Способ преобразования энергии гравитационных сил в работу и устройство для его осуществления

 

Использование: энергомашиностроение. Сущность изобретения: описан способ преобразования энергии гравитационных сил в работу, а также устройство для осуществления этого способа. Особенность его заключается в том, что преобразование гравитационных сил ведут путем передачи возвратно-поступательного, периодического по вертикали движения гибкой связи между двумя грузами, переброшенной через блок с колесом, имеющим вал и храповой механизм, преобразующий колебательное движение гибкой связи во вращательное движение вала. При этом колебательное движение грузов вверх-вниз достигают путем изменения веса одного из грузов, выполненного в виде переменной массы. Изменение масс груза достигается тем, что его выполняют в виде тел из сорбентных веществ для паров воды, которые периодически, преимущественно в ночное время, вводят в соприкосновение с конвективным потоком атмосферного воздуха и ведут с их посредством абсорбцию паров воды из воздуха, увеличивая тем самым вес груза переменной массы за счет веса уловленного абсорбента до значения выше веса груза постоянной массы, чем обеспечивают его подъем вверх. А затем в дневное время суток тела из сорбентных веществ изолируют от соприкосновения с потоком атмосферного воздуха и ведут десорбцию паров воды из них, например, нагреванием солнечной радиацией, последующую конденсацию и отвод их из емкости груза переменной массы до уменьшения веса груза переменной массы ниже веса груза постоянной массы, чем обеспечивают обратный ход гибкой связи между грузами. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть применено в процессах использования потенциальной энергии поднятых грузов, а также для создания простых и дешевых приводов и двигателей, работающих на основе использования гравитационных сил.

Известен способ аккумулирования механической энергии в виде потенциальной энергии поднятого груза, путем поднятия грузового тела постоянной массы на некоторую высоту вручную (см. например, авт. свид. N 1373865 "Гравитационный комплекс Н.И.Власова", кл. F 03 G 3/00; опубл. Б.И. N 6 от 15.02.88).

Известен способ преобразования потенциальной энергии поднятых грузов в работу закрепленных на гибкой связи, подъем которых, периодически, на некоторую высоту, ведут с привлечением для этого других источников энергии, через посредство устройств преобразователей, например, ветродвигателей энергии волн, приливов и т.п. А затем энергию опускающего грузового тела преобразуют в энергию непрерывного и равномерного вращения силового вала, например, редуктора (м, например, авт. свид. N 1300189, "Рекуператор энергии", опубл. в БИ N 12 от 30.03.87).

Известен способ выявления закономерностей преобразования энергии поднятого на некоторую высоту грузового тела, включающий укрепление грузовых тел постоянной и переменной массы на сходящих ветвях связывающей их гибкой связи, переброшенной через блок, и ее периодическое возвратно-поступательное движение по вертикали (см. например, кн. Бублейников Ф.Д. Минченков Е.Я. Очерк развития классической механики. М. Учпедгиз, 1961, с.117, рис.32 - прототип).

Недостатком известного способа преобразования энергии гравитационных сил является то, что подъем грузовых тел на некоторую высоту, для восстановления их потенциала движения, ведут либо вручную, либо, при использовании для этого других источников энергии, с привлечением дополнительных устройств - преобразователей. Это делает процесс использования гравитационных сил нерациональным, усложняет и удорожает технические средства для преобразователя гравитационной энергии, что сдерживает создание простых и дешевых двигателей (приводов), работающих на ее использование.

Технический результат (цель изобретения), который достигается предлагаемым изобретением упрощение технологии выполнения повторных действий по подъему грузовых тел вверх (для восстановления их потенциальной энергии) и, тем самым, конструктивное упрощение устройств для осуществления способа преобразования энергии гравитационных сил в работу.

