гидротаране 5 полезно используется для зарядки гидроаккумулятора и восполнения потерь. На фиг. 2,в качестве примера, изображены две гидротурбины 3 на одном валу 12, что позволяет увеличить мощность гидроаккумуляторного привода путем размещения на одном валу неограниченного количества турбин. На фиг. 3 показано, как методом секционироания валов с турбинами можно увеличивать общую мощность привода. На фиг. 4 и 5 изображен принцип действия телескопического гидротарана двойного сложения. Технический резуль 2 52332009.04.30 тат действия телескопического гидротарана состоит в том, что при гидроударе в канале А гидромонитора, а значит, и в подпоршневой полости В гидротарана, возникают огромные давления при небольших расходах жидкости. Телескопический гидротаран позволяет огромные давления преобразовать в необходимые для восполнения потерь объемы жидкости в надпоршневой полости Г гидротарана и направить эти объемы через обратный клапан 13,гидроаккумулятор для восполнения потерь. На фиг. 6, 7, 8 изображен принцип действия спаренного гидрозатвора, обеспечивающего, при помощи кулачкового вала 8 и дросселирующих вставок 24, 25, открывание и закрывание гидромонитора 4. На фиг. 9 изображен график изменения давления в системе гидроаккумуляторного привода от минимального значения, при резком открывании гидрозатвора 7, до максимального значения, при резком закрывании гидрозатвора. Техническим результатом от действия раскачанного гидравлического маятника является истечение жидкости из гидромонитора 4 на лопатки гидротурбины 3 под давлением, превышающим давление подпора, создаваемого гидроаккумулятором 10. Задача решается следующим образом. В корпусе 1 (фиг. 1) гидроаккумуляторного привода на валу 12 монтируется ковшовая турбина 3. В нижней части корпуса 1 крепится поддон 2, служащий для слива отработанной жидкости и выполняющий функцию маслобака. В верхней части корпуса 1 монтируется гидромонитор 4 для подачи жидкости на лопатки турбины 3. На нижней кромке гидромонитора 4 монтируется гидрозатвор 7, привод которого осуществляется от кулачкового распредвала 8, связанного кинематически с валом турбины 12. На верхней кромке гидромонитора 4 устанавливается гидротаран 5. Гидромонитор 4, гидротаран 5 и гидрозатвор 7 вместе взятые образуют гидровлическую пушку 20 (фиг. 3) двухстороннего действия. Гидротаран 5 (фиг. 1) запитывается жидкостью из поддона 2 при помощи подкачивающего насоса 6, привод которого осуществляется от вала 12 турбины 3. В систему питания гидромонитора 4 по каналу А устанавливается, например, беспоршневой, гидроаккумулятор 10. Постоянное давление жидкости в гидробаллоне 14 гидроаккумулятора поддерживается при помощи пневморедуктора 15 и баллонов со сжатым воздухом 16. В канале А питания гидромонитора 4 монтируется главный распределитель 9, аналог педали газа в двигателях внутреннего сгорания. Для пуска в работу гидроаккумуляторного привода на валу 12 гидротурбины устанавливается электрический стартер 11. Работает гидроаккумуляторный привод следующим образом. При включении электростартера 11 (фиг. 1) и открывании гидрораспределителя 9 происходит вращение вала 12 турбины 3, распредвала 8 и открывание-закрывание гидрозатвора 7. Благодаря механической связи распредвала 8 с валом 12 турбины 3 и конструкции кулачков, открывание гидрозатвора 7 происходит в момент, когда очередная ковшовая лопатка гидротурбины 3 подходит к гидромонитору 4 таким образом, что жидкость, истекающая из сопла гидромонитора,попадает на середину ковша в виде импульса момента количества движения . При выходе лопатки из зоны действия струи жидкости, гидрозатвор резко закрывается и в канале А происходит гидравлический удар. Гидравлический удар в канале А воспринимает гидротаран 5, который за счет энергии гидроудара возвращает по каналу Б часть жидкости, слитой в поддон 2, обратно в гидроаккумулятор 10. При подходе очередной ковшовой лопатки в зону действия струи гидрозатвор 7 снова резко открывается и процесс повторяется. Когда обороты вала 12 турбины 3 достигнут заданной величины, электростартер 11 автоматически выключится из работы. Для увеличения мощности гидроаккумуляторного привода осуществляют спаривание(фиг. 2) турбин 3 на одном валу 12 или установку на одном валу более одной турбины каждая со своим гидромонитором 4, гидрозатвором 7 и гидротароном 5. 