CC BY
12
УДК 620.9:621.22
Алтунин К.В.
канд. техн. наук, доцент КНИТУ-КАИ
г. Казань, РФ
РАЗРАБОТКА ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОВЫШЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
Аннотация
Статья посвящена разработке нового экологически чистого гидростатического двигателя повышенной эффективности. Рассмотрена проблема загрязнения окружающей среды. Представлены материалы описания заявки на изобретение.
Ключевые слова: двигатель, эффективность, жидкость, поплавок, капсула
Введение
На сегодняшний день во всем мире продолжается активная выработка электроэнергии. Если посмотреть на статистику, то более 60% всей электроэнергии в мире вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС), около 18% - на гидроэлектростанциях (ГЭС), около 17% - на атомных электростанциях (АЭС) и около 1% - на геотермальных, приливных, солнечных, ветровых электростанциях [1]. Как известно, многие ТЭС работают на простом принципе - сжигании углеводородного сырья, при этом продукты сгорания неизбежно попадают в атмосферу.
Ученые многих стран уже несколько десятилетий подряд бьют тревогу о близкой экологической катастрофе. Проведенные исследования в разных областях приводят к выводу, что мы уже сталкиваемся с глобальными изменениями климата и внешней среды под воздействием деятельности человека. Загрязнение океанов из-за утечек нефти и нефтепродуктов, а также мусора дошло до огромных масштабов, что влияет на сокращение популяций многих видов животных и экосистему в целом. Растущее число машин каждый год приводит к большому выбросу углекислого газа в атмосферу, что, в свою очередь, ведет к осушению земли, обильным осадкам на материках, уменьшению количества кислорода в воздухе [2].
Тепловые машины ежегодно выбрасывают в окружающую среду около 60 млн тонн оксидов серы и примерно 200 млн тонн сажи. Количество окисей азота, соединений свинца, углеводородов также исчисляется миллионами тонн. В 2018 году в атмосферу было выброшено 33,9 млрд тонн углекислого газа, что на 2% больше, чем годом ранее. СО2 считается одной из главных причин парникового эффекта и изменения климата, а выхлопные газы автомобилей - основной источник токсичного смога в крупнейших городах мира. Концентрация вредных веществ в воздухе мегаполисов может превышать норму в десятки раз. С целью улучшения экологии и снижения энергозатрат в некоторых странах мира интенсивно развивается сфера альтернативной энергетики [3].
Однако альтернативная энергетика, основанная на прямом преобразовании энергии природных стихий, при удовлетворении существующих энергетических потребностей человечества может также нанести некоторый экологический ущерб. Такая тенденция обнаруживается уже в настоящее время при существующих, относительно малых, объемах использования таких энергетических установок. Например, безобидные ветроэнергоагрегаты, кроме локального влияния на скорость перемещения воздушных масс, создают опасный уровень звукового воздействия на окружающую среду - шум, в котором присутствует чрезвычайно опасный для всего живого инфразвук [4].
В статье рассматривается идея создания экологически чистого гидравлически-механического двигателя.
Цель работы: разработка нового энергоэффективного, безопасного и полностью экологически чистого двигателя с возможностью производства работы и выработки электроэнергии.
Разработка нового гидростатического двигателя
Поплавки в качестве рабочих элементов гидроустановок известны достаточно давно. Можно выделить несколько запатентованных разработок, например, такие как «Поплавковая
гидроэлектростанция» [5] и «Поплавковая волновая электростанция» [6]. Недостатком подобных изобретений является невозможность получения бесплатной энергии вне источника кинетической энергии воды или волн (например, подобные изобретения могут работать только лишь на реках, водных потоках, на поверхностях океанов, морей и т.д.).
