Водяной вакуумно - насосный двигатель

 

МБОУ гимназия имени Ф.К. Салманова

Научно-практическая конференция молодых исследователей

 «Светочи России»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Водяной вакуумно - насосный двигатель                                                                                                   Выполнил:                                                                                         Ученик 7Б класса                                                                                            Бузаджи  Александр

 

 

                                                                                            Учитель: Федоров В.Л.

 

 

 

 

 

 

 

Город Сургут

2017 год.

 

 

 

Содержание

 

I.   Введение…………………………………………………………………..3

II. Теоретическая часть………………………………………………………....3- 7

           III. Практическая часть…………… ……………………………………..    8-9

           IV. Вывод…………………………………………………………………… 9-10

           V. Список использованной литературы…………………………….......... 10          

          VI Приложение1,2,3…….......................……………………………  11-15

         

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.                  Введение

 

Проблема создания экологически чистого двигателя меня всегда интересовала. В будущем я собираюсь связать свою жизнь с миром техники и электроники. Проблема загрязнения окружающей среды двигателями внутреннего сгорания очень актуальна для жителей городов. Электродвигатели требуют затраты на электроэнергию и привязаны к источникам электроэнергии. Ученые придумали водородные двигатели, но они сложны и затратны. Чудо двигатель Николы Тесло в наше время никто воспроизвести не может. Поэтому в последнее время большое внимание уделяется разработке двигателей на основе физических принципов. Зная, как страдает здоровье людей, животных и растений от загрязнения воздуха и почвы выхлопными газами я мечтал изобрести экологически безвредный двигатель. Проанализировав известные мне физические принципы движения и перемещения, я попытался их скомбинировать в замкнутую цепь и изготовить действующий макет принципиально нового экологически безопасного двигателя. Который будет:

 во-первых -  прост в изготовлении;

во-вторых – будет разработан на принципах вакуумной камеры; насоса, струи воды,  передаточного отношения зубчатого механизма; противовесов; и клапанной системы;

в-третьих – будет недорогим;

в-четвёртых – будет хорошим образцом для изготовления водяного вакуумно- насосного двигателя;

в-пятых  - будет практичным.

Для этого я поставил себе цель:

спроектировать и изготовить действующий макет «Водяного вакуумно-насосного двигателя».

Задачи:

1. Изучить  информацию по теме

2.Исследовать принципы работы кривошипно-шатунного механизма; ручного насоса для скважин; сердечно-сосудистой системы человека; мельничного водяного колеса; клапанной системы; противовесов; коробки передач.

3. Анализировать и систематизировать знания изученного материала в замкнутую систему передачи вращательного и поступательного движения.

4. Разработать макет «водяного вакуумно-насосного двигателя»

а) Выбрать способ управления макетом

б) Подобрать материалы

в) Собрать макет

5. Испытать действующий макет в естественных условиях

6. Сделать выводы.

II.Теоретическая часть

Многие изобретатели безуспешно пытались изобрести «Вечный двигатель». Однако благодаря их усилиям накопилось много интересных  теоретических и практических наработок.

Факты для размышления

  Что, как  не вечный двигатель представляет собой работа системы кровообращения в организме человека. Если  вести правильный образ жизни, при котором на смену отмершей клетки будет рождаться такая же здоровая клетка – вот Вам и вечный двигатель. По библии первый человек жил на земле около 1000 лет.

                          Схема системы кровообращения человека  

Сердце- четырехкамерный насос, толкающий и всасывающий кровь; сердечные клапана – регулируют направление движения крови, давление в сосудах и создают вакуум для всасывания венозной крови; сосуды разного диаметра- усиливают или уменьшают давление крови при ее циркуляции.

  В Журнале «Техника молодежи « в 80е годы опубликовывалась статья о практическом применении вакуумного насоса для поднимания воды из реки на дачу расположенной на 5 метров выше  уровня реки.

  На дачах поднимают воду с десятка метров, из пробуренных скважин, на поверхность земли, с помощью ручного насоса «качка» - разработанного на основе поршневой системы и рычага.

Падающая вода крутит колесо и жернова мельниц и турбины электростанций.

  Из курса физики известно, что если из одного, из двух сосудов с водой соединенных между собой трубкой вылить воду, то она пополнится из другого до одинакового уровня. А если эти сосуды будут герметичны, то образующийся вакуум, втягивает в себя порцию воды равную вылитой порции.

  Из курса Технологии известно, что передавая вращение с зубчатого колеса меньшего диаметра на колесо большего диаметра можно увеличить мощность и наоборот увеличить скорость вращения передавая вращение с зубчатого колеса большего диаметра на колесо меньшего диаметра.

  Также известно, что если сместить центр тяжести на колесе за счет противовеса, то при его вращении можно увеличить центробежную силу в определенном моменте вращения.

     Проанализировав данную информацию, мне захотелось ее систематизировать, в замкнутую систему передачи вращательного и поступательного движения и заново проанализировав  провести испытание на макете.

