Способ получения электрической энергии Овчарова и устройство его реализации

(51) 03 17/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ выполняется посредством гидромоторов и электрогенератора. Гидромоторы жестко закреплены на вращающемся барабане по окружности и погружены в неподвижное относительно барабана кольцо жидкости, таким образом, что все напорные отверстия гидромоторов располагаются в кольце жидкости, а все сливные отверстия расположены вне кольца жидкости, при этом, валы гидромоторов соединены через передачу с валом ротора электрогенератора, статор которого установлен жестко в центре барабана, кроме этого, охлаждение жидкости в барабане выполнено за счет оребрения цилиндрической поверхности барабана и организации движения воздуха по трубкам, один конец которых жестко закреплен в центре воздушной полости барабана, а другой с цилиндром барабана.(72) Овчаров Михаил Степанович Овчаров Андрей Михайлович(73) Овчаров Михаил Степанович , Овчаров Андрей Михайлович(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ОВЧАРОВА И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ(57) Изобретение относится к получению электрической энергии по способу Овчарова и устройству для его реализации. Получение электрической энергии по способу Овчарова и устройство для его реализации,отличается тем, что, накопление потенциальной энергии давления в жидкости осуществляется за счет центробежных сил инерции возникающих при е вращении, а реализация этой энергии 22061 Предлагаемое изобретение относится к способу и устройству получения электрической энергии,которые могут быть использованы для получения электрической энергии в индии-видуальных хозяйствах, на заводах, фабриках и других промышленных объектах. Существуют различные способы получения электрической энергии. Теплоэлектростанции (ТЭЦ) сжигают уголь,испаряют воду и полученный пар подают на турбины, которые вращают генераторы и от генераторов полученный ток подают потребителю. Основной недостаток этих электростанций это стационарность и расположение их вдали от потребителя, нередко на десятки и сотни километров. Суточные и недельные колебания нагрузок энергетических систем заметно снижают их эффективность использования. Кроме этого недостатком является низкий КПД до 40,громоздкость конструкции и сложность обслуживания, и значительный экологический ущерб, наносимый окружающей среде. Наиболее близким по способу получения электрической энергии предлагаемого изобретения является гидроэлектростанции (ГЭС). Для работы ГЭС с помощью искусственных сооружений перегораживают реки, и накапливают большое количество жидкости в виде потенциальной энергии(напора), иногда занимая сотни и тысячи гектар поверхности земли. Затем, под действием силы тяжести, эта жидкость перемещается с высоких уровневых отметок на низкие и вращает рабочие колеса турбины (здесь используется гидростатический напор и гидродинамическая составляющая жидкости), турбина в свою очередь вращает генератор,который вырабатывает электрический ток и подает его потребителю. Преимущество гидроэлектростанций это высокий КПД, свыше 90, низкая себестоимость энергии и высокая надежность в эксплуатации. Основной недостаток этих электростанций громоздкость конструкции, стационарность и расположение их вдали от потребителя, нередко на десятки и сотни километров, значительный экологический ущерб, наносимый окружающей среде. По конструктивному исполнению источников энергии известны передвижные электростанции,которые состоят из двигателя внутреннего сгорания,синхронного электрогенератора переменного тока,возбудителя к электрогенератору, пускового устройства и контрольно-измерительных приборов. В качестве источника энергии используют тепло сгораемого топлива. Двигатель и электрогенератор соединяются между собой муфтой. Все оборудование электростанции монтируется на общей металлической раме и снабжено пневмоколесным ходом. При работе двигателя внутреннего сгорания генератор вращается и вырабатывает электрический ток, который подается потребителю. Преимущество передвижных электростанций заключается в возможности иметь под рукой свою 2 электростанцию и использовать е тогда, когда это необходимо. Недостаток - малая мощность,значительный шум при работе, низкий КПД и значительный экологический ущерб, наносимый окружающей среде. Целью настоящего изобретения является создание нового способа получения электрической энергии и его реализации в конструкции, которая делает источник энергии мобильным, с меньшим шумом и высоким КПД и является экологически чистым. Предлагаемый способ получения электрической энергии отличается тем,что накопление потенциальной энергии давления в жидкости осуществляется за счет центробежных сил инерции,возникающих