Многие, наверное, видели, а кое-кто даже ещё и застал (как автор) часы с кукушкой, где для приведения в действие часового механизма использовались грузики, обычно в виде еловых шишек.
Подобный принцип используется во многих механизмах с гравитационным приводом, однако кое-кому пришла в голову идея: «а что, если использовать это для генерации электроэнергии?»
В этой статье мы рассмотрим компактную версию таких генераторов, а также концепцию весьма интересных мощных генераторов нового типа (таких ещё не было) ;-)
В 2013 году появился любопытный стартап под названием GravityLight, создателями которого явились два лондонских изобретателя, представивших свою идею миру и запустивших сбор средств на одной из краудфандинговых платформ — Indiegogo, где в результате проведения кампании по сбору средств они многократно превысили изначальную цель в 55 000 долларов, собрав в итоге около 400 000 долларов. Сама идея была признана авторитетным журналом Time одним из самых значимых изобретений 2013 года, так как изобретатели задались целью обеспечить освещением бедные слои населения в развивающихся странах, избавив их от постоянных трат на керосин для керосиновых ламп (да, есть страны, где ещё живут так).
Первая версия устройства использовала гибкий ремень с отверстиями, на который подвешивался груз в виде синтетического мешка, который можно было наполнить камнями или песком таким образом, чтобы вес мешка получился в районе 8–10 кг.
Для работы устройства редуктор подвешивался за крюк сверху — так же, как и в часах с кукушкой. Груз поднимался на самый верх и плавно начинал спускаться, вращая редуктор.
Таким образом, подъём на высоту около 1,8 м позволял обеспечить свечение встроенного светодиода в течение 20–30 минут, где яркость свечения можно было менять с помощью переключателя на корпусе, имеющего три положения, каждое из которых означало отдельное фиксированное передаточное соотношение редуктора.
То есть, например, если выставить самый яркий режим, то это означало и самое быстрое опускание груза:
Желающие более подробно ознакомиться с этим устройством могут почитать о нём на официальной странице краудфандинговой платформы.
В дальнейшем устройство пережило апгрейд, и была выпущена вторая версия, где дырчатый ремень был заменён на верёвку с шариками, что позволило уменьшить величину усилия, необходимого для подъёма груза снова на изначальную высоту (после опускания груза в самый низ обратный его подъём осуществляется за счёт вытягивания верёвки с шариками):
Таким образом, «перезарядка» этого устройства за счёт подъёма груза на изначальную высоту стала требовать меньше усилий, чем в первой версии*.
*Специально хочу отметить, что это версия объяснения широко растиражированная, в чём я сразу очень сильно усомнился, заподозрив, что шарики — это, конечно, хорошо (руки не будут проскальзывать при поднимании груза), но что-то здесь есть ещё и другое…
Как показали мои исследования, так оно и оказалось — об этом подробнее будет ниже ;-)
В отличие от первого устройства, вторая версия получила, кроме встроенного светодиода, возможность подключения вплоть до 2 светильников дополнительно, чтобы осветить разные места в доме.
Как можно видеть ниже, устройство довольно неочевидного принципа действия из-за большого количества верёвок с шариками.
Тем не менее, удалось найти кое-какую информацию о внутренней конструкции:
Информации в сети не так много, и каких-либо обзоров с разбором устройства нет. Но, тем не менее, приложив значительные усилия, мне, кажется, удалось выяснить, как же этот аппарат работает!
Для начала, если мы посмотрим на устройство изнутри, то увидим, что механическая часть аппарата представляет собой тонкий планетарный редуктор достаточно сложного устройства:
Как можно видеть на показанных выше картинках, там рассмотрен процесс разбора редуктора генератора послойно, где в левом верхнем углу находится часть редуктора с самым большим усилием, а в правом нижнем углу — часть редуктора с самым низким усилием и самой большой скоростью вращения.