3 52332009.04.30 Для увеличения мощности гидроаккумуляторного привода осуществляют его секционирование, установку нескольких валов 12 параллельно (фиг. 3), последовательно, образно, -образно или иным способом, позволяющим суммировать крутящие моменты,развиваемые турбинами 3. Спаренные гидротурбины 3 (фиг. 3) снабжаются спаренной гидропушкой 20. Суммирование крутящих моментов происходит при помощи гитары шестерен 21. Телескопический гидротаран двойного сложения (фиг. 4, 5) работает следующим образом. При открывании гидрозатвора 7 по каналу А происходит движение жидкости на лопатки турбины и давление в канале резко падает практически до атмосферного. Под действием пружины 18 надпоршневого пространства поршень 17 проседает до упора и в надпоршневом пространстве Г образуется разрежение, которое из поддона (гидробака) заполняется жидкостью при помощи подкачивающего насоса 6. При резком закрытии гидрозатвора в канале А происходит гидроудар. Давление в канале А и в гидротаране резко возрастает. Поршень 17 сжимает пружину 18 и жидкость перетекает в гидроаккумулятор. Движение жидкости в необходимом направлении обеспечивают обратные клапаны 13. Благодаря телескопической конструкции гидротарана соотношение объемов надпоршневой полости Г к объему подпоршневой полости В для телескопического гидротарана двойного сложения равняется приблизительно 1,6 (г/в 1,6). Для телескопического гидротарана тройного сложения г/в 3, для четверного сложения г/в 6. Для определения конструкции телескопического гидротарана, которую необходимо применить для конкретного гидроаккумуляторного привода, проводят несложный расчет. Допустим, что давление подпора в гидроаккумуляторе Рга 100 атм и цикловой расход гидропривода гап 100 см 3, КПД гидротарана 0,65. Будем считать, что давление в гидротаране при гидроударе Ргт 200 атм, тогда расход жидкости гидротарана в подпоршневой полости В при гидроударе и давлении 200 атм вычисляем по формуле Таким образом, если взять обычный гидротаран (не телескопический), то в гидроаккумулятор за цикл вернется только 32,5 см 3 из 100 ушедших. Если взять телескопический гидротаран двойного сложения, то в гидроаккумулятор вернется 32,51,652 см 3 из 100 ушедших. Если взять и вмонтировать в конструкцию гидроаккумуляторного привода телескопический гидротаран тройного сложения, то в гидроаккумулятор вернется 32,53100 см 3. Очевидно, что при цикловом расходе 100 см 3 в конструкции гидроаккумуляторного привода необходимо применять телескопический гидротаран как минимум тройного сложения. Работает гидрозатвор 7 (фиг. 1) спаренной гидропушки 20 (фиг. 3) следующим образом. В корпусе гидрозатвора 23, смонтированного на торце гидромонитора 4 (фиг. 6), устанавливается пружина 22, правая 24 и левая 25 дроссельные заслонки с роликом 26. Пружины 22 обеспечивают контакт роликов 26 с кулачками распредвала 8, а также закрывание или открывание гидрозатвора 7 при вращении распредвала 8. Расположение дросселирующих отверстий Д и Е в дроссельных заслонках 24 и 25 (фиг. 7, 8) обеспечивает работу гидрозатворов спаренной гидропушки в противофазе. При установке в оба гидрозатвора правых или левых дросселирующих вставок обеспечивается одновременное закрывание или открывание гидрозатворов спаренной гидропушки. 52332009.04.30 Все возможные утечки жидкости через неплотности при закрытом гидрозатворе сливаются в поддон. Из графика работы гидропушки (фиг. 9) видно, что, когда гидрозатвор закрыт и фаза гидроудара закончилась, давление в канале А равно давлению в гидроаккумуляторе и в нашем примере равно 100 атм. При пуске и открытии гидрозатвора (фиг. 4) давление в канале А падает до , идет разряд гидроаккумулятора. При резком закрывании гидрозатвора происходит гидроудар, давление в канале А и в подпоршневой полости В гидротарана (фиг. 5) достигаетзначения Р. Поршень 17 сжимает пружины 18 и выталкивает жидкость через обратный клапан 13 в гидроаккумулятор. Таким образом происходит зарядка гидроаккумулятора. Когда давление в канале А достиглозначения, происходит очередное открывание гидрозатвора 7, давление в канале А падает дозначения и процесс повторяется. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6