Гравитационная энергоустановка (Вариант №1)

 " Гравитационная энергоустановка" предназначена  для выработки электроэнергии,   применяемая в промышленности  и бытовых  нуждах населения. Преимущество данного изобретения заключается в следующем: 

        1.Для производства электроэнергии не нужны дорогостоящие энергоресурсы. 

        2 . Выработка электроэнергии позволяет выполнять установку в дискретном ряду мощности от десятки киловатт до мегаватт.

        3 . Изобретение относится  к виду энергетики " экоэнергетика " имея в виду получение чистой энергии , не вызывающие загрязнения окружающей среды .

       4 . Работа гравитационной энергоустановки ( ГЭУ ) независимая от энергоресурсов , от капризов природы , 

      5 . Строительство ГЭУ можно осуществить в любом месте и любой мощности . 

   Аналогов подобно ГЭУ нет, поэтому данный проект является уникальным в мировой практике .    Изобретение относится к области техники - электроэнергетика . По международной патентной квалификацией (МПК ) изобретение относится к F03G  гравитационные двигатели , которые используют природные источники энергии  В60K 16 /00 .      На рис.1 представлена ​​гравитационная энергоустановка , предназначенная для преобразования гравитационной энергии в электрическую. Она состоит:      

               1.Цилиндр рис.1 поз.1 заполненного жидкостью , в котором находится два рычага-пустышки рис. 1 поз.2 , что создает силу Архимеда.  Рычаги крепятся между собой  с помощью соединительного кольца рис. 1 поз.7  с 12ти отверстиями диаметром 20 миллиметров по окружности. 

                В вертикальном положении, вследствие подъемной силы, грузик, который крепится к крышке рычага  рис.1 поз.1  в верхнем положении будет находится на большем расстоянии от центра цилиндра рис.1 поз.5, чем нижний грузик.  Таким образом , момент силы верхнего плеча будет больше  нижнего.

       4.Центр цилиндра рис.1 поз.5 слева прикреплен к стойке рис.1 поз.8 с помощью шарикоподшипниковой системы  а справа к шестерне-маховик рис. 1 поз.10  , которая вращает вал электрогенератора рис.1  поз.12 . 

                   5.Рычаги рис.1 поз.1 проходят через центр крышки , которая закрывает цилиндр.     В исходном состоянии (рычаги в вертикальном положении ) верхний грузик находится в самой крайней верхней точке относительно центра крепления цилиндра , а нижний находится ближе к этому центру крепления цилиндра. Поэтому , крутящий момент силы , относительно центра крепления цилиндра  в левой части устройства , меньше чем в правой (при вращении за часовой стрелкой) . Система (рычаг, цилиндр) - начинает вращаться за часовой стрелкой и в горизонтальном положении крутящий момент будет самый наибольший. При достижении грузиков вертикального положения состояние системы повторяется.     Если разместить два цилиндра взаимно перпендикулярно , тогда система будет выполнять работу в два раза мощнее. Каскадное соединение этой установки , относительно вала вращения , позволяет увеличить мощность в десятки раз. Мощность можно увеличивать за счет изменения объема рычагов-пустышки и веса грузиков .     Способ преобразования энергии гравитации в механическую и представляет  собой настоящее изобретение. Гравитация - это неисчерпаемый источник энергии , которая всегда присутствует и не зависит от условий природы. Грузик поднимается  вверх , вследствие  закона Архимеда , увеличивается потенциальная энергия (энергия гравитации) , затем за счет гравитации грузик падает и энергия гравитации преобразуется в механическую энергию , часть которой превращается в электрическую. Таким образом , выполняется Закон сохранения энергии.     Применяя в нашем случае конструкцию, состоящую из цилиндра наполненную жидкостью (вода, карбогал - плотность которой в два раза больше воды ) в котором находятся рычаги с грузиками . Подъемная сила Архимеда системы действует как на  верхний так и нижний рычаги. На нижний рычаг действует сила направленная вверх, вследствие разности веса столба воды верхней поверхности нижнего рычага и поршня, который находится в самой нижнем положении цилиндра. В вертикальном положении момент верхнего плеча с грузом больше чем момент нижнего плеча , поэтому создается крутящий момент , позволяющий вращать плечо с грузом , то есть создается механическая энергия . Маховик - шестерня , который прикреплен к цилиндру вращается , приводя во вращение электрогенератор .  Остановка вращения рычагов производится с помощью системы блокировки .

