пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую

Формула изобретения

1. Пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую, содержащий корпус, верхняя часть которого соединена с атмосферой, частично заполненный жидкостью с размещенными в ней открытыми емкостями, каждая из которых выполнена в виде двух противолежащих радиальных перегородок, пневмосистему, выполненную в виде концентрично расположенных полых цилиндров, при этом один полый цилиндр, соединен с источником сжатого газа и снабжен продольным сквозным пазом, преобразователь снабжен осью, выполненной с возможностью вращения и соединенной с электрогенератором, систему сквозных продольных пазов, которые соединены с открытыми емкостями, и опорный элемент, выполненный в виде сегмента окружности, отличающийся тем, что в него дополнительно введены ротор-барабан, выполненный в виде полого цилиндра с прорезями, равномерно распределенными по окружности, радиальных перемычек с прорезями между смежными перемычками, соединенными с открытыми емкостями, выполняющая функцию пневмосистемы трубка Ранке, соединяющая полость внешнего цилиндра с источником сжатого газа, снабженного прорезью, и качающиеся лопатки, причем каждая радиальная перегородка при помощи оси соединена с одним окончанием лопатки, ось снабжена рычагом, выступающим за пределы ротор-барабана и выполненным с возможностью взаимодействия с опорным элементом, а другое окончание лопатки выполнено с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью ротор-барабана, причем рабочие полости размещены между внутренней поверхностью ротор-барабана и окончаниями радиальных перегородок, опорный элемент выполнен в виде полого полуцилиндра, окончания которого расположены в зоне вертикальной плоскости, при этом ротор-барабан на торце снабжен осью, которая соединена с электрогенератором.

2. Пневмогидравлический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что электрогенератор присоединен к оси ротор-барабана через редуктор-мультипликатор.

3. Пневмогидравлический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что количество открытых емкостей составляет не менее 8.

4. Пневмогидравлический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в поперечном сечении каждая лопатка имеет форму крыла, при этом острый конец крыла обращен к внутренней поверхности ротор-барабана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидромашиносроения и может быть использовано в пневмогидравлических преобразователях, которые преобразуют механическую энергию вращения, использующую давление сжатого газа, в электрическую энергию, вырабатываемую электрогенератором в диапазоне мощностей от 1 кВт до сотен кВт.

Известен пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую, содержащий корпус, частично заполненный жидкостью, в которой размещены система перемещения открытых емкостей, состоящая из валов, размещенных на разной высоте, с передающими элементами и охватывающей их бесконечной ленты, к внешней поверхности которой присоединены открытые емкости, выполненные в виде цилиндров с округлыми днищами и снабженных вихревыми камерами, пневмосистему с дозатором подачи сжатого газа, выполненным в виде концентрично расположенных сопряженных полых цилиндров, и электрогенератор (см. патент РФ 2172863, кл. F 03 B 9/00, 2001). В известном пневмогидравлическом преобразователе механический дозатор сжатого газа расположен под нижним валом, при этом внутренний полый цилиндр снабжен осевым пазом, а внешний - выступами, взаимодействующими с открытыми емкостями.

Недостатками известного пневмогидравлического преобразователя являются значительные весогабаритные характеристики, обусловленные большим весом и объемом системы перемещения открытых емкостей, и низкая эксплуатационная надежность преобразователя вследствие сложности конструкции механического дозатора и системы перемещения открытых емкостей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую, содержащий корпус, верхняя часть которого соединена с атмосферой, частично заполненный жидкостью с размещенными в ней открытыми емкостями, каждая из которых выполнена в виде двух противолежащих радиальных перегородок, пневмосистему, выполненную в виде концентрично расположенных полых цилиндров, при этом один полый цилиндр соединен с источником сжатого газа и снабжен продольным сквозным пазом, преобразователь снабжен осью, соединенной с электрогенератором, систему продольных сквозных продольных пазов, которые соединены с открытыми емкостями, и опорный элемент, выполненный в виде сегмента окружности (см. заявка ФРГ 2554390, кл. F 03 B 17/00, 1977). В известном пневмогидравлическом преобразователе открытые емкости образуются радиальными перегородками, окончания которых выполнены в виде отрезков окружности, жестко присоединенных к окончаниям перегородок, при этом внешние поверхности отрезков окружностей выполнены с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью опорного элемента. Концевая часть отрезка окружности отстоит на некоторое расстояние от смежной радиальной перегородки.

