Статьи

Возобновляемые  источники энергии считаются неисчерпаемыми. Энергия  от них может в природе проявляется в виде возвратно-поступательного движения. Например, на суше видим колебание деревьев в лесу, а на воде наблюдаем волны. И что бы пользоваться этой энергией для удобства возвратно-поступательное движение надо преобразовать  во вращательное. Уже изобретены механизмы для этого. Изучая их устройство, мы пришли к своей конструкции такого механизма, простого в изготовлении из дешевых комплектующих, где передача усилия происходит за счёт сил трения, что не исключает  проскальзывания между трущимися деталями при огромных нагрузках. Подробнее об этом механизме смотрите на нашем сайте. Для увеличения порога нагрузок и повышении надёжности механизма, мы предлагаем новый механизм преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное.  Основой надёжности механизма является цепная передача с ведомыми звёздочками.

Что бы изготовить предлагаемый механизм надо  разместить на подшипниковых опорах три вала в одной плоскости параллельно друг другу. На концах валов жестко установить звёздочки с одним шагом, причём на концах каждого вала устанавливаются   звёздочки - близнецы со своим числом зубьев. На среднем валу сцепление звёздочек с валом происходит через обгонные муфты с фиксацией в одном выбранном направлении.  Расстояние между валами определяется диаметром взятых звёздочек на крайних валах, т.к центр вращения среднего вала с обгонными муфтами должен лежать в точке пересечения касательных к средним линиям зубьев звёздочек, лежащих в плоскости любой цепной передачи на крайних валах.

Обратимся к графическому пространственному изображению механизма на фиг.1 и его кинематической схеме на фиг.2.  Здесь цифрами 1 и 2 обозначены крайние валы, соответственно средний вал – 3, на котором установлены обгонные муфты 9 и 10. Можно понять, что при приложении силы на любой конец разомкнутой цепи 13 –начинается синхронное вращение всех звездочек 5, 6, 7, 8 на крайних валах 1 и 2 в одном направлении куда приложена сила , а вот звёздочки 11 и 12 среднего вала 3 при приложении силы к любому концу цепи 13 синхронно будут вращаться в противоположные стороны, т.к цепь 13 размещена сверху от центра вращения среднего вала 3, а цепь 14 размещается снизу центра вала 3.  Поскольку звёздочки 11 и 12 входят в зацепление с валом 3 в одном выбранном направлении, а сами вращаются в разные стороны, то одна из обгонных муфт 9 или 10 постоянно находится в зацеплении с валом 3 при приложении силы к любому концу цепи 13. Так и происходит вращение вала 3 в одном направлении от силы, изменяющегося вектора и прилагаемой к цепи 13.

Заметим, что при любом изменении частоты и амплитуды колебании  механизм будет работать устойчиво, без каких либо настроек. Кроме этого, вала 3 свободно вращается по инерции, когда нет воздействия силы на цепь 13, что очень важно в реальных условиях эксплуатации. Ещё одна особенность. Механизм будет работать с меньшим шумом без смазки приводного ремня, если звёздочки заменить на зубчатые шкивы и применить двухсторонний плоскозубчатый ремень.

Обращаем Ваше внимание, что вращение вала 3 можно «разложить» на возвратно-поступательное движение цепей 13 и 14, не прибегая к реверсивному вращению. Для этого можно использовать как  передачу с помощью троса, так и цепную передачу, а для удобства использовать электромагнитные муфты. Такая конструкция будет характеризоваться быстродействием и точностью позиционирования с недоступными раньше возможностями. Подумайте, где Вы можете использовать предлагаемые преимущества? Желаем удачи!

Благодарим Факеева Александра Ивановича за помощь, оказанную при составлении заявки на изобретение механизма.

Используем колебания для вращения

                         
Невозможно представить жизнь современного человека без электричества.  Чётко видны  границы интересов  в отношениях между продавцом и покупателем  энергии. Всем понятно, что энергетика развивается по жестким правилам бизнеса. Каждый чувствует на себе эту зависимость, получая квитанции с заоблачными суммами за потреблённые киловатты мощности. Традиционные способы получения  электроэнергии связаны с использованием углеводородного топлива, а добыча нефти,  газа и угля только дорожает, к тому же она конечна.  При этом, продукты сжигания выбрасываются в атмосферу, порождая парниковый эффект. Вот почему учёные нашей планеты  обращают особое внимание на альтернативные источники энергии на основе действующих и возобновляемых сил природы.