Таким образом, прикладывая большое усилие в левом верхнем углу (т.е. подвесив большой груз), мы получаем большую скорость вращения в правом нижнем углу, где крутящий моме��т уже маленький и достаточно даже одной шестерёнки, чтобы передавать усилие на шкив, вращающий генератор.
Таким образом, можно отметить, что из левого верхнего угла в правый нижний угол картинок количество шестерён зацеплений всё время уменьшается, сводясь к всего одной шестерне в правом нижнем углу.
Кстати говоря, если мы обратимся к этому правому нижнему углу, то там мы заметим передачу вращения резиновым пассиком на генератор (к слову, его вал вращается со скоростью в 1600 об/мин).
Почему так было сделано: как говорят разработчики, если бы здесь поставить шестерню, то это при вращении на таких скоростях вызывало бы неимоверный грохот бьющихся друг о друга зубцов. В таком варианте, когда используется резиновая передача, редуктор работает практически бесшумно. Всё просто!
Первая версия устройства вырабатывала порядка 0,1 Вт, а вторая порядка 0,2 Вт, почему и были установлены светодиоды, а не что-то мощнее.
Однако устройства изначально не были предназначены для выработки большой мощности, так как должны были обеспечить хоть какое-то освещение с минимальными затратами.
А теперь посмотрим на устройство снаружи:
Здесь мы снова увидим весьма неочевидные вещи, и вообще с первого взгляда совершенно непонятно, как это работает…
Однако сразу же, как я увиде�� это устройство в первый раз, у меня закрались смутные подозрения — «что-то это всё мне напоминает…».
И тут как «эврика!» пробила догадка: да это ж полиспаст — система блоков, предназначенная для выигрыша в силе!
И тогда всё сразу становится на свои места и становится абсолютно понятно, почему устройство разделено на два отдельных блока, расположенных под острым углом друг к другу (насчёт самого угла пока понять ещё не удалось, но как оно работает — понятно): вот эти два блока колёс, расположенных под острым углом друг к другу, связаны друг с другом исключительно верёвкой с шариками, которая проходит через сборку блоков (полиспаст) и облегчает подъём тяжёлого груза!
Частью полиспаста является также сборка из большого и малого колёс, где по торцу большого колеса протягивается верёвка с оранжевыми шариками, с помощью которой мы и поднимаем груз, подвешенный на верёвке с чёрными шариками!
Таким образом, устройство чётко разделено на два сектора: условно назовём их «сектор генерации» и «сектор перезарядки». Вот и всё! :-)
К слову, почему я вообще догадался об этом полиспасте: буквально этим летом мне приходилось делать его самостоятельно: у родителей перед домом есть гараж с погребом, крышка которого на зиму была утеплена довольно тяжёлым утеплителем, где я «сначала сделал, а потом подумал», и не смог поднять в итоге эту готовую крышку даже сам! :-D
Затем вынужденно начал искать способы облегчения веса, где в результате нашёл описание этого полиспаста и установил его: в результате крышку стало возможно поднимать даже «мизинчиком»!
Чувствуется, что сама идея такого использования гравитационных приводов занимает умы многих, так как нечто подобное, компактное, уже пробовали делать довольно известные личности с тем же стабильно позитивным результатом (только этот разработчик, видео которого приведено ниже, похоже, не подумал о резиновой передаче, от чего мы и слышим на видео такой дикий шум):
При рассмотрении такого рода генераторов, наверное, чуть ли не первой возникает мысль (по крайней мере, у меня), что неплохо было бы их использовать для зарядки смартфона, например разместив в рюкзаке некую трубку с грузом-поршнем, который будет тянуть за тягу генератора, и по примерно рассмотренной выше системе с использованием полиспаста можно будет перезаряжать генератор.