     Принцип работы ГЭУ рассмотрим в сравнении с обычной гидроэлектростанции. Для работы ГЭС необходимо создать поток воды. Для работы ГЭУ необходимо через каждые пол-оборота рычага поднимать грузики, например на высоту 0,5 метра от своего среднего положения. Грузики представляют собой металл, который по плотности больше, чем вода в 8 раз.  Примем, скорость вращения рычага около 1 об./сек, тогда пол-оборота будет составлять  0,5 сек. Значить необходимо создать ускорение грузикам массой 50*2=100 кг, чтобы средняя скорость была равна 0,5м/0,5сек=1 м/сек. Из формулы s=at2/2 находим а=2s/t2 =2*0,5/(0,5)2 = 4 м/сек2 . На основании формулы F=ma = 100кг*4м/сек2 = 400 Н, или Fускорение=40,0 кГ  находим Архимедову силу необходимую для поднятия грузиков в интервале времени 0,5 секунд со скоростью 1 м/сек.

     Для поднятия грузиков, например весом 100  кГ и создания ускорения для поднятия грузиков на высоту 0,5 метра  необходимо создать пустышку с Архимедовой силой около: FАрх.= 100 кГ плюс (Fускорение=40,0 кГ) , итого равно – 140 кГ.   

 

 

Расчет мощности гравитационного энергоустановки .

 

     Предварительные данные .   

          1.Размеры сосуды Архимеда (рычаги-пустышки) рис.1 поз.2 радиус r = 0,25 м ; высота = 1,1 м , тогда VАрх . = πr2 h = 3.14 * ( 0,25 )2 * 1,1 = 0,216 м3, плюс полтора рычага с объемом около 0,324м3  , если использовать жидкость вода, удельный вес , которой составляет 1000кг/м3 , тогда грузоподъемность пустышки будет составляет 324,0 кГ , массу грузиков примем по 80кг и пусть подъем их составляет 0,5 метра. Необходимо вычислить ускорение с которым будет подниматься пустышка : сила , которая действует противоположно силе Архимеда состоит из силы тяжести грузиков, рычагов :      Fгрузик + Fрычаг = 80 * 2 +20 * 2 ​​= 200 кГ , тогда  разница силы , которая поднимает рычаги , грузик равен:    Fподъемная = FАрх . - Fг  + р = 324.0 - 200 = 124,0 кГ.     

 Подъемная сила, действующая на пустышку , рычаги , грузики  равна Fподъемная = mг + р * a , так как 1Н = 1кг * 1м / с2, 1кГ = 9,8 Н , тогда 1240.0 Н = 200кг * а , ускорение равно  а = 1240,0 / 200 = 6,2 м/с2 . Так  как,  цикл системы вращения в рабочем режиме планируется 1об./сек , тогда временной интервал подъема грузиков  составляет 0,5 секунд. высота подъема равна: h = at2 / 2 = 6,2 м/с2 * (0,5 c ) 2 /2 = 0,755 м , следовательно условие выполняется , так как запланированный подъем 0,5 секунд равен 0,5 метра. 

2.Размер цилиндра равен :

            ● длина цилиндра равна : lцилиндра = lвтулка + lрычаг_нижний = 0,7 + 1,1= 1,8 м. 

             3.Максимальний размер плеча относительно центра крепления цилиндра равна  2lmax плеча =1/ 2 lцилиндра + lрычаг_ верхний /2   = 0,9 +1,1/2 = 1,45м.           

            4.Минимальний размер плеча равен 1 /2 lцилиндра +  lрычаг_нижний/2 – (0,5)= 0,9 + 0,05=0,95 м. 

             5.Линейная скорость вращения грузиков энергоустановки равна: 

                   Ддиаметр вращения = 2lmax плеча = 2 × 1,45 = 2,9 м. 

                     Lдовжина круга = π × Д диаметр вращения = 3,14 × 2,9 = 9,11м      

Линейная скорость вращения грузиков V = √ 2 × g × s = √ 2 × 9,8 × 9,11 = 13,3 м / с . 

               Время одного оборота установки равна:  

                  Lдлина круга / V = 9,11 / 13,3 = 0,68 с , соответственно за 1 секунду 1/ 0,68с = 1,47 оборотов .

  Угловая скорость равна :                   Wугловая скорость = αоборотов × 2π = 1,47 × 2 × 3,14 = 9,21 рад / с . 

    6 . Вычислим момент силы левого и правого плеч :        Мправое  плечо = Fгрузика × Lправое плечо = 80,0кг × 1,45 м = 116,0 кГм = 1160Нм        Млевое плечо = Fгрузика × Lлевое плечо = 80,0кг × 0,95 м = 76, кГм = 760Нм . 

    7 . Крутящий момент равен:     Мвращательный момент = Мправое плечо - Млевое плечо = 1160,0 – 760,0 = 400,0 Нм .  