                  
Одним из  таких  источников  являются  колебания водной волны, где возможно   использование энергии  перемещающихся водных  масс.  С множеством таких схем Вы можете познакомиться в Интернете. Мы же хотим предложить  новую схему, в основе которой лежит наш механизм «ДиВо» и его с  успехом  целесообразно использовать для преобразования горизонтального возвратно - поступательного движения  поверхности воды во вращательное движение вала генератора.  С устройством и принципом работы механизма можете познакомиться на сайте www istoktop.ru. Мы  не ставим задачу - удивлять Вас масштабностью вырабатываемой энергии, которую, в  конечном счёте,  приберут к своим рукам монополисты, опять же для продажи Вам электроэнергии.  Напротив, рассмотрим случай как  малыми средствами и на минимальной площади суши установить  заинтересованному человеку  энергоустановку для своих нужд. Считаем  такую задачу одним из важных плюсов данного предложения, а именно,  показать, как изготовить  личный источник электроэнергии для нужд семьи. Правда,  для этого надо иметь площадку на берегу водоёма, где солнце и ветер  играются волной, а такие места на Земле  есть и  их создал Бог для людей.  В полной мере воспользоваться силами самой Природы могут люди, живущие под шум волны.  Представьте себе, например, дизель-генератор, нужной Вам мощности, где движителем  генератора является  волна, а не мотор. Энергия волны передаётся на вал генератора с помощью  несложного  механизма по правилам только классической механики. Конструкция  механизма позволяет вращаться валу генератора свободно в выбранном направлении под  действием силы инерции, а  вращение поддерживать  за счёт толчков дважды  в момент наибольшей  скорости  волны  при её подъёме и падении.

                  
Что-то похожее можно наблюдать при езде на спортивном велосипеде. Велосипедист,  не вращая педали, двигается под действием сил инерции и включается в работу только для поддержания или увеличения скорости движения. При вращении  педалей назад обгонная муфта колеса  не передаёт прилагаемое усилие на колесо  и не меняет характер движения.  

                 
Теперь рассмотрим схему нашего механизма «ДиВо», где суммируются усилия от разнонаправленных реверсных сил, а конкретно, как Архимедова сила и сила тяжести поддерживают вращение вала генератора. Из рисунка  фиг.1 видим, что привод механизма сложен из двух цепных приводов, по одному для каждой реверсной сил. С общим ведущим 1 и ведомым 2 валам, на которых установлены  одинаковые ведущие звёздочки 3 и ведомые звёздочки 4 с обгонными муфтами 5, входящим в зацепление в одном выбранном направлении, и которые не препятствуют свободно вращаться маховику 7 с ведомым  валом 2.  Отличаются привода тем, что усилие на ведомые звёздочки 4 передаются по-разному, т.е справа и слева от их центра вращения ЦВ. Звёздочки 6 паразитные и служат для ориентации относительно ЦВ и натяжения цепей, они могут быть с разным числом зубьев исходя из компоновки.  

             

Энергоустановка работает так. Поплавок 9 качается на поверхности воды в такт волны и посредством рычага 8 его силовое  движение передаётся на  ведущий вал 1. Надо заметить, что рычаг 8 имеет несколько фиксируемых звеньев для корректировки местоположения поплавка 9 относительно ведущего вала 1,  ибо расстояние  L характеризует крутящий момент на валу генератора.  Далее, ведущие звёздочки 3 вращаются одновременно и вращают ведомые звёздочки 4, при этом сцепление обгонной муфты 5 с ведомым валом 2 происходит только с одной ведомой звёздочкой 4, а вторая обгонная муфта 5 вращается в обратную сторону свободно, не меняя характер вращения маховика 7. При смене реверсной силы происходит переключение обгонных муфт 5 и цикл повторяется. Переключение муфт 5 происходит плавно без ударов и лишнего шума, поскольку внешняя обойма муфты вращается, а внутренняя обойма входит в зацепление попутно вдогонку. Происходит толчок, поддерживающий движение вал 2. Когда скорость вращения внешней обоймы муфты становится меньше скорости вращения ведомого вала 2,  так же плавно происходит размыкание в обгонной муфте и вал 2 продолжает свободно вращаться. Во время остановки поплавка 9 в крайних точках волны и перемене возникающих реверсных сил   вращение маховика 7 поддерживается силой  его инерции.  Для корректировки оборотов вала 2 используйте соотношение числа зубьев ведущих 3 и ведомых 4 звёздочек. Остаётся присоединить тихоходный генератор к любому концу вала 2, зная, что они вращаётся в разные стороны.