Недостатками известного пневмогидравлического преобразователя является низкая производительность преобразования механической энергии в электрическую вследствие ограниченных объемов открытых емкостей и ограниченные функциональные возможности, особенно при эксплуатации при отрицательных температурах окружающей среды.

Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования механической энергии в электрическую при одновременном расширении его функциональных возможностей.

Решение указанной задачи обеспечивается новым пневогидравлическим преобразователем механической энергии в электрическую, содержащим корпус, верхняя часть которого соединена с атмосферой, частично заполненный жидкостью с размещенными в ней открытыми емкостями, каждая из которых выполнена в виде двух противолежащих радиальных перегородок, пневмосистему, выполненную в виде двух концентрично расположенных полых цилиндров, один из которых соединен с источником сжатого газа и снабжен продольным сквозным пазом, ось, выполненную с возможностью вращения и соединенную с электрогенератором, систему продольных сквозных пазов, которые соединены с открытыми емкостями, опорный элемент, выполненный в виде сегмента окружности, ротор-барабан, выполненный в виде полого цилиндра, снабженного прорезями, равномерно распределенными по окружности, и радиальных перегородок с прорезями, соединенными с открытыми емкостями, выполняющая функцию пневмосистемы трубка Ранке, соединяющая полость внешнего цилиндра с источником сжатого газа, качающиеся лопатки, каждая из которых при помощи оси соединена с концевым участком лопатки, при этом ось снабжена рычагом, выступающим за пределы ротор-барабана и выполненным с возможностью взаимодействия с опорным элементом, а другое окончание лопатки выполнено с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью ротор-барабана, причем рабочие полости размещены между внутренней поверхностью ротор-барабана и окончаниями радиальных перегородок, опорный элемент выполнен в виде полого полуцилиндра, окончания которого расположены в вертикальной плоскости, а ротор-барабан на торце снабжен осью, которая соединена с электрогенератором, при этом предпочтительно электрогенератор присоединять к оси ротор-барабана через редуктор-мультипликатор; количество открытых емкостей должно составлять не менее 8; в поперечном сечении каждую лопатку выполнять крыловидной формы.

Приложенные чертежи изображают: фиг.1 - общий вид пневмогидравлического преобразователя (поперечное сечение, вид спереди), фиг.2 - пневмогидравлический преобразователь (поперечное сечение, вид сбоку).

Заявленный пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую содержит: корпус - 1, верхняя часть 2 которого соединена с атмосферой, жидкость - 3, частично заполняющая корпус, размещенный в ней ротор-барабан - 4, состоящий из наружного полого цилиндра с прорезями - 5, равномерно распределенными по окружности, перегородок - 6 и открытых емкостей - 7, сформированных противолежащими радиальными перегородками, образующих сопла, через которые сжатый газ поступает в рабочие полости, выполняющую функции пневмосистемы трубку Ранке - 8, состоящую из внутреннего и наружного полых концентрично расположенных цилиндров - 9, 10, при этом через внутренний цилиндр при помощи патрубка - 11 отводится охлажденный воздух, а во внешний цилиндр через патрубок - 12 поступает сжатый газ от соответствующего источника, внешний цилиндр снабжен прорезью - 13 для отведения сжатого газа в сопло, торцевая часть ротор-барабана снабжена осью - 14, которая через привод - 15 соединена с электрогенератором - 16, опорный элемент - 17, выполненный в виде полого полуцилиндра, концевые участи которого расположены в зоне вертикальной плоскости, качающиеся лопатки - 18, имеющие в поперечном сечении крыловидную форму, причем один конец лопатки при помощи оси - 19 присоединен к концевой части радиальной перемычки, и ось снабжена выступом - 20, выполненным с возможностью взаимодействия с опорным элементом, рабочие полости - 21, расположенные между внутренней поверхностью ротор-барабана и окончаниями радиальных перемычек и смежными лотатками, и основание - 22, на котором размещен ротор-барабан.

В заявленном пневмогидравлическом преобразователе полый цилиндр 4 ротор-барабана изготавливают из коррозионно-стойкого металла. Радиальные перегородки 6 изготавливаются из металла, пластмассы или пористого материала, например из пенополиуретана. Функции пневмосистемы выполняет трубка Ранке 8, которая одновременно обеспечивает прогрев преобразователя.