Этот результат достигается тем, что для обеспечения возвратно-поступательного движения гибкой связи, например, в начале хода грузовых тел постоянной массы вверх, груз переменной массы выполняют в виде тел из сорбентных для паров воды веществ, например солей, которые периодически, преимущественно в ночное время суток, вводят в соприкосновение с конвективным потоком атмосферного воздуха и утяжеляют их путем абсорбции паров воды из воздуха. Т.е. при этом за счет накопления абсорбента увеличивают вес груза переменной массы до значения выше веса груза постоянной массы. Тогда груз постоянной массы перетягивают, перемещая его вверх. Затем, для обратного хода гибкой связи, т.е. для опускания груза постоянной массы, под действием гравитационных сил, в дневное время суток, тела из сорбентных веществ изолируют от соприкосновения с потоком атмосферного воздуха и ведут десорбцию паров воды из них нагреванием, например, солнечной радиацией, последующую конденсацию и отвод их, до уменьшения веса груза переменной массы до уровня их веса ниже веса груза постоянной массы. Гибкая связь между грузами под действием груза постоянной массы при этом движется в обратном направлении, передавая импульс движения на блок, через который гибкая связь переброшена. После этого цикл движения гибкой связи между грузами повторяют.

На фиг. 1 поясняется принципиальная конструктивная схема устройства для осуществления предложенного способа преобразования энергии гравитационных сил в работу.

На фиг. 2 приводится устройство блока при виде сбоку, с храповым узлом и трубчатым валом, несущим муфту для передачи движения на рабочую машину.

Устройство содержит расположенные друг над другом по вертикали, параллельно, по меньшей мере, два блока 1 и 2, через которые пропущена гибкая связь между двумя грузами, с натяжением на верхнем и нижнем колесах, выполненная в виде, например, бесконечной грузовой цепи 3.

На сходящих с верхнего блока участках цепи, по разные его стороны, закреплены: грузовое тело 4, имеющее постоянную массу, и на противоположном сходе грузовое тело 5, имеющее переменную массу.

На оси одного из блоков, предпочтительно у основания устройства, на подшипниках смонтирован вал 6, несущий, с одной стороны, неразъемное с ним храповое колесо 7, а с другой стороны с торца вала муфту 8, для соединения с валом рабочей машины.

Храповое колесо вращается в одном направлении под воздействием собачки 9, закрепленной через ось 10 на диске колеса, смонтированного со свободным вращением на оси основания совместно с валом 6. Фиксирование вращения храпового колеса 7, противоположного заданному движению, обеспечивается собачкой 11, ось которой 12 закреплена на корпусе основания подшипника.

На противоположном от грузового тела с постоянной массой 4, на участке гибкой связи грузовой цепи, сходящем с зубчатого колеса верхнего блока, закреплена емкость 5, оснащенная автоматически закрываемой крышкой 13. На внутренней стороне крышки смонтированы пористые тела 14, выполненные из сорбентных веществ, например из солей ряда CaCl₂; LiBr и других, или пористых материалов, пропитанных растворами упомянутых солей.

У крышки, на противоположной от оси шарнира, имеется рычажный выступ 15 с пазом 16, по которому скользит на подвеске груз 17, открывающий крышку 13 емкости при десорбции паров воды из абсорбента и закрывающий ее после окончания процесса абсорбции паров воды из атмосферного воздуха. В зоне крепления или грузового тела постоянной массы, или переменной массы, (или на гибкой связи), устанавливают шаровой фиксатор хода грузовых тел, выполненный в виде, например, плоской планки 18, с углублением под подпружиненный шарик 19. Последний устанавливают в конце хода движения грузовых тел, как в нижней, так и в верхней точке траектории их движения. Корпуса крепления шаровых фиксаторов оснащают пружинами с регулировочными винтами 20 для регулировки усилия сжатия пружин. На торце вала 6 устанавливают муфту 8 для присоединения к рабочей машине и передачи ей движения вращения вала.

Стенки емкости грузового тела переменной массы и ее крышку выполняют из прозрачного для солнечной радиации материала. А ее внутреннюю полость, в нижней ее точке, оснащают сливной трубкой 21 с водяным затвором для вывода из емкости конденсата.