Проблема заключается в том, что груз этот должен быть весьма большого веса: расчёты показывают, что если использовать относительно комфортный груз в 4 кг («относительно комфортный» :-) ), во время спуска его на 35 см это позволит за один спуск получать около 6 Дж, в то время как ёмкость аккумулятора современного смартфона, например на 3000 мА·ч, потребует для полной зарядки порядка 39 600 Дж. Другими словами, нам пришлось бы опустить груз аж целых 6600 раз для зарядки смартфона! «Неудобно» — мягко говоря…
Ниже мы придём к совершенно поразительному (даже для меня самого) решению, наберитесь терпения. ;-)
В ходе размышлений над этой темой я задумался ещё над тем, а что если вручную растягивать некую пружину, чтобы она, уже плавно сжимаясь или разжимаясь, вырабатывала электричество?
Но от этой идеи я отказался сразу, так как усилие пружины будет достаточно сильно плавать в широких пределах по мере сжимания или разжимания, да и, к тому же, как-то эту пружину надо растянуть или сжать, что тоже не самый лёгкий вопрос…
А что у нас есть ещё из мощных источников энергии? Первое, что приходит в голову — это сжатый газ.
Например, можно было бы реализовать следующее: небольшой стандартный баллон на 300 бар, который через пневморедуктор, подаёт давление на небольшой пневмоцилиндр (они бывают весьма компактные, например, диаметром в 30 мм и ходом штока в 50–100 мм), который уже и тянул бы редуктор.
Я здесь сознательно опускаю всякие детали конструкции (для простоты рассмотрения, чтобы не утонуть в деталях) вроде управляющего микроконтроллера, концевых переключателей, пневмопереключателей (они непосредственно будут подавать сжатый воздух/ выбрасывать отработанный воздух атмосферу) с электронным управлением и т.д и т.п.
Расчёты показывают, что если взять небольшой баллон объёмом в 0,5 л под давлением в 300 бар, то запасённая энергия составит уже около 15000 Дж!
Но присутствует существенная проблема: зарядка баллона таким давлением стоит денег, не везде она есть, баллон опасен сам по себе и требует через определённые промежутки пересертификацию (что он всё ещё безопасен и годен для использования).
Приходилось даже видеть, как кто-то считал в сети, что разрушение баллона (но вроде трёхлитрового) по энерговыделению примерно равно ручной гранате — уж не знаю, насколько это правда, надо считать... Но явно понятно — штука непростая и опасная и лучше с ней не связываться...
Таким образом получается, что да, интересно, но лучше поискать другие варианты.
В ходе дальнейшего размышления я задал себе вопрос: а как ещё можно было бы создать давление/тягу, не связываясь с баллонами, описанными выше, а также с необходимостью носить большой вес с собой, но чтобы в то же время это было энергоёмко? Да, согласен, выглядит весьма противоречиво…
И тут меня осенило так, что я просто обалдел: домкрат, чёрт побери!!!
Дело в том, что у меня есть небольшой автомобильный гидравлический домкрат весом порядка трёх килограммов на усилие в 4 тонны: это такая небольшая «штучка» размером чуть больше ладони. Для понимания размеров и степени возможного выдвижения его штока я сфотографировал его ниже на своей ладони:
Таким образом, если шток домкрата оснастить поршнем, который будет сжимать воздух, этот воздух, в свою очередь, через шток или непосредственно через цилиндр, в котором движется поршень домкрата, будет крутить генератор!
Конструкция могла бы выглядеть, например, так:
Будет что-то такое, только миниатюрно, с медленным движением резьбовой рейки и с гидравлическим приводом:
Таким образом, мы получим возможность развивать просто чудовищное усилие: расчёты показывают, что домкрат на 4 тонны, такой как у меня, позволит всего лишь за 1 выдвижение штока домкрата (ход штока возьмём за 12 см) обеспечить работу в 4800 Дж! О_о
Другими словами, чтобы был более понятен прорывной характер решения: это в 33 раза больше, чем энергия груза весом в 10 кг, поднятого на 2 м!
Ещё проще: чтобы зарядить смартфон на 50%, нужно всего лишь 4–5 полных выдвижений штока! О_о
По опыту работы с этим домкратом, могу сказать, что это полная ерунда, и даже вспотеть не успеешь…
Таким образом, что мы имеем на выходе: возможность развивать чудовищные давления и даже за малый ход штока домкрата вырабатывать довольно много энергии!