при е вращении, а реализация накопленной энергии осуществляется посредством вращающихся гидромоторов и электрогенератора. Энергетическая установка не имеет аналога и прототипа, является пионерным и технический результат достигается тем, что гидромоторы жестко закреплены на вращающемся барабане по окружности и погружены в неподвижное относительно барабана кольцо жидкости таким образом, что все их напорные отверстия расположены в кольце этой жидкости, а все сливные отверстия расположены вне кольца этой жидкости,при этом, валы гидромоторов соединены через передачу с валом ротора электрогенератора, а статор электрогенератора жестко закреплен в центре вращающегося барабана, кроме этого, охлаждение жидкости в барабане выполнено за счет оребрения цилиндрической поверхности барабана и организации движения воздуха по трубкам, один конец которых жестко закреплен с центральным кольцом, расположенным в центральной воздушной полости барабана, а другой с цилиндром вращающегося барабана. С целью увеличения коэффициента полезного действия установки,величина силы давления потока жидкости,вытекающей из сливных отверстий гидромоторов,направлена на лопасти колеса, жестко связанных с ротором электрогенератора Получение электрической энергии по способу Овчарова заключается в следующем используется центробежная сила инерции, которая всегда возникает при вращении любого тела. При вращении, жидкости, за счет центробежных сил инерции, она прижимается к цилиндрическим стенкам барабана, образуя жидкостное неподвижное относительно барабана кольцо. Чем сильнее вращается барабан, тем сильнее прижимается жидкость к цилиндрическим стенкам барабана, тем большее давление возникает в жидкости. Это давление реализуется вращающимися гидромоторами, которые через передачу приводят во вращение ротор генератора. Последний вырабатывает электрический ток. Рассмотрим силы, возникающие в теле при е вращении. В общем случае при криволинейном вращении на любую материальную точку тела действует сила инерции , которую можно разложить на две составляющие-касательную 22061 силу инерции и- центробежную (нормальную) силу инерции. Из учебника по теоретической механике известно 2 и,где- масса материальной точки тела- радиус вращения материальной точки тела- угловая скорость вращения тела- угловое ускорение материальной точки тела. Сравнивая эти силы, получим так как Таким образом, центробежная сила инерции больше касательной силы инерции в 6,28 раз, гдечисло оборотов вращения тела в единицу времени. То есть, можно сказать, что при 1500 об/мин центробежная сила инерции в 157 раз больше касательной силы инерции, при 3000 об/мин в 314 раз больше, а при 5000 об/мин в 523 раза. Это говорит о рациональности использования центробежных сил, то есть используя для вращения тела малые силы (равные касательным силам), мы можем получить в 6,28 раз большие силы(центробежные силы). В жидкости, при е вращении в барабане, за счет центробежных сил,возникает значительное давление, которое может быть представлено выражением 2 , где р - давление во вращающейся жидкости на выбранном радиусе- удельный вес жидкости- угловая скорость жидкостирадиус вращения измеряемой точки жидкости- ускорение свободного падения тела. Из этого выражения следует, что давление в жидкости растет в квадратичной зависимости, как от радиуса барабана, так и от угловой скорости его вращения (Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Машиностроение, 1971, с. 77-78). Используя это давление (потенциальная энергия давления), мы получим в 6,28 п раз больше энергии,чем при остановке барабана и реализации энергии вращающейся жидкости какими либо лопастными устройствами. Рассматривая в комплексе выше изложенные материалы, можно сказать, что для получения электрической энергии по способу Овчарова необходимо-использовать центробежные силы инерции,позволяющие получить значительную потенциальную энергию давления в жидкости при е вращении-реализовывать это давление в виде крутящих моментов на выходных валах гидроматоров-использовать крутящие моменты гидромоторов для вращения ротора электрогенератора и получения электрической энергии. При необходимости крутящий момент гидромоторов может быть использован для привода каких либо машин или механизмов, тогда установка превращается в усилитель мощности,либо в усилитель крутящего момента. Из гидравлики также известно (Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Машиностроение,1971. с.287), что все существующие гидромоторы используют энергию давления жидкости и реализуют е в виде вращение выходного вала, который вращает исполнительные органы машин и механизмов. Если опустить гидромотор в жидкость, то мы можем использовать накопленную потенциальную энергию давления вращающейся жидкости для вращения вала гидромотора, который в свою очередь через различные виды передач может вращать различные исполнительные органы, в нашем случае, ротор электрогенератора. Для реализации этого способа предлагается конструкция энергетической установки. На фиг. 1 показан общий вид энергетической установки фиг.2,3,4 е разрезы по сечениям А-А,Б-Б, С-С. Предлагаемая конструкция энергетической установки (фиг.1) включает вращающийся барабан с жидкостью 1, электродвигатель 2, гидромоторы 3,генератор 4 и охватывающий вращающие узлы неподвижный кожух 5. В качестве гидромоторов могут быть использованы аксиально-поршневые, пластинчатые и др. гидромоторы (см. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Машиностроение,1971, с.166-200, 204-208). Электродвигатель 2 жестко крепится к неподвижному кожуху 5 и через мультипликатор 6 обеспечивает вращение барабана с жидкостью 1. На промежуточной перегородке 7 вращающегося барабана по периферии жестко закреплены корпуса гидромоторов 3, таким образом,чтобы выходные валы выглядывали наружу из промежуточной перегородки. Кроме этого, статор электрогенератора также жестко закреплен, только на верхней перегородке 8 вращающегося барабана,причем в центре. Выходной вал ротора электрогенератора располагается в плоскости выходных валов гидромоторов. Вал ротора и валы гидромоторов сообщены между собой передачей (в нашем случае шестеренчатой передачей 9). Корпуса гидромоторов расположены на барабане таким образом, чтобы напорные отверстия 10 всегда находились в кольце вращающейся жидкости и были расположены вблизи цилиндрической части барабана, а сливные отверстия 11 были расположены ближе к центру и не находились в кольце вращающейся жидкости. Так как при работе гидромоторов напорные и сливные шланги отсутствуют, то коэффициент полезного действия гидравлической системы высокий. Для контроля и поддержания постоянной толщины вращающейся жидкости в барабане в его промежуточной перегородке имеется контрольное отверстие 12,через которое при вращении барабана излишки жидкости вытекают. Для поддержания теплового режима в энергетической установке Овчарова наружная цилиндрическая часть барабана выполнена оребренной, а внутри вдоль стенок пропущены трубки 13, которые сообщают между собой центральную воздушную полость барабана 3(не заполненную жидкостью) и наружную воздушную полость. Крепление трубок внутри барабана выполнено жестко посредством втулки 14 расположенной в цилиндрической части барабана 1(фиг.3). Все вращающиеся узлы установки крепятся в подшипниковых узлах 15, которые находятся в неподвижном кожухе 5. Снятие электрической энергии вырабатываемой электрогенератором осуществляется традиционным способом через контактные щетки. Для увеличения коэффициента полезного действия установки, в конструкции предусмотрено использование гидродинамического напора струи жидкости (см. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Машиностроение, 1971. с.115-117),вытекающей из сливных отверстий 11 гидромоторов 3, и воздействующей на лопасти колеса 16, которое жестко связанно с шестерней 9 ротора, обеспечивая тем самым увеличение крутящего момента на роторе электрогенератора (фиг.4). Предлагаемая энергетическая установка работает следующим образом. При включении электродвигателя 2, барабан с жидкостью через мультипликатор 6 начинает вращаться. При этом одновременно начинают вращаться корпуса гидромоторов 3 и статор электрогенератора 4. Жидкость, за счет центробежной силы инерции, прижимается к цилиндрической части барабана, образуя кольцевую полость, при этом кольцевая полость жидкости захватывает напорные отверстия 10 гидромоторов 3 (в нашем случае рассматриваются аксиально-поршневые гидромоторы). Жидкость относительно барабана и гидромоторов неподвижна, но в ней начинает расти давление, и чем больше скорость вращения, тем больше давление. При малом давлении поршни гидромоторов неподвижны. В этом случае выходные валы гидромоторов также неподвижны,шестерни не вращаются, следовательно, ротор электрогенератора тоже не вращается, хотя сам ротор и статор электрогенератора и гидромоторы вращаются вместе с барабаном относительно основной геометрической оси. Давление возрастает,воздействует на поршни гидромотора. Поршни начинают перемещаться и вращать выходной вал, и соответственно через шестерни 9 ротор электрогенератора. Из этого следует, что вращение ротора электрогенератора не зависит от вращения электродвигателя барабана, а зависит только от накопленной потенциальной энергии давления жидкости, которая находится во вращающемся барабане. Установив на вращающемся барабане не два-три гидромотора, а более, соответственно можно получить любую заданную энергию на роторе электрогенератора, значительно превышающую установленную. Полученная энергия направляется потребителю. Для поддержания температуры деталей и жидкости в допустимых пределах необходимо непрерывно отводить от них тепло. Это обеспечивается оребрением поверхности цилиндра барабана 1 и скоростью движения воздуха в межреберном пространстве, которое должно 4 составлять не менее 25-40 м/с (Богданов С.