Осуществляют преобразование энергии гравитационных сил в работу на устройстве по описанному выше способу в следующем порядке.

На одной ветви, сходящей с верхнего блока гибкой связи грузовой цепи 3, закрепляют (подвешивают) грузовое тело 4 с постоянной массой. Крепление его ведут на уровне нижнего фундамента устройства у поверхности земли. На другой ветви, сходящей с верхнего блока, в самом верхнем участке грузовой цепи 3 - закрепляют груз 5 переменной массы. Его предварительно выполняют из сорбентных веществ для паров воды, в виде тел различной геометрической формы пористых трубчатых цилиндров, тетраэдров, октаэдров, пирамидок и других форм или даже в виде ленточных концов, пропитанных в концентрированных насыщенных растворах сорбентных веществ и затем высушенных. В качестве сорбентных веществ, преимущественно, могут быть рекомендованы соли типа CaCl, LiBr и др.

Затем сорбентные вещества 14 размещают на крышке 13 с обратной ее стороны так, чтобы они после окончания процесса абсорбции были погружены в полость емкости при закрытии крышки. Тела из сорбентных веществ 14 загружают в сухом состоянии в таком количестве, чтобы их вес был ниже веса груза 17 и крышка 13 перед началом абсорбции находилась в открытом состоянии. При этом также вес всей конструкции грузового тела переменной массы 5 был бы ниже веса грузового тела постоянной массы 4.

Затем в ночное время суток, через имеющиеся в нижней части емкости отверстия (условно не показано) и открытые боковины (крышку 13 оставляют открытой) вводят в соприкосновение (тела из сорбентных веществ) с конвективным потоком атмосферного воздуха (обдувают их воздухом) и ведут процесс абсорбции из него водяных паров до такой степени накопления абсорбента, чтобы, с одной стороны, крышка 13, преодолев вес груза 17, закрылась бы, а, с другой стороны вес всей конструкции грузового тела массы 5, за счет добавленного веса абсорбента, стал бы выше веса грузового тела постоянной массы 4. Тогда под действием разницы этих масс (весов) грузовое тело переменной массы 5 начнет движение вниз, увлекая грузовую цепь 3 и через нее вращающая зубчатое колесо блока с собачкой 9. Последняя, находясь в зацеплении с храповым колесом 7, приведет его во вращательное движение, и через трубчатый вал 6 передаст вращение вала на муфту 8 и далее на рабочую машину. Грузовое тело с постоянной массой в это время будет поднято вверх на некоторую высоту с образованием гравитационного потенциала своей массы. При достижении грузовым телом переменной массы 5 нижнего положения крышка 13, под действием веса накопленного абсорбента на сорбентных веществах 14, закрывается, и груз 17 сдвинется к шарниру крышки, плотно герметизируя внутреннюю полость емкости 5.

Затем в дневное время суток ведут нагрев содержимого емкости 5, например, солнечной радиацией; абсорбент под действием этого тепла испаряется и его поры конденсируются на стенках емкости 5 и внутренней поверхности крышки, коагулируя в крупные капли. Стекая, они накапливаются на нижней части емкости и через трубку 21, с водяным затвором, выводятся из емкости, снижая тем самым вес грузового тела переменной массы 5.

При снижении веса грузового тела переменной массы 5 гибкая связь - грузовая цепь 3 под действием грузового тела постоянной массы 4 изменяет направление движения на обратное. Зубчатое колесо блока с собачкой 9 вращается в обратном направлении, перемещая собачку 9 на некоторый угол по зубчатому храповому колесу 7, которое при этом под действием тормозной собачки 11 остается неподвижным. После удаления абсорбента из полости грузового тела переменной массы 5 до необходимого предела крышка 13 под действием груза 17 открывается и все грузовое тело переменной массы 5 под действием грузового тела постоянной массы 4 поднимается вверх для очередной зарядки абсорбентом, т. е. для повторения процесса абсорбции паров воды из окружающего наружного воздуха. Процесс движения гибкой связи при этом повторяется с передачей импульса движения в одну сторону на муфту 8.