В итоге может получиться весьма компактная, высокоэнергетическая установка, способная обеспечить энергией даже относительно прожорливых потребителей.
А ведь есть ещё домкраты и на 20 тонн и даже более! ;-)
Так как в открытом доступе таких устройств не то что «раз-два и обчёлся» — их вообще нет, мне стало интересно, а кто-то делал ли такое вообще. В результате поисков удалось выяснить (и этого следовало ожидать), что примерно подобные устройства существуют, и их пользователи самые требовательные: военные.
Именно они и оценили, в первую очередь, потенциал таких компактных, мощных гидрогенераторов электроэнергии!
Например, известны аналогичные оборонные решения от BAE Systems (Великобритания), Lockheed Martin (США), правда там решили идти по несколько другому пути: тяжёлый рюкзак давит на жидкость, которая уже и крутит генератор во время ходьбы солдата.
Но именно с домкратом, похоже, никто ещё не делал, и я, возможно, первый, кто выдвинул эту идею… :-)
Подытоживая весь этот рассказ, можно сказать, что идея гидравлических генераторов вполне рабочая даже в таких малых формах!
Я специально не стал в этой статье рассматривать широко известные многим методы крупномасштабной гравитационной выработки электроэнергии, с которыми многие, наверняка, знакомы (подъём/опускание бетонных блоков, залив воды на высоту/слив её с высоты и т.д.), больше сконцентрировавшись на компактных решениях, потенциально близких каждому, так как промышленные масштабные варианты — это ведь всегда «где-то там» и, по крайней мере ментально, имеют весьма малое отношение к каждому из нас (даже если это и не так).
И что, на мой взгляд, особенно интересно и ценно, в итоге мы пришли к довольно прорывному решению, которое позволяет обеспечить эффективность гравитационного генератора без его применения — с помощью домкрата мы можем развивать просто огромные усилия, вращая мощный редуктор генератора при весьма скромных весе и цене самого домкрата!
Другими словами, «идеал» механизма: когда сам элемент (например, вес в 4 тонны) отсутствует, а его функция выполняется.
И вот такое устройство, на мой взгляд, уже вполне может быть стартапом, так как таких компактных, бесшумных и мощных генераторов электроэнергии в носимом варианте ещё никто не делал.
Расчёты выше сделаны «на коленке», поэтому можно сильно к ним не привязываться. Тем не менее, что очевидно — мы получили универсальный гидропневматический принцип устройства, которое может быть модифицировано в широких пределах и стать мощным резервным источником электроэнергии в экстремальных условиях.
Забавно ещё и то, что в век высоких технологий оно решает вопросы энергетики не каким-нибудь «умным подходом и миниатюризацией компонентов», а мощной грубой силой, что редкость (видимо, поэтому инженеры и просмотрели такой вариант носимого устройства, потому что смотрели «в другую сторону»).
Тем не менее, сам принцип — вовсе не игрушка и вполне перспективен. Скажем, некоторые расчёты показывают, что при диаметре воздушного цилиндра в 100 мм можно будет накачать домкратом (47 «качков», 30 секунд мускульной работы) и уйти где-нибудь на 60 минут. А всё это время генератор будет вращаться на больших оборотах и заряжать смартфон/или иных потребителей. Недурно...;-)
И, напоследок, хотите ещё забавный факт? :-D
А ведь воздух при таком быстром сжатии сильно нагреется! Что, соответственно, увеличит давление в цилиндре! И если цилиндр утеплить, чтобы он терял медленно, то мы можем использовать это повышенное давление в своих интересах!
Или совсем обалденный вариант: кладём установку на бок и ПОДОГРЕВАЕМ цилиндр со сжатым воздухом, например, установленной снизу свечой!!!
Это, по расчётам, увеличит эффективность системы примерно вдвое. И это инженерное «безумие»: гидро-пневмо-термическая машина!!! О_о
Настоящее колдунство технологий... :-D
© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»
