Что такое водяной двигатель кратко

Обновлено: 02.07.2024

Мы называем водяными двигателями разные типы двигателей , будь они модные или функциональные:

Резюме

Функциональные системы

Топливная ячейка

Топливный элемент подачи электрической энергии , потребляющий дигидрофосфат путем рекомбинации с кислородом . Они не потребляют воду, а производят ее.

Впрыск воды в двигатели внутреннего сгорания

Исторически впрыск воды применялся для бензиновых двигателей боевых самолетов, изредка он дополнял охлаждающую способность. Дополнительная мощность не была напрямую связана с этой водой, но она позволяла не перегревать цилиндры во время интенсивного использования. На полной скорости, например во время подъема носа, когда охлаждающая способность превышена, очень небольшое количество впрыскиваемой в то же время воды позволило улучшить извлечение калорий из самого сердца двигателя. Является ли скрытая теплота испарения локализованы , который был основным источником этого охлаждения.

Пустая масса самолета была основным тормозом его полезной нагрузки, поэтому производители стремились получить небольшую выгоду от боевых самолетов. Бензиновые двигатели очень боятся явлений самовоспламенения . Это происходит во время фазы сжатия цикла цилиндра, когда двигатель слишком горячий, что вызывает ожидаемый взрыв перед воспламенением. Они вызывают стук, который дополняет перегрев. Иногда они могут привести к серьезному разрушению двигателя.

Спорные системы

Различные процессы утверждают, что повышают эффективность двигателя за счет впрыска в него воды. Современные двигатели были усовершенствованы, чтобы обеспечить прирост, равный или даже больший, чем тот, который может обеспечить впрыск воды. Использование таких устройств могло только отрицательно повлиять на эффективность и надежность последних двигателей (в том числе за счет увеличения коррозии ).

Наиболее частые разногласия касаются использования обычного двигателя внутреннего сгорания , слегка модифицированного. Например, нержавеющая сталь может использоваться для предотвращения окисления из-за остатков воды и ее паров . Кроме того, принцип электролиза воды для отделения от нее атомов водорода и кислорода и последующего использования этих двух элементов в смеси в качестве окислителя для основного топлива в дизельном или бензиновом двигателе.

Уравнение образования водорода из воды (например, электролизом): 2 Н ₂ О + Q → 2 H ₂ + O ₂
Уравнение горения водорода (в камере сгорания автомобиля): 2 Н ₂ + О ₂ → 2 Н ₂ О + Q где Q обозначает количество использованной или произведенной энергии.

Закон сохранения энергии подразумевает, что любая система теплового двигателя не может производить больше энергии, чем потребляет. И второй принцип термодинамики вводит понятие необратимости преобразований из-за увеличения энтропии (S) системы, что приводит к деградации части энергии, то есть ее неизбежному превращению в тепло, теряется тепловая энергия. в ущерб желаемой механической энергии, например, в форме трения или механического сопротивления . Таким образом, добавление фазы электролиза на борту транспортного средства приводит к снижению эффективности. Теоретически неинтересно, например, разлагать воду, используя энергию, поставляемую бензином, для работы главного двигателя с генерируемым водородом.

Закачка воды в газовые турбины

Впрыск воды в газовую турбину, приводящую в действие электрический генератор переменного тока мощностью 40 МВт, позволяет увеличить мощность порядка 2 МВт электрической или общую мощность 42 МВт на выходе генератора переменного тока. Распыление воды в камере сгорания в точной дозировке позволяет воде принимать часть тепловой энергии пламени и, таким образом, частично испаряться, что равносильно утверждению, что давление остается неизменным. Добавленная вода увеличивает плотность потока жидкости, поступающей на лопатки турбины, состоящей из продуктов сгорания и воды (пара и жидкости). Таким образом, массовый расход увеличивается, и, следовательно, механическая мощность потока, входящего в турбину, больше. Это объясняет такое увеличение мощности. [исх. нужно]

Эти системы впрыска воды в основном используются для соблюдения экологических стандартов по выбросу NO _x. .

Система на основе испарения

Когда воздух сухой, вода самопроизвольно испаряется , немного охлаждая окружающую среду.

Это охлаждение может быть рассчитано по психрометрическим таблицам и может достигать нескольких градусов Цельсия . Этого достаточно, чтобы запустить небольшой двигатель горячего воздуха , но без большой мощности или надежности (воздух редко остается сухим: зимой испарение незначительно в ночное время). Чтобы ускорить испарение, можно увеличить вентиляцию влажной зоны и снизить давление:

по этому принципу работают пьющие игрушки типа птички ;
Другой тип двигателя основан на этом принципе: энергетическая башня .