В статье приводится фрагмент описания изобретения автора [7]. Для пояснения технической сущности предлагаемого изобретения рассмотрим рис. 1, 2, 3, 4, 5, 6, где: 1 - верхний валик, 2 - опора, 3 -гибкая сцепка, 4 - опора, 5 - верхний валик, 6 - гибкая сцепка, 7 - верхний валик, 8 - опора, 9 - поплавок, 10 - гибкая сцепка, 11 - жидкостная капсула, 12 - объем жидкости в жидкостной капсуле, 13 - объем жидкости в жидкостной капсуле, 14 - опора, 15 - гибкая сцепка, 16 - нижний валик, 17 - опора, 18 - гибкая сцепка, 19 - нижний валик, 20 - рельс, 21 - ось вращения нижнего валика, 22 - ось вращения нижнего валика, 23 - верхний валик, 24 - гибкая сцепка, 25 - гибкая сцепка, 26 - жидкостная капсула, 27 - опора, 28 - поплавок, 29 - объем жидкости в жидкостной капсуле, 30 - гибкая сцепка, 31 - рельс, 32 - ось вращения нижнего валика, 33 - нижний валик, 34 - опора, 35 - нижний валик, 36 - ось вращения нижнего валика, 37 - гибкая сцепка, 38 - опора, 39 - гибкая сцепка, 40 - объем жидкости в жидкостной капсуле, 41 - поплавок, 42 - жидкостная капсула, 43 - гибкая сцепка, 44 - опора, 45 - верхний валик, 46 - ось вращения нижнего валика, 47- нижний валик, 48 - гибкая сцепка, 49 - опора, 50 - гибкая сцепка, 51 - объем жидкости в жидкостной капсуле, 52 - поплавок, 53 - жидкостная капсула, 54 - гибкая сцепка, 55 - поплавок, 56 -жидкостная капсула, 57 - весы, 58 - рабочее колесо, 59 - рабочее колесо.
Из курса физика известно, что при погружении объема тела в жидкость (например, пресную воду) возникает так называемая сила Архимеда [8]. Закон Архимеда - один из законов статики жидкостей (гидростатики) и газов (аэростатики): на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая или подъёмная сила ¥а, равная весу объёма жидкости или газа V, вытесненного частью тела, погружённой в жидкость или газ с плотностью р:
ра = рдУ, (1)
где g - ускорение свободного падения, м/с2.
Закон открыт Архимедом в III веке до н. э. Так как сила Архимеда обусловлена силой тяжести, то в невесомости она не действует [9].
Рассмотрим рис. 1. Здесь в жидкостной капсуле 53 имеется объем жидкости 51 на уровне Н1 от дна этой капсулы. На поверхности жидкости находится поплавок 55, жестко соединенный с опорой 2. Предположим, что вес поплавка 55 вместе с опорой 2, а также вес жидкостной капсулы 53 (без жидкости) пренебрежимо малы по сравнению с весом объема жидкости 51 и ими можно пренебречь.
Рисунок 1 - Жидкостная капсула с поплавком на весах
Пусть в герметичном корпусе поплавка 55 содержится воздух. Сила тяжести объема жидкости 51 равна ¥т1. Теперь начнем давить на опору 2 вниз, тем самым добиваясь погружения поплавка 55 в жидкость, остановим движение, когда поплавок полностью уйдет под жидкость, а уровень жидкости поднимется на отметку Н2, тогда в этом случае возникает сила Архимеда ¥а2, которая уравновешивает силу ¥2, т.е. Fa2=F2, при этом весы 57 покажут другой, а именно больший вес: ¥т2=¥т1+¥а2 или ¥т2=¥т1+¥2 (рис. 2). Теперь зафиксируем опору 2 жестко с корпусом жидкостной капсулы 53, например, это можно сделать при помощи веревки, цепи и т.п. (здесь не приведены), т.е. уничтожим силу ¥2, уравновешивающую силу ¥а2. Тогда весы 57 вновь покажут вес ¥т1.
Рисунок 2 - Жидкостная капсула с погруженным поплавком и увеличенным весом
Таким образом, на основе третьего закона Ньютона (краткая формулировка закона в виде -«действие равно противодействию») [10] и закона Архимеда [8, 9] можно утверждать: «Сила тяжести объема жидкости в капсуле возрастает на столько, на сколько увеличивается сила Архимеда погружаемого тела в эту жидкость, при условии отсутствия прямых силовых контактов корпуса капсулы, содержащего жидкость, и оболочки погружаемого тела».
