PL150745B1 - Silnik wodny hydropneumatyczny - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

URZĄD

PATENTOWY

RP

Twórca wynalazku: Tibor Kenderi

Uprawniony z patentu: Tibor Kenderi, Budapeszt /Węgry/

SILNIK WODNY HYDROPNEUMATYCZNY

Przedmiotem wynalazku jest silnik wodny hydropneumatyczny, z ruchomym pływakiem prowadzonym pionowo w szybie, zawierający zespół dźwigni do połączenia za pompą do cieczy, korzystnie tłokową dwustronnego działania, tłoczącą ciecz do komory ciśnieniowej zbiornika hydropneumatycznego, skąd ciecz ta jest doprowadzana przewodem ciśnieniowym do komory rozprężania, stanowiąc napęd maszyny przepływowej, zaś szyb jest usytuowany w jazie, a z każdej jego strony zawiera co najmniej jeden otwór przepustowy umieszczony pod powierzchnią wody, który zamykany jest sterowanym układem zamykającym, na przemian w przeciwnych kierunkach.

Znany jest z opisu patentowego USA nr 3 983 702 silnik wodny hydropneumatyczny, zawierający zbiornik cieczy o stosunkowo dużej powierzchni na górnym poziomie, połączony śluzą z poziomem cieczy odpadowej na niższym poziomie. Śluza zawiera stosunkowo szczelnie dopasowany pływak wyporowy, którego zanurzenie jest nie mniejsze niż różnica, między poziomami max i min cieczy w śluzie oraz wystający powyżej poziomu, na co najmniej taką samą wysokośó. Między pływakiem, a osobną instalacją włączona jest pompa sterująca zaworami do podnoszenia i obniżania poziomu cieczy w śluzie, albo mechanizmem utrzymującym pływak w Jego górnym lub dolnym położeniu wyporowym, kiedy zmienia się z max, na min, poziom cieczy obwodowej w śluzie między pływakiem, a ścianką śluzy, w której usytuowane są dwa otwory zapewniające szybki odpływ cieczy ze śluzy w trakcie opadania pływaka oraz dopływ cieczy do śluzy w trakcie wznoszenia się pływaka, w trakcie jego roboczych suwów. Energia pobierana Jest z pełnego cyklu suwów pływaka z pełnym zrzutem wody.

Powszechnie znane eą silniki wodne, w których energia przepływających lub spadających z wysokości mas wodnych wykorzystywana jest do napędu różnych maszyn roboczych, w szczególności młynów i urządzeń do spiętrzania wody. Znane są również urządzenia i maszyny, w których użytkuje się zjawisko falowania morza związane z okresowymi wahaniami poziomu wody

150 745

150 7*5 spowodowanych przypływami i odpływami lub energią kinetyczną ciągłego ruchu fal oceanicznych. Młyny wodne napędzane kołami łopatkowymi aą też obecnie używane w wielu miejscach, chociaż tego rodzaju rozwiązania techniczne spełniają obecnie głównie rolę muzealną techniki minionego okresu.

Najbardziej rozpowszechnionym rodzajem silników wodnych są różne typy turbin wykorzystujących wysokie ciśnienie, albo duże szybkości przepływu wody. Znane są hydroelektrownie, w których spad wody wykorzystuje różnice między górnym i dolnym poziomem wynoszącym powyżej 200 m. Dla uzyskania wymaganego spadu lub wystarczającego zapasu wodnego tworzy się Jazy, a nierzadko zapory wodne. Zapewnia to uzyskanie odpowiedniego efektu technicznego. Rozwiązania te wymagają dużych nakładów Inwestycyjnych oraz bardzo szkodliwie wpływają na środowisko naturalne.

Celem rozwiązania według wynalazku jest opracowanie silnika wodnego wykorzystującego energię wolno poruszających się dużych mas wodnych z równoczesnym wyeliminowaniem niedogodności występujących w znanych rozwiązaniach.