Другие воспоминания

Как городской миф

Этот предмет вызывает споры среди неспециалистов, потому что у него очень сильное воображение: финансовая ставка, которую представляет двигатель на чистой воде, более чем значительна. Действительно, сторонники теории заговора о свободной энергии считают, что такой двигатель может существовать, но его существование задушено нефтяным лобби .

Мошенничество

Демонстрация двигателя основана на использовании двух устройств: устройства, содержащего воду (бесполезно), и устройства, использующего топливо, которое должно инициировать реакцию. Вся энергия поступает от топливного устройства. Как правило, демонстрация очень короткая, что позволяет не измерить реальный расход топлива или наблюдать явно низкий расход.

Мошенники используют следующие психологические механизмы для мотивации своих жертв:

Витрувий так описывает водяное колесо:

На рис. показано старинное сирийское водоподъёмное колесо – нория.

Древние греки поняли, что вращающееся водяное колесо может не только поднимать воду, но и совершать другую полезную работу, если его ось соединить с каким-нибудь механизмом. От этой догадки оставался лишь шаг до изобретения водяной мельницы. И этот шаг был сделан. В Древней Греции и Риме водяные колеса уже использовались для вращения мельничных жерновов.

Один из поэтов той эпохи – македонянин Антипатр Фессалоникский, живший в I столетии до н.э., – посвятил водяной мельнице оду:

Дайте рукам отдохнуть, мукомолки;
спокойно дремлите,
Хоть бы про близкий рассвет громко
петух голосил:
Нимфам пучины речной ваш труд
поручила Деметра; Как зарезвились они обод крутя колеса!
Видите? Ось завертелась, а оси
крученые спицы С рокотом движут глухим тяжесть
двух пар жерновов. Снова нам век наступил золотой:
без труда и усилий Начали снова вкушать дар мы
Деметры святой.

Водяной двигатель стал использоваться и для пиления досок. и именно это произвело революцию в судостроении.

Мертвая царевна и Семеро Грезящих

Гунны, Народ, пришедший с Ямала. Аттила, каган гуннов из рода Вельсунгов

Самым первым двигателем было простое водяное колесо. На колесе крепились лопатки, оно опускалось в реку, и течение воды приводило его в движение. Прикрепив к колесу различные механизмы, люди выполняли всевозможные работы: орошали поля, мололи зерно, ковали металл.

В истории не указано, кто первым применил гидравлический двигатель. В Индии еще за тысячу лет до нашей эры существовали водосиловые установки. О водяных мельницах на Руси упоминается в документах, относящихся к XI веку. Первые гидравлические двигатели представляли собой деревянные колеса с лопатками. Нижняя часть колеса опускалась в водяной поток. Такие водяные колеса назвали нижнебойными.

Нижнебойное водяное колесо

Верхненаливное водяное колесо

Позднее были придуманы ветряные двигатели. К небольшому колесу крепились огромные деревянные крылья. Они вращались под действием ветра и приводили в движение мельничные жернова. Ветряные мельницы строились на открытых местах, холмах. Их можно встретить и в наше время.

В наше время научились преобразовывать энергию ветра в электрическую энергию с помощью специальных установок - ветрогенераторов.

Ветряным и водяным двигателям не требуется топливо. Они очень экономичные. Их приводят в действие силы природы, от которых они и зависят. В этом их недостаток.

Паровой двигатель более независим. В паровой машине имеются печь и котел. Печь топится дровами и углем и нагревает котел с водой. Вода закипает и превращается в пар. Он и приводит в движение механизмы. Изобретение парового двигателя способствовало развитию промышленности. Заработали паровые станки, паровозы, пароходы.

Однако паровая машина тоже имеет недостаток: она слишком велика и прожорлива и требует много топлива.

Изобретатели сконструировали новый двигатель. Топливо в нем сгорает не в печи, а внутри самого двигателя. Его так и назвали - двигатель внутреннего сгорания. Он экономичнее и сильнее, так как в нем используется более качественное топливо (бензин и керосин), меньше и легче паровой машины, потому что не имеет котла. Двигатели внутреннего сгорания сейчас используются в автомобилях, самолетах, тепловозах, теплоходах и других машинах.

Честь изобретения двигателя внутреннего сгорания следует отдать французу Филиппу Лебону. В 1801 г. он взял патент на конструкцию газового двигателя, основанного на воспламенении смеси открытого им светильного газа (смесь водорода (50%), метана (34%), окиси углерода (8%) и других горючих газов) с воздухом, при котором выделялось большое количество теплоты. К сожалению, Лебон не успел воплотить свои идеи в жизнь - он погиб в 1804 г. Ее реализовал бельгийский механик Жан Этьен Ленуар в 1864 г. Однако, разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и она была вытеснена более совершенным двигателем Августа Отто. В 1877 году он изобрел четырехтактный газовый двигатель. Цикл Отто по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.