           
Итак, мы перенесли напрямую только с помощью механики без особых потерь энергию с водной поверхности на сушу, где дальнейшее её  применение в виде электротока не вызывает проблем. При этом предполагаем, выполнены условия, что горизонтальная плоскость водной поверхности всегда находится ниже горизонта суши с самой установкой,  которую в обычных условиях никогда не заливает водой. Бесконечная связь между ведущим и ведомым валами обеспечивает занять крайнее верхнее положение рычагу с поплавком при наводнении и избежать поломок.

       
Крутящий момент определяется  через силу и размер плеча  этой силы. Сила тяжести  падающего вниз  поплавка с рычагом неизменна, и её можно спланировать. А вот максимальную Архимедову силу выталкивания  целесообразно сложить из сил нескольких волн, заложив  не только объём поплавка, но и площадь соприкосновения его с водой, применив шаровой упор в месте  сочленения поплавка с рычагом. Даже рябь на зеркале воды продиктована присутствием природной силы. Чем больше Вы уловите за раз колебаний, и сложите силы их возбуждающие, тем более будут круче характеристики установка.

       
Получается  у нас не стационарная, а передвижная энергоустановка, поскольку  положение поплавка относительно оси вращения ведомого вала 1 мы можем выставить грамотно по своему усмотрению. А это значит, что мы не привязаны только к одному месту на суше. Особо существенно и важно то, что конструкция сохраняет работоспособность в широком диапазоне изменения амплитуды волны. Энергоустановка будет работать  как при низкой, так и при высокой волне. Вопрос  только в количестве вырабатываемой энергии. Дело в том, что Архимедова сил определяется  объёмом плавающего тела и его массой, так же сила тяжести зависит только от массы двигающихся частей. А в процессе работы они известны. Что бы вовремя улавливать реверсные силы, надо уменьшать угол зацепления  в обгонных муфтах. С такой задачей справиться простая  механическая кулачковая муфта. Угол зацепления в обгонных муфтах будет определять и возможное расстояние L, определяющая крутящий момент на валу генератора.

    
Прежде всего, для постройки энергоустановки, надо определиться с плотностью воды в выбранном месте. Понятно, что плавающее тело находится в равновесии Архимедовой силы и силы его тяжести. Так происходит в статике, нам же надо что бы это равновесие   присутствовало в динамике при колебании на волне, т.е Архимедова сила и    сила тяжести были равными по значению при участии во вращательном движении. А это значит, мы не можем повлиять на объём выбранного поплавка, а изменить силу его тяжести можно простым заливанием воды во внутреннюю полость. Интуиция подсказывает нам, что имея поплавок, например, объёмом 200 литров в него надо залить около 100 кг   пресной воды. Для устойчивости установки на суше, не обвешивая её металлом, можно использовать для тяжести ёмкость с водой как балласт.  Если вместо цепной передачи использовать ременную передачу с двухсторонним ремнём, то такая передача будет работать без смазки и не создавать шума.

        
Умышленно не приводим никаких примерных расчётов. Для каждого конкретного случая свой расчёт. Обстоятельства сами помогают принимать приемлемые решения. Не хотим вмешиваться в полёт Ваших мыслей, только обращаем внимание на возможные  сложности. Желаем Вам построить уверенно и надёжно электроустановку своей мечты, тем более, что такая задача имеет международное значение. Пусть Вам будет доступна новая изящно эффективная тенденция использования энергии водной волны, по сложности сопоставимая  с изобретением велосипеда!

        
Резонный вопрос: почему сами не строим такую понятную  и  логичную электроустановку? Первое, рядом с нами  нет источника природной водной волны, а как получить  подобную волну искусственно с малыми затратами ещё не додумались. Второе, наверно все согласятся, что у нынешних пенсионеров  (наш статус) возможности   ограничены. Вот почему у нас надежда на энтузиастов, думающих людей на перспективу и почему с понятным удовольствием мы делимся своей идеей. Жизненный опыт подсказывает нам, что мы все зависим друг от друга  и жить среди людей надо по-человечески. А это значит, мы обречены сообща улучшать жизнь на Земле.

С уважением изобретатели Даниленко И и Волкович В.

На этот вопрос не трудно дать ответ.  Каждый из нас чувствовал ветер на своём лице, видел, как колышутся деревья под его действием, т.е  ветер обладает энергией, которую использует человек с древних веков. Мощность воздушного потока, которую воспринимали парусник или лопасти ветряной мельницы определяется по формуле

N = ρSv³/2 ,где   ρ – плотность воздушного потока (кг/м³), S – обметаемая площадь потоком (м²), v – скорость ветра (м/сек).