Silnik wodny według wynalazku z obu stron Jazu ma zamontowane czujniki poziomu wodnego, górnego i dolnego, sprzężone z układem samoczynnej regulacji zespołu dźwigniowego na jego długości, między pływakiem 1 tłokiem, w zależności od poziomu wody, zwłaszcza górnego. Czujniki poziomu sprzężone są z układem sterującym z zamykającym samoczynnie zespół odcinający w logicznej zależności od zmiany wysokości poziomu wody, występującego z obu stron Jazu. W ramach cieczy hydraulicznej mogą byó stosowane tak zwane oleje hydrauliczne, Jak też wodne, która w wyniku dodania odpowiednich substancji uzyskuje wystarczającą smarnośó. Należy również wykonać zabezpieczenia, mające na celu zmniejszenie strat wynikających ze zjawiska korozji.

Na podstawie wcześniejszych uwag na temat silnika hydraulicznego, będącego przedmiotem wynalazku, można stwierdzić, że może on pracować nawet na niskiej różnicy poziomów wody rzędu 1-2 m między Jego górnym i dolnym poziomem, zaś ciśnienie cieczy może byó bez większych trudności doprowadzane do stałej wartości 6-10 kp/m², uznanej za najwłaściwszą dla silników hydraulicznych.

Stosowane są w tym rozwiązaniu ciecze hydrauliczne posiadające dobre właściwości smarne i pozbawione zanieczyszczeń, powodujących ścieranie, do bezpośredniego napędzania silnika wodnego sprzężonego w blok energetyczny z generatorem, przy czym sprawność tego rodzaju silnika wodnego kilkakrotnie przewyższa sprawność turbiny.

Silnik wodny według wynalazku, może byó uruchamiany przy poziomach spiętrzania, leżących poniżej wysokiego poziomu wód powierzchniowych, a zwłaszcza rzek. V związku z tym można zrezygnować z obecności specjalnego systemu zabezpieczającego, dzięki czemu nie narusza się naturalnego otoczenia rzek. W ten sposób eliminuje się niebezpieczeństwo naruszania równowagi ekologicznej.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia wykorzystanie i użytkowanie energii rzek, które przenoszą duże ilości wody, przy jednoczesnym niskim spadku. Szczególnie korzystne jest zużytkowanie w celach energetycznych niewielkiego okresowego falowania morza o różnicy poziomów jego przypływu i odpływu wynoszącego Jedynie 1-2 m.

Silnik hydrauliczny według wynalazku może pracować również w przypadku alternatywnie zmieniających się poziomów wody tzn. w przypadku ciągłej zmiany górnego i dolnego jego poziomu od strony odwodnej jazu. Daje to nowe możliwości wykorzystania okresowego falowania morza, tzn. okresowych wahań poziomu wody morskiej między przypływami.

Wytwarzanie silnika hydraulicznego według wynalazku, nie wymaga specjalnych materiałów i technologii. Wszystkie elementy i zespoły mogą być zbudowane na bazie składników produkowanych na skalę przemysłową i wcześniej sprawdzonych.

Silnik hydrauliczny, stanowiący przedmiot wynalazku, oraz systemy wytwarzania energii, wykorzystujące te silniki jako części składowe lub zespoły, mogą być wykonane przy uwzględnieniu niewielkiego wymaganego spiętrzenia mas wodnych, a tym samym przy niewielkich nakładach inwestycyjnych i bez narażenia na wystąpienie ryzyka.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono na fig. 1 schematycznie uproszczone połączenia blokowe i schemat pracy silnika, fig. 2

- w widoku częściowym jaz, na któiym rozmieszczone są obok siebie szyby i pływaki.

150 745

Na figurze 1 uwidoczniono w uproszczonym przekroju rozmieszczenie jednostek funkcjonalnych silnika hydraulicznego według wynalazku. W odpowiednio dobranym miejscu wód powierzchniowych, przykładowo rzek, umieszczony jest w odpowiednio umocnionym dnie 33 jaz, w któiym znajduje się przynajmniej jeden pionowy szyb wewnętrzny 1. Na fig. 2 uwidoczniono częściowo w widoku możliwość rozmieszczenia w jazie kilku położonych obok siebie pionowych szybów 1, dzięki czemu z szeregu silników hydraulicznych można utworzyć zespół stanowiący kompletny obiekt. Jaz może powetać z gotowych elementów szybowych, ułożonych obok siebie na całej szerokości rzeki.