Рядный четырёхцилиндровый
двигатель внутреннего сгорания

Газовые двигатели были несовершенны, и поэтому не прекращались попытки поиска нового горючего. Первый работоспособный двигатель, работающий на бензине, изобрел немецкий инженер Готлиб Даймлер вместе с Вильгельмом Майбахом в 1885 году. Впоследствии они изобрели еще несколько типов бензиновых двигателей внутреннего сгорания, придумали карбюратор, разработали первый мотоцикл, один из первых автомобилей, лодочный мотор.

Как ни пытались усовершенствовать двигатель внутреннего сгорания, его так и не удалось использовать для вывода искусственных спутников на земную орбиту. Новый, реактивный двигатель решил эту проблему.

Устройство реактивного двигателя

Турбореактивный авиационный двигатель изобрели выдающиеся инженеры-конструкторы - Ганс фон Охайн (Hans von Ohain) из Германии, и Фрэнк Уиттл (Frank Whittle) из Великобритании. Первый патент на работающий газотурбинный двигатель был получен в 1930 году Фрэнком Уиттлом, однако первую рабочую модель создал именно Охайн. Он же является отцом первого турбореактивного самолета, который поднялся в небо 2 августа 1939 года.

водоносном горизонте не происходит, его гидростатическое давление сохраняется, и двигатель может работать бесконечно долго. Также преимуществом двигателя при его питании от водоносного горизонта и использовании в качестве источника электроэнергии в сравнении с речными мини - ГЭС является возможность безпроблемной эксплуатации его круглогодично в районах с резкоконтинентальным климатом, в частности, при низких температурах, при которых реки замерзают, так как, используемое в нем рабочее тело - подземная вода не замерзает.

Полезная модель относится к гравитационным двигателям, принцип работы которых предусматривает преобразование потенциальной энергии рабочей среды, например воды, при падении ее или заполненных ею рабочих тел в механическую энергию, и может быть использована в различных отраслях народного хозяйства.

Устройство позволит расширить номенклатуру нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) - средств малой энергетики, использующих нетрадиционные, в первую очередь возобновляемые ресурсы - природные естественные и искусственные водоемы в т.ч. подземные воды, а так же реки с малыми водотоками.

Известно устройство ударно-канатного бурения (Шамшев Ф.А. и др. Технология и техника разведочного бурения. Издание третье, М., Недра, 1983 г., стр.464-469 [1]), включающее двигатель, реверсивный привод лебедки с канатом, к которому присоединен ударный снаряд с инструментом находящимся в скважине. В устройстве ударный снаряд с инструментом периодически поднимается в скважине над забоем на определенную высоту и в последующем сбрасывается, последний падает под действием своего веса. Потенциальная энергия переходит в кинетическую и при ударе инструмента о забой скважины совершается работа. Для работы устройства подводиться энергия из вне. Устройство не позволяет непрерывно получать энергию.

Водяной двигатель включает питательную емкость, коленчатый вал с маховиком и опорами коренных подшипников, шатуны, поршень, рабочие камеры, гильзы цилиндров, расположенные ниже коленчатого вала. Между поршнем и гильзой цилиндра имеется зазор без уплотнения. Водяной

мощность при идентичных других условиях. Практически, реализация таких размеров кривошипно-шатунного механизма технически и экономически нецелесообразна.

Разница в глубинах положения водоносной зоны и проницаемого поглощающего интервала может составлять десятки и более метров.

Теоретически, целесообразно использовать гравитационную составляющую рабочего хода (за счет силы тяжести) на всем интервале от водоносной зоны до проницаемого поглощающего интервала. Потенциальная энергия поршня наполненного водой может быть определена из выражения:

Wп - потенциальная энергия поршня, Дж;

m - масса поршня, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с 2 ;

h - высота падения поршня (разница между положениями глубин водоносной зоны и проницаемого поглощающего горизонта), м.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение энергоэффективности двигателя в разных горногидрогеологотехнических условиях, в скважинах путем более полного использования гравитационного энергетического потенциала при большой разнице глубин положения водоносного горизонта и проницаемого поглощающего интервала.

посредством муфт одностороннего действия, например обгонных муфт, на входных валах преобразователя, например редуктора или мультипликатора, попеременного реверсивного вращения входных валов в одностороннее вращение выходного вала.