Основная часть

  Из герметичного  сосуда с водой поднятого на высоту вытекает вода и крутит колесо с лопастями. Этот сосуд герметично соединен с другим сосудом с водой, поэтому он будет пополняться водой из второго сосуда. (образующийся вакуум затягивает воду). Можно  замкнуть эту цепь, так, что бы вытекаемая  из первого сосуда вода,  после вращения колеса попадала во второй сосуд.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок №1

Напрашивается вопрос, а хватит ли силы для подъема воды на высоту первого сосуда и силы струи,  позволяющего крутить колесо?

 Не будем напрягаться в расчетах,  а просто включим в эту цепь насос, приводимый в движение от вала на котором неподвижно закреплено колесо, с лопастями вращаемое струей воды и герметично соединим его с первым сосудом. Насос представляет собой- поршень двигающийся в цилиндре по принципу работы кривошипно-шатунного механизма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                   

 

 

 

Рисунок №2

Проанализируем принцип работы:

1) вода вращает  колесо неподвижно насаженное на вал

2)    вал, вращаясь, приводит в поступательное движение поршень через кривошипно-шатунный механизм

3)    поршень идет вниз и тянет воду на себя, помогая поднимать воду в первый сосуд, и  проталкивает воду во второй сосуд

4)    двигаясь вверх, поршень толкает воду в обратном направлении, создавая давление в первом сосуде, и усиливает струю воды крутящую колесо с лопастями.

  Чтобы вода не вытекала под давлением поршня из первого сосуда во второй сосуд, поставим между ними клапан пропускающий воду только в одном направлении.

Чтобы увеличить мощность поступательного движения поршня,  поставим перед кривошипно-шатунным механизмом, шестереночный механизм усиления мощности  (с  меньшей шестерни на большую и так несколько раз - коробка передач).

Можно вращающийся вал соединить с генератором тока и получаемую энергию использовать для нагревания воды усиливая давление (вода при нагревании расширяется), можно эту энергию подвести к электродвигателю, который будет увеличивать скорость и мощность поступательного движения поршня в этой системе.

     На колесе и валу  можно установить уравновешенные противовесы, помогающие увеличивать центробежную силу вращения в нужной точке поворота колеса и расположения поршня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                   

 

 

 

 

Рисунок №3

 

III.Практическая часть

   Мои возможности и способности очень ограничены возрастными и социальными условиями, но моя идея интересна, оригинальна и гуманна.          Разработать водяной вакуумно-насосный двигатель мне пока не под силу, а сделать макет такого двигателя, показывающий принцип его работы я могу.

Описание работы

Для работы понадобились:

Материалы:

1.     Доска 30*200*500 мм

2.     Тонколистовой метал толщиной 0,2-0,3 мм

3.     Брусок 25*25*700 мм

4.     Брусок 70*70*700 мм

5.     Круглая коробка из- под чипсов

6.     Клей

7.     Краска аэрозольная

8.     Брусок 60*150*500 мм

9.  Гвозди и шурупы различного размера

10. Шканты 6*30 мм

11. Соединительные шланги

12. Клей «Момент»

 13 Пластиковая ёмкость из- под воды

 

 Инструменты и приспособления:

1.     Разметочные инструменты

2.     Ножовка

3.     Набор напильников

4.     Ножницы по металлу

5.     Сверла (набор)

6.     Сверлильный станок

7.     Токарный станок по обработке древесины

8.     Молоток

9.     Набор отвёрток

 

Приготовив всё необходимое, я  приступил  к работе.

1.     Выточил вал диаметром 15 мм на СТД-120М

2.     Выточил поршень диаметром 60 мм на СТД-120М

3.     Выточил конус на СТД-120М и изготовил из него шатун

4.     Выточил вал диаметром 7 мм на СТД-120М и изготовил поршневой палец и шейку для шатуна

5.     Из остатков заготовки для поршня изготовил щечки кривошипно-шатунного механизма

6.     Собрал кривошипно-шатунный механизм и закрепил его на валу

7.     Изготовил цилиндр из коробки от  чипсов и вставил в него поршень

8.     Из бруса 60*150 мм изготовил головку цилиндра, выточив углубление под поршень на СТД-120М

9.     Из бруса 60*150 мм изготовил колесо на СТД-120М и пропилил в нем прорези под лопасти

10.  Из ТЛМ 0,3 мм изготовил лопасти и закрепил их на колесе

11.  Из ТЛМ 0,3 мм изготовил поддон

12.  Из доски 30*200*500 мм изготовил основание макета

13.  Из бруса 60*150 мм изготовил стойки и просверлил в них отверстия под вал.

14.  Собрал макет, скрепляя детали шурупами, гвоздями, клеем и шкантами.

Экономические расчёты:

l  Доска 30*200*500 мм- 105 руб.

l  Тонколистовой метал толщиной 0,2-0,3 мм 1*1 м- 96 руб.

l  Брусок 25*25*700 мм- 50 руб.

l  Брусок 70*70*700 мм- 280 руб.

l  Мелкие расходы- 200 руб.

l  Брусок 60*150*500 мм- 105- 205 руб.

l  11. Соединительные шланги 5 м- 340 руб.

Итого:  1276 руб.