   8.Мощность  установки равна:   Р = М × Wугловая скорость = 400,0 × 9,21 = 3684,00 Вт / сек. 

    9.Работа за один час энергоустановки равна:     А = М × W × t = 400 × 9,21 × 3600 = 13262400 Вт×час . или 13,262400 МВт×час .

     Это вся энергия, которая получается при холостом ходе в результате разницы моментов силы между левым и правым рычагами. Но мы будем использовать только часть этой энергии. Так как остальная часть энергии  необходима для условия вращения этой энергоустановки и потери, связанные с преодолением трения. Примем за расчетную проектную мощность около 3000,0 Вт. Так как это опытный проектируемый образец (с возможно наименьшими размерами), поэтому получаем  наименьшую приемлемую мощность. 

    Рассматривая аналогию с ГЭС,  приходим к следующему выводу:

                 1.В ГЭУ грузики за 0,5 сек поднимаются на высоту от среднего положения на 0,5 метра  и поэтому создается вращательный момент силы.

                  2. Для ГЭС – этот же процесс долговременный (для поднятия воды используется природные явления, испарение воды под воздействием солнечной радиации превращается в водяной пар, который подымается  вверх  и виде осадков наполняет опять  горные реки водой ).

    Как видим полный аналог принципа работы ГЭС и ГЭУ, разница только в быстропротекающем процессе. ГЭУ более компактна той же мощности,  чем ГЭС. Это первый вариант энергоустановки  предназначен для ряда мощностей 10кВт, 20 кВт, 30 кВт, 50 кВт.

На сайте  http://www.universag.com  рассмотрены три варианта.      

     «Гравитационная энергоустановка»  под управлением микропроцессора

предназначена  для ряда мощностей 100 кВт, 200 кВт, 300 кВт, 500 кВт, 1000 кВт, 10 МВт, 20 МВт, 50 МВт, 100 МВт и так далее.

      «Гидроэлектростанция закрытого вида»  представляет  альтернативу атомной станции по мощности, и не несут угрозы радиоактивного заражения.

        Гравитационные энергоустановки не зависят от природных условий, поэтому они работают непрерывно. Их можно устанавливать в любом месте и любой мощности,  в том числе и под землей. В силу того что ГЭУ компактна можно использовать принцип резервного переключения, поэтому линии электропередач на большие расстояния не нужны.  

Разъяснение принципа работы ГЭУ   

 

   Интерес к изобретению «Гравитационная энергоустановка» проявляется тысячами хитов на сайте http://www.universag.com  и не только. При беседе с клиентами,  нуждающимися в этой установке, возникает вопрос,  откуда берется энергия и не противоречить ли это закону сохранения энергии.  Давайте разберемся в этом процессе от начала и до конца итак все, по порядку. Примем начальное состояние ГЭУ  вертикальное. В этом состоянии верхний рычаг относительно  оси крепления цилиндра  находится на большем расстоянии, чем нижний рычаг за счет действия силы Архимеда ,равная в нашем случае около 300 кГ,  состоящая  из силы Архимеда верхнего рычага и силы действующей на поршень нижнего рычага равного разности между высотой столба воды цилиндра  и столбом воды, действующая на верхнюю часть нижнего рычага.

     Сила Архимеда состоит из разности тяжести высот столбов воды между нижней и верхней поверхностей пустотелого тела, которая равна  весу высоты столба жидкости т.е. высоты пустотелого тела. Это  и есть сила гравитации, которая  в нашем случае  поднимает грузики вверх. Как видим в первые пол-оборота гравитация помогает поднимать грузики, а в следующие пол-оборота та же гравитация создает силу вращения рычагов.

Таким образом, всегда в цилиндре будет находится 1,5 длины рычага, а это значит, что пустотелая деталь рычаг будет занимать объем 0,3 м3 . Так как, это состояние неустойчивое, тогда крутящий момент силы будет направлен  либо по часовой или против часовой стрелки. Но мы толкнем по рычагу против часовой стрелки. Верхний рычаг, вращаясь против часовой стрелки, займет нижнее положение, а нижний рычаг – верхнее положение. Чтобы это произошло, необходимо в секторе 450 слева и справа относительно вертикальной оси действовала сила, которая бы компенсировала вес рычагов и грузиков и придала этой массе ускоряющую силу, необходимую для поднятия рычагов вверх на расстояние 0,5 метра за 0,25 секунд из расчета рабочего вращения 1 оборот за одну секунду цикла вращения рычагов.         Силы Кориолиса при ускоряющем движении рычага вверх будут создавать при круговом вращении грузиков дополнительную силу, направленную от центра по направлению радиуса вращения.