V szybie 1 znajduje się wystarczająco ciężki pływak 4, poruszany swobodnie w kierunku pionowym, wzdłuż rolek 29 prowadzących. V pobliżu dna, wewnętrzna przestrzeń szybu 1 ma połączenie z otaczającą wodą poprzez rozmieszczone na górze 1 na dole otwory, przez które przepływ wody jest 8terowany odcinającymi elementami zaporowymi 2, 3· «Pływak 4 jest sprzężony z tłokiem 9 przemieszczanym w cylindrze 6 nastawnej pompy dwustronnego działania i pompami zębatymi 27, 26 poprzez dźwignię 7 ma zapewnione połączenie z wypełnioną cieczą komorą hydropneumatycznego zbiornika ciśnieniowego 13 i cylindrem 8 pompy podwójnego działania, tłoczącej ciecz hydrauliczną 10. Dźwignia między pływakiem 4, a tłokiem 9 zawiera dwa przeguby kuliste 5/a 1 5/h celem uniknięcia zakleszczeń w trakcie ruchu. Wypełniona cieczą komora zbiornika ciśnieniowego 13 stojącego na wspornikach 32 jest połączona z jednej strony poprzez przewód tłoczny 11 z zaworem 12, z obiema przestrzeniami cylindra 8, a z drugie] strony - poprzez zawór 14 i końcowy przewód ciśnieniowy 18 s komorą rozprężania 19 maszyny przepływowej w postaci wirników turbiny 20.

Zbiornik ciśnieniowy 13 stanowi pojemnik ciśnieniowy, któiy ponad poziomem znajdującej się wewnątrz cieczy zawiera sprężone powietrze o ciśnieniu zależnym od poziomu cieczy. Zbiornik ciśnieniowy 13 posiada w dnie zawór 30 spustowy do opróżniania, napełniania i czyszczenia, a na górze manometr 15» wskaźnik poziomu 16 oraz do regulacji, czujnik poziomu 17. Obieg cieczy hydraulicznej 10 Jest zamykany pod komorą rozprężania 19 turbiny 20 na wylocie zbiornika 21 zaworem 22 na przewodzie ssawnym 23 cylindra 8, pompy podwójnego działania, tłoczącej /poprzez wbudowane w znany sposób ciśnieniowe zawory zwrotne/ ciecz hydrauliczną.

Urządzenie do samosterowańia silnika /nie przedstawionego w niniejszym przykładzie wykonania/ zawiera czujniki poziomu 25, 24 rozmieszczone po obu stronach jazu /na górnej i dolnej stronie odwodnej/. Najwyższy poziom 26 określa górny poziom wody po stronie odwodnej. Silnik wodny według wynalazku przedstawiony jest na fig. 1 w stanie spoczynkowym, pracuje w sposób następujący. Uruchomienie silnika wodnego następuje po otwarciu elementu zaporowego 3 i dopływie wody z góry, do wnętrza szybu 1, który zapewnia podniesienie poziomu wody, a tym samym przemieszczenie równoczesne położenia pływaka 4. Poprzez dźwignię tłok 9 w cylindrze 8 przesuwa się w kierunku górnym. Ciecz hydrauliczna 10 zostaje przepompowana przewodem tłocznym 11 z górnej przestrzeni cylindra 8, do zbiornika ciśnieniowego 13. Powietrze w zbiorniku ciśnieniowym 13 jest dalej sprężane, w związku z czym rośnie ciśnienie. Stała, założona wartość ciśnienia panującego w zbiorniku ciśnieniowym 13 jest ograniczona z góry zaworem ciśnieniowym. Jeżeli zostanie otwarty zawór 14, ciecz hydrauliczna 10 przepływa przewodem ciśnieniowym 18 na wirnik turbiny 20, w komorze rozprężania 19. Turbina 20 lub silnik hydrauliczny, może byó sprzężona z generatorem w blok wytwarzający energię elektryczną. Ze zbiornika 21, po otwarciu zaworu 22 rozprężona ciecz jest ponownie zasysana przewodem ssawnym 23 do cylindra 8 /zależnie od jego przemieszczania w kierunku dolnym lub górnym/.