Из формулы можно сделать заключение, что главным фактором величины мощности потока является его скорость, т.к она в расчётах представлена в кубе. А это значит, что при увеличении скорости в два раза, мощность возрастёт в восемь раз! На практике для увеличения скорости ветряного потока надо этот поток заставить протекать через меньшее сечение, что достигается  установлением раструба. Легко себе представить такую конструкцию, если вспомнить работу пульверизатора.

Аналогично рассчитывается и  мощность водяного потока на участке реки, где нет плотины и нет сброса воды с высоты. Значит, возможно, строительство подобных по конструкции и устройству двигателей как от ветра, так и от течения воды. Тем более, что плотность воды почти в 800 раз выше атмосферного воздуха и представляет интерес для получения конечного результата.

Изучая  двигатели, работающие от  подобных возобновляемых источников энергии, мы пришли к своей конструкции водо-ветрового двигателя повышенного КПД с низкой себестоимостью конструкции, где нет дорогих в изготовлении лопастей со строгим геометрическим сечением. Отсюда, доступность изготовления экологически чистого  двигателя своими руками без вреда природе для любых собственных нужд. Судите сами.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении двигатель имеет два параллельно установленных вала с лопастями, вращающимися в разные стороны.  Обратный ход лопастей двух валов совмещен и в этой зоне нет сопротивления вращению потоком.  Аналогию можно провести с устройством шестеренчатого гидравлического насоса серии НШ. При этом валы вращаются синхронно без касания друг  с другом лопастями, за счёт механизма синхронизации.

Обратимся к графическому изображению двигателя. И тут Ваша наблюдательность и любопытство поставят перед  Вами вопросы. Почему лопасти  крепятся именно так со смещением от центра вращения валов? Согласитесь, таким простым приёмом мы изменили расчёт  крутящего момента двигателя в сторону его увеличения  и уменьшили скорость потока, при котором начинает работать двигатель. А это непосредственно  влияет на характеристики двигателя!

На фиг.1 – изображён вид на водо-ветровой двигатель спереди;

На фиг.2 – разрез А-А на фиг.1 с размещением рабочих валов и лопастей;

На фиг.3 – кинематическая схема связи рабочих валов;

На фиг.4 – варианты горизонтального и вертикального рабочего положения двигателя при его использовании;

На фиг.5 – вариант примера использования водо-ветрового двигателя, размещенного в потоке водной среды.

Водо-ветровой двигатель состоит из несущего корпуса 1 с опорно-поворотной осью 2 и направляющим раструбом 3. В корпусе 1 заключены рабочие валы 4 и 5 с лопастями 6. С наружной стороны корпуса 1 на рабочие валы 4 и 5  жёстко установлены одинаковые по диаметру звёздочки 7 и 8, которые кинематически связаны цепью 9. «Паразитная» звёздочка 10 натягивает цепь 9 и обеспечивает синхронное вращение валов 4 и 5 в разные стороны без касания лопастей 6 между собой.

Благодаря синхронному вращению валов можно их суммарное вращение представить, как вращение одного вала от лопастей, разбивающих окружность вращения на восемь одинаковых секторов. Зона обратного хода лопастей 6 не воспринимает давление потока, т.е здесь нет торможения вращения. Для устранения шумности цепной передачи, допускается вместо звёздочек использовать зубчатые шкивы и соответственно двухсторонний плоскозубчатый приводной ремень. К тому же, такая передача не требует смазки.

В конечном счёте, нас интересует скорость вращения вала потребителя, например, генератора. Здесь, поскольку валы двигателя вращаются в разные стороны, то один вал может вращать якорь, а другой – статор электрогенератора и их относительная скорость удвоится без повышающего редуктора. Что бы снизит число передач, т.е уменьшить число точек трения (потерь) предлагается звёздочку 11 привода потребителя вписать в механизм синхронизации, так как показано на фиг.3 или совместить с «паразиткой» 10.

Интересны перспективы применения такого двигателя в потоке речки,  где надо учитывать плотность воды. Во-первых, не надо строить платины от берега к берегу для его работы, нарушать экологию и привычную жизнь реки. При этом потребитель размещается на понтоне, что делает легким его обслуживание, изменение уровня воды не

влияет на работу двигателя.   Во-вторых, вся конструкция просто и легко фиксируется в выбранном положении (см. фиг.5).

Из сказанного понятно, что без участия изобретателей применение предложенного двигателя невозможно. Требуется низкооборотный генератор, где  вращается якорь и статор. А это по силам только энтузиастам. А кто-то пойдет дальше, и свет увидит речное плавсредство, движущееся против течения от силы потока.

Выражаем особую благодарность Факееву Александру Ивановичу, принимающему участие в подготовке заявки на изобретение.

С уважением изобретатели Волкович В и Даниленко И. Январь 2016 года.