 

IV. Вывод:

 

Исследовав принципы работы кривошипно-шатунного механизма; ручного насоса для скважин; сердечно-сосудистой системы человека; мельничного водяного колеса; клапанной системы; противовесов; коробки передач.

Проанализировал и систематизировал знания изученного материала и спроектировал замкнутую систему передачи вращательного и поступательного движения.

Я, спроектировал, изготовил и испытал действующий макет «водяного вакуумно-насосного двигателя». Таким образом, я добился поставленной цели.

 

Созданную модель можно использовать как:

      Наглядное пособие для изучения работы двигателя внутреннего сгорания и колеса мельницы.

      Наглядное пособие изучения действия двух герметично соединенных сосудов с водой.

      Для проведения разработки и создания водяного вакуумно- насосного двигателя

Считаю, что человек всегда должен развиваться, пусть даже начиная с простых на первый взгляд работ как, моя сейчас.

Я  изготовил и могу продемонстрировать работу системы передачи вращательного и поступательного движений на изготовленном нами макете  «Водяного вакуумно-насосного двигателя».

2017 год назван в России годом «Экологической безопасности».

   Как патриот своей страны, мою разработку я посвящаю году «Экологической безопасности» в России.

Чтобы изготовить водяной вакуумно- насосный двигатель,

 нужен производственный цех-лаборатория. Необходимы точные механические расчеты. Таких возможностей у меня нет.

V. Литература и Интернет- ресурсы:

 

1.     Шпаковский В.О. «Для тех, кто любит мастерить». М., Просвещение, 1990г.

2.     http:// krivoshipno-shatunnyj-mehanizm/

3.     https://yandex.ru/images/

4.     https://easy-physic.ru/soobshhayushhiesya-sosudy/

5.     https://sadovodu.com/2016/12/

6.     https://yandex.ru/search/?tex

7.     П27  Физика. 7 кл. : учебник для общеобразовательных учреждений/ А.В. Перышкин. – 2 издание, стереотип. – М.:Дрофа,2013.-221,[3]С,:Ил

8.     https://yandex.ru/images/search?text

9.     https://yandex.ru/images/search?text=

10. https://yandex.ru/images/search?p=

                                                                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Приложение 1

Как работает сердце

Для перекачки крови через сердце в его камерах происходят чередующиеся расслабления (диастолы) и сокращения (систолы), во время которых камеры наполняются кровью и выталкивают ее соответственно.

Правое предсердие сердца получает бедную кислородом кровь по двух главным венам: верхней полой и нижней полой, а также из более мелкого венечного синуса, который собирает кровь из стенок самого сердца. При сокращении правого предсердия кровь через трехстворчатый клапан попадает в правый желудочек. Когда правый желудочек достаточно наполнится кровью, он сокращается и выбрасывает кровь через легочные артерии в малый круг кровообращения.

Кровь, обогащенная кислородом в легких, по легочным венам попадает в левое предсердие. После заполнения кровью левое предсердие сокращается и через митральный клапан выталкивает кровь в левый желудочек.

После заполнения кровью левый желудочек сокращается и с большой силой выбрасывает кровь в аорту. Из аорты кровь попадает в сосуды большого круга кровообращения, разнося кислород ко всем клеткам тела.

Клапаны сердца

Клапаны действуют как ворота, давая крови возможность переходить из одной камеры сердца в другую и из камер сердца в связанные с ними кровеносные сосуды. В сердце имеются следующие клапаны: трехстворчатый, легочный (легочного ствола), двустворчатый (он же митральный) и аортальный.

Трехстворчатый клапан

Трехстворчатый клапан расположен между правым предсердием и правым желудочком. При открытии этого клапана кровь переходит из правого предсердия в правый желудочек. Трехстворчатый клапан предотвращает обратный ток крови в предсердие, закрываясь во время сокращения желудочка. Само название этого клапана говорит о том, что он состоит из трех створок.

Клапан легочной артерии

При закрытом трехстворчатом клапане кровь в правом желудочке находит выход только в легочный ствол. Легочный ствол делится на левую и правую легочные артерии, которые идут соответственно в левое и правое легкое. Вход в легочный ствол закрывается легочным клапаном. Легочный клапан состоит из трех створок, которые открыты в момент сокращения правого желудочка и закрыты в момент его расслабления. Легочный клапан позволяет крови попадать из правого желудочка в легочные артерии, но предотвращает обратный ток крови из легочных артерий в правый желудочек.

Двустворчатый клапан (митральный клапан)

Двустворчатый или митральный клапан регулирует ток крови из левого предсердия в левый желудочек. Как и трехстворчатый клапан, двустворчатый клапан закрывается в момент сокращения левого желудочка. Митральный клапан состоит из двух створок.

Аортальный клапан

Аортальный клапан состоит из трех створок и закрывает собой вход в аорту. Этот клапан пропускает кровь из левого желудочка в момент его сокращения и препятствует обратному току крови из аорты в левый желудочек. 

                                                                                                               

                                                                                                    Приложение 2

                                              Колесо мельницы

 

 

 

                                                                                                          

 

                                                                                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 3