Ускорение Кориолиса вычислим по формуле:

                ак = 2×v×w  где, v – постоянная по величине скорость  рычагов, направленная по радиусу, которая равна в нашем случае 1 м/с , т.к. по условию перемещения грузиков на расстояние 0,5 метров за 0,5 секунд и составит 1 м/сек.

                w -  круговая скорость равна:

                w=α×2π = 1оборот за секунду × 2×3,14 = 6,28 рад/сек  ,где

                     α – число оборотов за секунду, в нашем случае равно 1 оборот за секунду, (число оборотов зависит от длины рычагов, время одного оборота установки равна:  

                  Lдлина круга / V = 9,11 / 13,3 = 0,68 с , соответственно за 1 секунду 1/ 0,68с = 1,47 оборотов  при холостом ходе. ) это условие рабочего состояния при котором установка будет работать, тогда ускорение Кориолиса равна:

                     ак = 2×1×6,28 = 12,56 м/сек2 .

    Сила Кориолиса равна:

   FK = m×ak = 200× 12,56 = 2512 Н , это дополнительная сила, направленная вверх, будет способствовать еще большему ускорению поднятия грузиков.      

Проведем опыт с этими рычагами и будем окунать в воду прикладывая силу равную Архимеда этого пустотелого тела. Таким образом, мы затратим энергию на преодолении силы Архимеда около 300кГ. Теперь силу, приложенную к рычагам уберем и тогда сила Архимеда создаст телу ускоренное движение вверх. Как понятно из опыта две силы равны  и поэтому Закон сохранения энергии соблюдается. В нашем случае с установкой зануривания  нет, поэтому затраты на преодоления этого процесса отсутствуют. Каждые пол-оборота импульс гравитационной энергии преобразуется в кинетическую энергию вращения рычагов и маховика, которая образуется за счет разности моментов силы левого и правого рычагов. Эта кинетическая энергия грузиков, если сравнить с потоком воды падающей с высоты гребли на турбину гидроэлектростанции, в нашем случае часть этой энергии используется для преобразовании механической энергии в электрическую. Такой процесс происходит и с ГЭС, мы забираем только часть энергии потока воды, если больше, тогда турбина остановится.   Остальная часть энергии используется для создания условия вращения крутящего момента грузиков установки. Закон сохранения энергии соблюдается:

  1. Та часть энергии, которая преобразуется в электрическую (т.е. гравитационная энергия ) и используется для производственных нужд, преобразуется в механическую или тепловую или другую энергию.
  2. Таким образом, энергия не возникает из ничего и не исчезает, сколько мы ее взяли столько и возвратили назад.  

       Сам физический процесс возврата использованной энергии обратно в гравитационное поле здесь  рассматривать нет смысла, главное что Закон сохранения  энергии соблюден и говорить о об установке как «вечный двигатель» первого или второго рода нет признаков для доказательства.

  Отвечая на вопрос о том, что грузики с каждым оборотом все меньше будут подыматься вверх, можно сказать, что это может случиться, когда скорость вращения рычагов увеличится на большую величину, чем  расчетная, но этого не произойдет по двум причинам. Если скорость вращения увеличится, тогда момент  силы уменьшится из-за уменьшения рычага,  а это приведет к уменьшению силы вращения и скорость установится согласно расчетной т.е. произойдет процесс автоматического саморегулирования. Расчетная ускоряющая сила Архимеда задается больше чем нужно, с учетом  на преодоление противодействующих сил.  Вторая причина - это если увеличится трение по сравнению с расчетными данными, но такое условие неприемлемое для этой установки. Теперь поговорим о противодействующих силах, которые могут создать трудности работы этой установки.

     Первое на что хочется обратить внимание это на высокотехнологическое производство этой установки. Точность,  чистота обработки деталей должна соответствовать самым высоким требованиям. Для уменьшения трения используется антифрикционное покрытие на основе фторопластовых соединений, работающих в режиме сухого трения. Как рекламируют производители этих покрытий в таких условиях они гарантируют непрерывную работу в течении 7 лет. Потери на преодоления сопротивления воздуха на таких скоростях не представляется серьезной помехой. Вязкость жидкости (в нашем случае вода) для материала стеклопластик из которого будет изготавливаться рычаги, не может существенно повлиять на потери, препятствующие поступательному движению рычагов.   Опытный образец установки спроектирован с  минимальными габаритными размерами, при которых возможно осуществить данный проект. Если вместо воды применить чудо жидкость карбогал, тогда габариты установки можно уменьшить в два раза. Физико-химические характеристики карбогала лучшие чем у воды: плотность составляет 1800 кг/м3 , температура замерзания ( – 1000 С), вязкость такая как и у воды.