На фиг.1 в качестве примера схематично показано устройство и принцип действия предлагаемого водяного двигателя. На фиг.2 приведена упрощенная кинематическая схема преобразователя попеременного реверсивного вращения входных валов (возвратно-поступательного движения поршней) во вращательное движение выходного вала, в последующем - преобразователя.

Скважинный водяной двигатель содержит: 1, 1' - питательную емкость; 2 - водоносную подземную зону; 3, 3' - впускные клапаны первой и второй рабочих групп, соответственно (в последующем обозначение со штрихом означает одноименный элемент относящийся ко второй рабочей группе); 4, 4' - гильзы; 5, 5' - поршни; 6 - канат; 7, 7' - шкивы; 8, 8' - муфты одностороннего действия; 9 - преобразователь попеременного реверсивного вращения входных валов во вращательное движение выходного вала, в последующем - преобразователь; 10, 10' - впускные кулачки; 11, 11' - выпускные клапаны поршней; 12, 12' - упоры выпускных клапанов поршней; 13, 13' - выходные каналы; 14 - проницаемый поглощающий интервал; 15, 15' - промежуточные шестерни первой и второй рабочих групп, соответственно; 16, 16' - выходные муфты одностороннего действия реверсивного редуктора (мультипликатора); 17 - выходная шестерня с выходным валом; 18 - маховик; 19 - выходной вал; 20 - воздушный колпак; 21 - штуцер; 22 - промежуточный ролик-шкив.

Работает водяной двигатель следующим образом. Питательные емкости 1 и 1' наполняются водой из подземной водоносной зоны 2 через фильтры установленные в обсадной трубе большего диаметра. Один из поршней двигателя, например, поршень 5 подводится к своей верхней мертвой точке (ВМТ) - положение показано на фиг.1 (подводка поршня

производится с помощью вспомогательного устройства в т.ч. ручного, которое на фиг.1 не показано). При этом соединенный с ним поршень 5' устанавливается в своей нижней мертвой точке (НМТ). В таком состоянии двигателя поршень 5 установленным на нем кулачком 10 открывает впускной клапан 3 и вода из питательной емкости 1 поступает в полость поршня 5, а выпускной клапан 11' поршня 5' взаимодействует с упором 12', открывается и вода из поршня 5' вытекает в скважину 13' и далее в проницаемый поглощающий интервал 14. Полость поршня 5 заполняется водой, а полость поршня 5' освобождается от воды, при этом вес P₁ поршня 5 увеличивается, а вес Р₂ поршня 5' уменьшается. После завершения процессов заполнения-истечения, за счет превышения P₁>Р ₂ поршень 5 начинает движение вниз, при этом поршень 5' перемещается вверх. При движении поршня 5 вниз, а поршня 5' вверх перемещение каната 6 вызывает вращение шкивов 7 и 7' в направлении против часовой стрелки. Шкивы 7 и 7' сопряжены с валами посредством муфт одностороннего действия, например обгонных, установленных так, что при движении каната в каждом из направлений срабатывает одна из обгонных муфт. При движении поршня 5 вниз вращение передается от шкива 7 посредством обгонной муфты 8 на входной вал блока 7. Вращение входного вала шкива 7 посредством шестерен 15 и 17 (фиг.2), установленных в преобразователе попеременного реверсивного вращения входных валов во вращательное движение выходного вала 9, передается его выходному валу 19 на котором установлен маховик 18. При достижении поршнем 5 своей НМТ его выпускной клапан 11 взаимодействует с упором 12, установленным в скважине и открывается, а поршень 5' достигает своей ВМТ, при этом установленным на нем кулачком 10' открывается впускной клапан 3'. При таком положении поршней вода из полости поршня 5 вытекает, а полость поршня 5' наполняется водой. После завершения процессов заполнения-истечения, за счет превышения веса P₂>P₁, поршень 5' начинает двигаться вниз, при этом связанный с ним канатом 6 поршень 5 начинает перемещаться вверх. При движении поршня

5' вниз, а поршня 5 вверх перемещение каната вызывает вращение шкивов 7 и 7' в направлении по часовой стрелке. При таком направлении движения каната вращение шкива 7' посредством обгонной муфты 8' передается на входной вал шкива 7'. Вращение входного вала шкива 7' посредством шестерен 15' и 17 передается выходному валу 19. В последующем цикл работы двигателя повторяется.

Таким образом, в системе двух соединенных между собой канатом поршней, под действием гравитационных сил попеременно заполняемых водой поршней, устанавливаются их периодические движения вниз - вверх. Мощность, развиваемая в такой динамической системе, изначально определяется усилием в канате и линейной скоростью его движения, а на выходном валу - с учетом реверсивной трансмиссионной системы редукторного (мультипликаторного) типа.