Для исключения влияния колеблющегося содержания паров воды в воздухе на скорость абсорбции их до необходимой весовой величины накопления, достаточной для подъема груза постоянной массы 4 вверх, используют шаровой фиксатор 18 19 хода грузовых тел. Вращая регулировочный винт 20, создают такое усилие на шаре фиксатора, которое удерживает начало подъема грузового тела 4 вверх, до величины накопления в грузовом теле переменной массы 5 абсорбента, в весовом значении достаточного для подъема груза постоянной массы сразу на всю величину подъема за один ход. В верхней точке подъема также может быть установлен второй шаровой фиксатор хода гибкой связи, который срабатывал бы при полном удалении абсорбента из емкости 5 груза переменной массы, и также обеспечивал бы полный ход грузового тела 4 до нижней своей точки в один спуск. Усилие шаровых фиксаторов подбирают опытным путем. Механическая энергия вращения вала 6 через муфту 8 может быть передана на рабочую машину либо кратковременно, за один ход грузового тела постоянной массы вверх-вниз, например, как при взводе пружины часов, либо долговременно через посредство промежуточного устройства, на котором предварительно накапливается механическая энергия, например спиральных аккумулирующих пружинах, постепенно отдающих свою мощность на исполнительные механизмы.

(Примером такого промежуточного устройства может служить устройство для получения механической энергии, описанное в авт. свид. N 1134777, кл. F 03 G 7/06, опубл. 15.01.85 в БИ N 2).

Формула изобретения

1. Способ преобразования энергии гравитационных сил в работу путем передачи возвратно-поступательного, периодического по вертикали движения гибкой связи между двумя грузами, переброшенной через блок, с имеющимся валом, преобразующим движение гибкой связи во вращательное движение вала, включающий подвеску груза на сходящих с блока ветвях гибкой связи, на одной ветви с постоянной и на другой ветви с переменной массой, а также опускание груза под действием гравитационных сил с постоянной массой и периодический его подъем, отличающийся тем, что для обеспечения возвратно-поступательного движения гибкой связи, например, в начале для подъема груза постоянной массы груз переменной массы выполняют в виде тел из сорбентных для паров воды веществ, например солей, которые периодически преимущественно в ночное время суток то вводят в соприкосновение с конвективным потоком атмосферного воздуха и ведут абсорбцию паров воды из воздуха увеличивая тем самым вес груза переменной массы до значения веса выше груза постоянной массы, чем обеспечивают подъем его вверх, то для опускания груза постоянной массы в дневное время суток тела из сорбентных веществ изолируют от соприкосновения с потоком атмосферного воздуха и ведут десорбцию паров воды из них нагреванием, например, солнечной радиацией, последующую конденсацию и отвод их до уменьшения веса груза переменной массы ниже веса груза постоянной массы.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, состоящее из расположенных по вертикали друг под другом параллельно по меньшей мере двух блоков в виде зубчатых колес, через которые пропущена гибкая связь между двумя грузами, выполненная например, в виде имеющейся бесконечной грузовой цепи с укрепленными на ее сходящих участках по разные стороны верхнего блока двух раздельных грузовых тел, в качестве одного из которых имеется тело в виде постоянной грузовой массы, содержащее оснащение одного из зубчатых колес храповым механизмом, передающим движение гибкой связи на имеющийся вал, несущий на конце муфту для соединения с валом рабочей машины, отличающееся тем, что грузовое тело на противоположном сходящем с верхнего блока участке гибкой связи цепи выполнено в виде емкости, оснащенной закрываемой автоматической крышкой, при этом на внутренней поверхности крышки со стороны емкости укреплены тела из сорбентных веществ, например солей, а с противоположного от шарнира крепления крышки выполнен рычажный выступ с пазом, по которому скользит на подвеске груз, уравнивающий вес сорбентных тел и закрывающий или открывающий крышку в зависимости от количества накопленного абсорбента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2