12 3 1 5 6 7 8 9
Рисунок 3 - Фрагмент гидростатического двигателя с капсулами и поплавками
~ 27 ~
Теперь рассмотрим, собственно, работу гидростатического двигателя [7]. На рис. 3 показана часть двигателя, где видно пять жидкостных капсул 53, 56, 11, 26, 42. Соседние жидкостные капсулы соединены при помощи гибких сцепок (это могут быть резиновые веревки, цепи и т.п.): верхние жидкостные капсулы соединены гибкими сцепками 3, 50, 6, 15, а нижние - при помощи гибких сцепок 24 и 37.
Гибкие сцепки необходимы для передачи движения от одной жидкостной капсулы к другой, при поворотах, подъеме и спуске они должны быть достаточно крепкими и обеспечивать плавность хода. Опоры 2, 4, 8, 27, 44 могут перемещаться вниз и вверх в соответствующем отверстии в верхней части жидкостной капсулы (на рис. цифрой не обозначены), на одном конце каждой такой опоры жестко закреплен поплавок, на другом - верхний валик, который может вращаться вокруг своей оси. Опоры 49, 14, 17, 34, 38 не перемещаются и жестко закреплены с корпусом соответствующей жидкостной капсулы внизу, на другом конце расположен соответствующий нижний валик, имеющий возможность вращения вокруг своей оси.
Таким образом, поплавки имеют возможность вертикального перемещения и погружения в жидкость в жидкостной капсуле, внизу каждой жидкостной капсулы на соответствующих опорах размещены нижние валики, которые могут вращаться вокруг своей оси: верхние жидкостные капсулы 53, 56, 11 жестко соединены с опорами 49, 14, 17, последние соединены с осями вращения нижних валиков 47, 16, 19 соответственно. На рис. 4 показан вид, где опора 49 содержит ось вращения 46 нижнего валика 47, т.е. нижний валик 47 свободно может вращаться вокруг оси 46, которая движется по рельсу 20.
Как видно из рис. 3, в каждой жидкостной капсуле содержится объем жидкости, поплавок, жестко соединенный с соответствующей опорой, на конце которой размещен верхний валик. Например, рассмотрим жидкостную капсулу 53, здесь видно, что объем жидкости 51 находится на уровне Н1, есть поплавок 55, плавающий на поверхности жидкости и жестко соединенный с опорой 2, на конце которой есть ось вращения (не показана цифрой), вокруг которой может вращаться верхний валик 1. Как видно из рис. 3, поплавок незначительно погружен в жидкость ввиду малости своего веса и веса опоры с валиком (к примеру, поплавок может быть изготовлен из пластмассовой оболочки и наполнен воздухом, верхний валик - из легкой прорезиненной ткани). Аналогично устроены остальные жидкостные капсулы.
Рисунок 4 - Вид А с фрагмента на рис. 3
Рассмотрим нижнюю жидкостную капсулу 42 и ее устройство. Здесь ось вращения 36 нижнего валика 35 движется по рельсу 31, поплавок 41 погружен в жидкость, уровень которой поднимается до Н2, опора 44 и верхний валик 45 находятся в более низком положении (при этом верхний валик 45 не должен касаться жидкостной капсулы 42).
Аналогичным образом выглядит соседняя жидкостная капсула 26, поплавок 28, опора 27, верхний валик 23 и нижний валик 33. На рис. 4 видно, что опора 44 содержит ось (цифрой не показана), вокруг которой вращается верхний валик 45.
Рассмотрим расстановку сил. Предположим, что вес жидкости ¥т1 в каждой жидкостной капсуле равен силе Архимеда ¥а2, возникающей при полном погружении соответствующего поплавка в жидкость.
~ 28 ~
Таким образом, сила ¥т1 уравновешена силой ^2, при этом получается, как и в предыдущим примере, что Рт2=Рт1+Ра2- Здесь также вес валиков, опор, жидкостных капсул, гибких сцепок, расположенных сверху, уравновешивается весом валиков, опор, жидкостных капсул, гибких сцепок, расположенных снизу на рис. 3, т.е. жидкостные капсулы 42, 26 движутся вниз, а жидкостные капсулы 53, 56, 11 движутся вверх на участке подъема-спуска (рис. 3, 5) под каким-то определенным углом, например, 300-400 (рис. 5).