Pływak 4 po uzyskaniu swojego górnego położenia krańcowego w następstwie uruchomionego sygnału wprowadzonego do układu sterującego tego urządzenia zamyka element zaporowy 3 i otwiera element zaporowy 2.

Woda wypływa z szybu 1, pływak 4 pod działaniem siły ciążenia zaczyna opadać. W wyniku tego ciecz wypełniająca cylinder 8 pompy tłokowej dwustronnego działania, podawana jest do zbiornika ciśnieniowego 13. Po uzyskaniu górnego krańcowego położenia przez pływak 4, zamknięty zostaje element zaporowy 2, a otwarty - element zaporowy 3 i cały opisany powyżej cykl roboczy jest powtarzany.

Zmiany poziomu wody powstałe w wyniku wahań spowodowanych wysokim ich poziomem lub okresami suszy są kontrolowane przez oba czujniki poziomu 24, 25. Ich sygnały dostosowują długość

150 745 dźwigni, sprzężonej z tłokiem przemieszczanym w cylindrze 6 za pomocą pomp zębatych 27, 23, względem chwilowego poziomu wody po obu stronach jazu. Pompy zębate 27, 28 mogą być na przykład pompami wysokociśnieniowymi o małej wydajności. Rolki 29 prowadzące pływaka 4, są wykonane w postaci luźno toczących się walców luh rolek, umieszczonych w sprężystej, korzystnie gumowej okładzinie.

Od czasu do czasu wymagane jest uzupełnienie strat powietrza w zbiorniku ciśnieniowym 13 poprzez wtłoczenie powietrza przez zawór napełniający 31.

Aby zapewnić pozbawioną zakłóceń i pulsacji pracę, korzystne jest stosowanie na pojedynczym hydropneumatycznym zbiorniku ciśnieniowym 13 jednocześnie kilku pływaków uruchamiających kilka przesuniętych fazowo cylindrów roboczych 8, wykonanych w postaci pomp tłokowych dwustronnego działania. Z zestawionych w ten sposób zespołów silników, będących przedmiotem wynalazku, można zbudować całą siłownię.

W ramach zdefiniowanego w podanych dalej zastrzeżeniach patentowych zakresu ochrony można naturalnie realizować inne przykłady wykonania, odbiegające od wyżej opisanego.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Silnik wodny hydropneumatyczny z ruchomym pływakiem prowadzonym pionowo w szybie zawierający zespół dźwigni do połączenia z pompą do cieczy, korzystnie tłokową dwustronnego działania tłoczącą ciecz do komory ciśnieniowej zbiornika hydropneumatycznego, skąd ciecz ta doprowadzana jest przewodem ciśnieniowym do komory rozprężania, stanowiąc napęd maszyny przepływowej, zaś szyb jest usytuowany w jazie, a z każdej jego strony zawiera co najmniej jeden otwór przepustowy, umieszczony pod powierzchnią wody, który zamykany jest sterowanym układem zamykającym na przemian w przeciwnych kierunkach, znamienny tym, że z obu stron jazu ma zamontowane czujniki poziomu /24, 25/ wodnego, górnego i dolnego, sprzężone z układem samoczynnej regulacji zespołu dźwigniowego między pływakiem /4/ i tłokiem /9/, w zależności od poziomu wody, zwłaszcza górnego.

2. Silnik wodny według zastrz. 1, znamienny tym, że czujniki poziomu /24, 25/ sprzężone są z układem sterującym zamykającym samoczynnie zespół odcinający /2, 3/ w logicznej zależności od zmiany wysokości poziomu wody, występującego z obu stron jazu.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

Cena 1500 zł