Введение в пневмогидравлический преобразователь ротор-барабана 4, выполненного в виде полого цилиндра с прорезями 5, равномерно распределенными по окружности и радиальных перегородок 6, соединенных с открытыми емкостями 7, позволяет значительно увеличить рабочие объемы рабочих полостей 21. Ими служат полости, расположенные между окончаниями радиальных перегородок 6 и внутренней поверхностью ротор-барабана 4, ограниченные смежными лопатками 18. За счет увеличения объемов емкостей рабочих полостей 21, образованных смежными лопатками 18, существенно повышается производительность пневмогидравлического преобразователя. Введение в пневмогидравлический преобразователь трубки Ранке 8 позволяет расширить эксплуатационные возможности преобразователя, поскольку он может эксплуатироваться и при низких температурах окружающей среды за счет нагрева элементов преобразователя и жидкости горячим газом, поступающим в преобразователь из трубки Ранке 8. Введение в пневмогидравлический преобразователь качающихся лопаток 18, присоединенных при помощи осей 19 к концевым участкам радиальных перегородок 6, позволило увеличить объем рабочих полостей 21, что приводит к повышению преобразования механической энергии в электрическую. Выполнение опорного элемента 17 в виде полуцилиндра способствует увеличению объемов рабочих емкостей 21, заполненных сжатым газом. Присоединение электрогенератора 16 к оси ротор-барабана 14 через редуктор-мультипликатор (не указан) способствует получению требуемой частоты вращения электрогенератора, что также приводит к увеличению производительности. Количество открытых емкостей 7, которое равно числу рабочих полостей 21, выбирают не менее 8, поскольку при этом обеспечивается максимальный объем, занимаемый сжатым газом в рабочих полостях 21, а при меньшем числе рабочих полостей не удается обеспечить их оперативное заполнение газом или жидкостью при повороте соответствующих лопаток 18. Выполнение каждой лопатки 18 в поперечном сечении в виде крыловидной формы способствует уменьшению гидравлического сопротивления при взаимодействии внешней поверхности лопатки 18 с жидкостью 3, что, в свою очередь, способствует повышению производительности перемены механической энергии в электрическую. Кроме того, повышению производительности способствует наличие ротор-барабана 4, который способствует увеличению инерционности вращения рабочих полостей 21. Наличие прорезей 5, распределенных по окружности ротор-барабана 4, позволяет использовать заявленный пневмогидравлический преобразователь для аэрации жидкости, в которую погружают преобразователь или в виде кондиционера для увеличения влажности окружающего воздуха, что расширяет возможности использования заявленного пневмогидравлического преобразователя.

Заявленный пневмогидравлический преобразователь механической энергии в электрическую работает следующим образом. Сжатый газ из источника (не указан) через патрубок 12 поступает в полость внешнего цилиндра 10 трубки Ранке 8 и далее через сопло 7 поступает в рабочую полость 21, заполняя ее сжатым газом. При достижении верхней части ротор-барабана 4 рычаг 20 оси 19 взаимодействует с внутренней поверхностью опорного элемента 17 и лопасть 18 перекрывает сопло 7. Таким образом, рабочие полости 21, расположенные по одну сторону вертикальной плоскости, оказываются заполненными жидкостью 3, при этом рычаги 20 прижимают лопатки к выходам сопел 7. Рабочие полости 21, расположенные по другую сторону вертикальной плоскости, заполняются нагретым сжатым газом после выхода рычагов 20 из контакта с внутренней поверхностью опорного элемента 17 и поворота лопаток 18, при этом их острые кромки приходят в соприкосновение с внутренней поверхностью ротор-барабана 4. Наличие двух совокупностей рабочих полостей 18, заполненных соответственно жидкостью и газом и находящихся по разные стороны вертикальной плоскости, обеспечивает вращение оси 14 ротор-барабана 4. Через редуктор-мультипликатор (не указан) вращение от оси 14 ротор-барабана передается на электрогенератор 16, к которому подключают электрическую нагрузку (не указана). При погружении в воду, например в бассейн, заявленного пневмогидравлического преобразователя одновременно с выработкой электроэнергии происходит аэрация жидкости, заполняющей бассейн, за счет газа, выходящего через прорези 5 ротор-барабана 4. В сравнении с известным заявленный пневмогидравлический преобразователь имеет более чем на 15% более высокую эффективность преобразования механической энергии в электрическую. Одновременно заявленный пневмогидравлический преобразователь имеет расширенные возможности использования, поскольку за счет нагрева сжатого газа он может эксплуатироваться при отрицательных температурах окружающей среды и, кроме того, может быть использован в качестве аэратора жидкости, в которую погружают преобразователь, или в качестве кондиционера за счет водяного пара, поступающего из прорезей ротор-барабана.