53 1 5 56 7 11
Рисунок 5 - Фрагмент гидростатического двигателя (схема, вид сбоку)
Рельсы 20, 31 необходимы для предотвращения сваливания жидкостных капсул вниз и обеспечения направления движения. Таким образом, жидкостные капсулы движутся так, как показано на рис. 6, проходя этап подъема, поворота, спуска, вновь поворота и следующего подъема, что напоминает работу конвейера. На рис. 6 есть два рабочих колеса 58, 59, которые вращаются и находятся в зацеплении с жидкостными капсулами. Оси рабочих колес 58, 59 могут быть соединены с соответствующими редукторами и генераторами электрического тока (здесь не показаны).
Б
53 56 11 58
59
Рисунок 6 - Гидростатический двигатель (схема, вид сверху)
Заключение
Из всего вышесказанного можно сделать вывод: разработанный гидростатический двигатель позволяет получать бесплатную работу и энергию, работая лишь на двух основных силах - тяжести и Архимеда. В качестве рабочей жидкости можно использовать, к примеру, пресную или солёную воду.
В заключение можно отметить, что традиционные ТЭС, АЭС, ГЭС даже при быстрой их модернизации не смогут решить многие проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды, а также производством и надежной поставкой электроэнергии потребителям. Необходимо уже сейчас создавать, проводить экспериментальные исследования и внедрять новые технические разработки. Вполне возможно, что разработанный гидростатический двигатель сможет эффективно работать и производить электрическую энергию в XXI веке.
Намечены пути дальнейших исследований. Список использованной литературы:
1. Электроэнергетика мира [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://xstud.ru/132485/geografiya/elektroenergetika_mira, свободный. - (дата обращения 22.02.2021). 7
2. Загрязнение окружающей среды: экологические проблемы природы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://tion.ru/blog/zagryaznenie-okruzhayushchej-sredy/, свободный. - (дата обращения 22.02.2021). 8
3. Тепловые машины и их влияние на окружающую среду [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://cleanbin.ru/problems/heat-machines, свободный. - (дата обращения 22.02.2021). 9
4. Рульс В.В. Вечный двигатель второго рода и становление II закона термодинамики // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Социально-экономические и гуманитарные науки. Секция «Концепции современного естествознания». 2012. - С. 436-437. 10
5. Поплавковая гидроэлектростанция: пат. 1665 на полезную модель Респ. Беларусь №20040058/ Степанович Н.И.; заявл. 18.02.2004; опубл. 30.12.2004. 3 с. ГОСТ: ГОСТ Р 7.0.5-2008. 1
6. Поплавковая волновая электростанция: пат. 2513070 Рос. Федерация №2012146780/06 / Сеньков А.П., Калмыков А Н., Сеньков А.А.; заявл. 01.11.2012; опубл. 20.04.2014. Бюл. №11. 9 с. ГОСТ: ГОСТ Р 7.0.5-2008. 2
7. Вечный двигатель гидравлический: заявка на изобретение Рос. Фед. №2017127648 / Алтунин К.В.; заявл. 01.08.2017; опубл. 04.02.2019. Бюл. №04. 1 с. ГОСТ: ГОСТ Р 7.0.5-2008. 3
8. Закон Архимеда [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Архимеда, свободный. - (дата обращения 22.02.2021). 4
9. Архимеда закон // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю.С. Осипов. - М.: Большая российская энциклопедия, 2004-2017. 5
10. Третий закон Ньютона [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Третий_закон_Ньютона, свободный. - (дата обращения 22.02.2021). 6
© Алтунин К.В., 2021
УДК 004.83
Гарифуллин И.М.
Студент гр. 11-921 Казанский (Приволжский) федеральный университет Институт информационных технологий и интеллектуальных систем
г. Казань, Российская Федерация
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕЙРОСЕТЕЙ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ МОШЕННЕЧЕСКИХ ТРАНЗАКЦИЙ
Аннотация
В данной статье затронута тема использования нейросетей для выявления, обнаружения и