Н. и др. Автомобильные двигатели, - М Машиностроение,1987). Кроме этого, при таких скоростях движения воздуха мимо трубок, в них возникает разряжение, а на другом конце трубок, установленных в центре барабана, скорость воздуха незначительна и давление воздуха выше. За счет перепада давления воздуха в трубке происходит его движение и,следовательно, дополнительное охлаждение жидкости. При вытекании струи жидкости из сливных отверстий гидромоторов 11, она имеет большую скорость и, соответственно, большой запас энергии. Величина силы потока жидкости воздействует на лопасти колеса 16 и заставляет его вращаться. А так как колесо 16 жестко связано с шестерней 9 ротора электрогенератора 4, то вращающий момент от колеса через эту шестерню, соответственно,передается ротору. Таким образом, получение электрической энергии по способу Овчарова и энергетическая силовая установка для его реализации имеет ряд преимуществ-нет необходимости перегораживать реки, чтобы создавать искусственный перепад давления воды,строить гидроэлектростанции с гидротурбинами,гидрогенераторами и трансформаторами и другие энергетические сооружения и транспортировать электрический ток потребителю на сотни километров.-за счет использования центробежной силы инерции, возникающей при вращении жидкости в барабане, можно получить значительно большее давление, чем позволяют гидроэлектростанции(например, чтобы получить перепад давления жидкости в гидросооружении равный 7 МПа,необходимо создать плотину высотой 700 метров,что не реально, в нашем же случае при 3000 об/мин и радиусе барабана 250 мм, такое давление можно получить и обеспечить работу гидромоторов)-за счет использования центробежной силы инерции и больших давлений, накапливаемых во вращающейся жидкости, может быть создана компактная энергетическая установка, которая может быть выполнена мобильной и с различными энергетическими показателями, меняя лишь диаметр или скорость вращения барабана, а также число гидромоторов. Такая энергетическая установка является практически своей электростанцией под рукой-в качестве источника вращения барабана может быть использован двигатель внутреннего сгорания,что позволит иметь электрический ток на дальних отгонах и в недоступных местах для электропередач-если вместо электрогенератора использовать какие либо трансмиссии машин и механизмов, то энергетическая установка превращается в компактный усилитель мощности, либо в усилитель крутящего момента-внедрение предлагаемого способа получение электрической энергии и его энергетической силовой установки позволит Казахстану, России и 22061 другим странам ближнего и дальнего зарубежья значительно улучшить жизненный уровень населения своих стран, снизить себестоимость энергозатрат, улучшить экологию окружающей среды и решить вопрос наступающего энергетического кризиса. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения электрической энергии,заключающийся в том,что накопление потенциальной энергии давления в жидкости осуществляется за счет, центробежных сил инерции,возникающих при е вращении, а реализация накопленной энергии осуществляется посредством вращающихся гидромоторов и электрогенератора. 2. Энергетическая силовая установка выполнена так, что гидромоторы жестко закреплены на вращающемся барабане по окружности при этом, их напорные отверстия постоянно находятся в неподвижном относительно барабана кольце жидкости, а сливные отверстия расположены вне кольца этой жидкости. 3. Энергетическая силовая установка по п. 2, в которой для охлаждения жидкости, цилиндр барабана выполнен оребренным, а внутри барабана организовано движение воздуха по трубкам, причем один конец трубок жестко закреплен с центральным кольцом, расположенным в центральной воздушной полости барабана, а другой с цилиндром вращающегося барабана. 4. Энергетическая силовая установка по п. 2, в которой статор электрогенератора жестко соединен с вращающимся барабаном и расположен по центру,а ротор электрогенератора связан через передачу с валами гидромоторов. 5. Энергетическая силовая установка по п.2, в которой величина силы давления потока жидкости,вытекающей из сливных отверстий гидромоторов,направлены на лопасти колеса, жестко связанных с ротором электрогенератора. 6. Энергетическая силовая установка по п.2, в которой вместо электрогенератора используется трансмиссия машины.