В редукторе (мультипликаторе) преобразователя 9 дополнительно установлены выходные муфты одностороннего действия 16 и 16'. Применение в двигателе указанных муфт позволяет исключить холостое вращение шестерней 15 при передаче вращения от шкива 7' выходной шестерне 17, а также исключить холостое вращение входного вала шкива 7' при передаче вращения от шкива 7 посредством шестерней 15 выходной шестерне 17.

Остановка двигателя осуществляется с использованием сжатого воздуха, например, аккумулированного в баллоне (на фиг.1 не показан). Шлангом баллон с вентилем подсоединяется к штуцеру 21. Для остановки двигателя баллон подключается к штуцеру 21 и сжатый воздух поступает в кольцевой объем выше уровня жидкости - воздушный колпак 20. По мере увеличения давления в воздушном колпаке уровень в жидкости в кольцевом объеме начинает перемещаться вниз, а объем воздушного колпака - увеличиваться. При положении уровня жидкости ниже впускного клапана 3' исключается возможность поступления воды из кольцевого объема и 1' в

полость поршня 5' при очередном достижении им ВМТ. Работа двигателя прекращается.

В предлагаемом двигателе рабочий ход поршня 5 (5') от ВМТ до НМТ составляет расстояние (S _свд) от водоносной зоны до проницаемого поглощающего интервала, которое может составлять десятки и более метров и многократно превышает рабочий ход поршня (S_вд) кривошипно-шатунного механизма водяного двигателя по прототипу. При равных объемах полостей поршней работа выполняемая равным объемом воды при рабочем ходе поршня (А_свд) в предлагаемом двигателе А_свд=R_G*S _cвд многократно может превышать работу (А _вд) выполняемую при рабочем ходе поршня в прототипе А _вд=R_G*S_вд, то есть А_свд>А_вд , т.к. S_свд>S_вд . В формулах приняты следующие обозначения:

R _G - гравитационная сила, определяется силой тяжести поршня заполненного водой в воздухе, кг*м/с 2 (с целью упрощения упущены силы сопротивления движению поршней, действующие и в прототипе);

m - масса поршня с водой, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с 2 .

Гравитационный потенциал определяемый разницей глубин положения водоносного горизонта и поглощающего проницаемого интервала в предлагаемом водяном двигателе реализуется в полном объеме.

При этом, удельный расход воды, представляющий собой ее расход на совершение единицы работы и являющийся показателем энергоэффективности (энергоэкономичности) [3] у предлагаемого водяного двигателя существенно ниже (лучше) чем у прототипа, в условиях, большой разницы в глубинах положения водоносной зоны и проницаемого поглощающего горизонта.

Конструкцией и принципом работы предлагаемого водяного двигателя исключается неравномерность каждого из попеременных инициирующих

усилий, воздействующих на поршень. Объясняется это идентичностью условий их формирования.

Возможны и другие варианты питания скважинного водяного двигателя водой, например когда питательная емкость представлена расположенными выше устья скважины водоемами природного или искусственного происхождения, в т.ч. техническими гидросистемами.

Преимуществом предлагаемого нами технического решения по сравнению с водяным двигателем, принятым в качестве прототипа, являются более высокие показатели энергоэкономичности его работы в более широких горногидрогеологотехнических условиях, в т.ч. меньший удельный расход воды (расход воды на выполнение единицы работы), большая развиваемая мощность в разных гидрогеологотехнических условиях при прочих равных с прототипом условиях.

Двигатель может быть использован для обеспечения энергоснабжения в качестве преобразующего силового элемента в источнике электрической энергии при соединении его выходного вала (с маховиком) с электрогенератором.

замерзают, так как, используемое в нем рабочее тело - подземная вода не замерзает.

При других вариантах питания двигателя водой от ее источников природного происхождения расположенных выше дневной поверхности (река, озеро и др.) использование двигателя позволяет реализовать возобновляемый нетрадиционный источник электроэнергии. При осуществлении питания двигателя от источников искусственного происхождения (технические гидросистемы), в т.ч. сточных вод, использование двигателя может реализовать их гравитационный потенциал путем выработки электроэнергии. При этом, выполнившая свои функции в технических гидросистемах вода является вторичным энергетическим ресурсом.

При использовании предлагаемого двигателя в качестве источника энергии достигается эффект энергоресурсосбережения в сравнении с применением традиционных источников энергии и схем энергоснабжения.

Источники информации, принятые во внимание

1. Шамшев Ф.А. и др. Технология и техника разведочного бурения. Изд. 3-е, М., Недра, 1983 г., стр.464-469).

Читайте также: