ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК F03C2/00 F03C5/00 

Изобретение относится к энергомашиностроению.

Известен электрогидравлический двигатель [1] содержащий частично заполненный жидкостью корпус, в полости которого с возможностью взаимодействия закреплены электроды, подключенные к генератору импульсов, и лопастной ротор.

Недостатки этого двигателя: сложность конструкции, низкий КПД из-за значительных гидравлических потерь.

Наиболее близким к изобретению является электрогидравлический двигатель [2] содержащий цилиндрический корпус, по меньшей мере два ротора с винтообразными лопатками, расположенные на одном валу, разрядные камеры, заполненные рабочей жидкостью, и электроды, соединенные через переключающее устройство с источником импульсного напряжения.

Недостатками этого двигателя являются: сложная конструкция, невозможность обеспечения в полной мере реверса вала двигателя. Кроме того, при искровых разрядах в воде за счет ее разложения в корпусе накапливаются газы, ухудшающие работу двигателя из-за отсутствия технических средств отвода газов из корпуса.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей путем увеличения отбора мощности на валу двигателя, упрощения его конструкции и снижения энергоемкости.

Поставленная задача достигается за счет усовершенствования конструкции корпуса, разрядных камер и электродов и взаимного расположения элементов конструкции, обеспечивающих увеличение мощности на валу двигателя, отвод газов из его полостей, возможность осуществления реверса вала.

На фиг. 1 схематично изображен электрогидравлический двигатель с блок-схемой управления; на фиг.2 тот же двигатель, продольный разрез; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.2.

Электрогидравлический двигатель содержит корпус 1, закрепленный на опорах 2, установленные в нем по крайней мере два ротора 3, 4, расположенные на одном валу 5, разрядные камеры 6, 7 с электродами 8, соединенными через переключающее устройство 9 с источником 10 импульсного напряжения, заполненные рабочей жидкостью, взаимодействующей с лопатками 11 роторов 3, 4, выполненными винтообразными, источник 12 рабочей жидкости.

Для производства, сборки (разборки), наладки и регулировки двигателя корпус 1 состоит из цилиндрической части 13, в средней части которой выполнена перегородка 14 с соплами 15, двух электропроводящих торцов 16, 17 с параболическими внутренними стенками, двух крышек 18, 19 и электроизоляционных защитных крышек 20, 21. Цилиндрическая часть 13, имеющая оребрение 22 для охлаждения двигателя, соединена с электропроводящими торцами 16, 17 и крышками 18, 19 посредством болтов (не показаны). Между электропроводящими торцами 16, 17 корпуса и перегородкой 14 в полостях 23, 24 размещены роторы 3, 4 с винтообразными лопатками 11. Винтообразные лопатки 11 роторов 3, 4 выполнены по общей винтовой линии. Роторы 3, 4 жестко закреплены на валу 5, осевое перемещение которого ограничено посредством колец 25 и подшипников 26 трения. В электропроводящих торцах 16, 17 корпуса установлены уплотнительные элементы и подшипники 27 качения известной конструкции. В роторах 3, 4 параллельно валу 5 выполнены каналы 28.

Параболические стенки электропроводящих торцов 16, 17 корпуса и каналы 28 роторов 3, 4 предназначены для изменения направления потоков рабочей жидкости и гашения остаточных проявлений ударных волн, возникающих в разрядных камерах 6, 7 двигателя.

Разрядные камеры 6, 7 электрогидравлического двигателя размещены в электропроводящих торцах 16, 17 корпуса 1 и выполнены в виде сопл Лаваля, во входных каналах которых установлены осевые электроды 8, при этом их задние концы вмонтированы в электроизоляторы 29, закрепленные в проводящих крышках 18, 19, а передние концы установлены до критических сечений сопл Лаваля. Критические сечения сопл Лаваля соединены каналами 30, выполненными в цилиндрической части 13 корпуса 1, с входными отверстиями 31, размещенными вблизи параболических поверхностей электропроводящих торцов 16, 17 для отсасывания паров рабочей жидкости.

Выходные расширяющиеся части сопл Лаваля ориентированы в направлении рабочих поверхностей лопаток 11 роторов 3, 4, а оси электродов 8 установлены соосно с осями сопл 15 известной конструкции. Передние концы электроизоляторов 29 установлены в сферических полостях 32 и закреплены в крышках 18, 19. Сферические полости 32 герметично сопряжены с цилиндрическими частями сопл Лаваля.

Расстояния между электродами 8 и внутренними цилиндрическими частями сопл Лаваля образуют рабочие искровые промежутки для осуществления высоковольтных искровых разрядов в рабочей жидкости. В каждом электропроводящем торце 16, 17 корпуса 1 выполняется не менее трех сопл Лаваля, разнесенных на 120^о от одного сопла до другого по длине окружности, а максимальное количество сопл Лаваля определяется заданной мощностью, развиваемой на валу 5 электрогидравлического двигателя.

На осевой электрод 8 подается положительный потенциал от источника 10 импульсного напряжения, а электропроводящие торцы 16, 17 подключаются к отрицательному потенциалу источника 10 при использовании двигателя в стационарных установках. При использовании электрогидравлического двигателя в подъемно-транспортных средствах и оборудовании электропроводящие торцы 16, 17 подключаются к их массам.

Переключающее устройство 9 представляет собой высоковольтный переключатель на номинальное напряжение в пределах 30-50 кВ на три положения с дистанционным кнопочным управлением, например Левая разрядная камера, Нейтральное положение и Правая разрядная камера и n направлений. Кнопки управления устанавливаются на панели блока 33 управления, а n направлений соответствуют количеству электродов 8 разрядных камер 6, 7.

Источник 10 импульсного напряжения включает блок 34 электропитания, генератор 35 импульсного высокого напряжения и приводной распределитель 36 импульсного напряжения известных конструкций.

Источник 12 рабочей жидкости для стационарной установки представляет собой емкость с очищенной от механических примесей водой, которая сообщена через вентиль 37, тормозной канал 38 корпуса с его полостями 23, 24. Емкость 12 имеет стабилизированный уровень для пополнения водой полостей 23, 24 корпуса. Слив воды из корпуса 1 осуществляется через отверстия, закрываемые пробками 39.

Электрогидравлический двигатель работает следующим образом.

В исходном состоянии электрогидравлический двигатель отключен от источников 10, 12 импульсного напряжения и рабочей жидкости. Переключающее устройство 9 установлено в нейтральное положение.

Для приведения в действие электрогидравлического двигателя открывается вентиль 37 и рабочая жидкость из емкости 12 поступает в полости 23, 24 через тормозной канал 38, заполняя водой разрядные камеры 6, 7. Включают блок 34 электропитания, энергия от которого подводится к блоку 33 управления, к генератору 35 импульсного высокого напряжения. С блока 33 управления поступают управляющие импульсы на включение генератора 35 импульсного высокого напряжения и приводного распределителя 36 импульсного напряжения. Затем включают переключающее устройство 9 в положение Левая разрядная камера. После срабатывания переключающего устройства 9 разрядный ток высокого напряжения последовательно подается к электродам 8. Между каждым электродом 8 и внутренними цилиндрическими частями сопл Лаваля возникают последовательно высокочастотные искровые разряды в рабочей жидкости, последняя мгновенно испаряется в парогазовую смесь, состоящую из паров воды, газообразных водорода и кислорода и других газов в зависимости от качества воды, так как вода при высокой температуре, порядка 10⁴ К, разлагается на водород и кислород. Парогазовая смесь, отражаясь от сферической поверхности 32, истекает через критическое сечение и расширяющуюся часть сопла Лаваля со сверхзвуковой скоростью в виде струи с высоким давлением, воздействующей на лопатки 11, например, ротора 3 в полости 23, вследствие этого роторы 3, 4 совместно с валом 5 приводятся во вращение. Кроме того, струя парогазовой смеси, возбуждая гидравлическую ударную волну, перемещается через сопло 15 перегородки 14 и воздействует на лопатки 11 ротора 4, ускоряя их совместное вращение. Из вышеизложенного следует, что предложенная конструкция обеспечивает повышение отбора мощности на валу двигателя.

При вращении приводного распределителя 36 импульсного напряжения возникают высокочастотные искровые разряды в соседних соплах Лаваля с образованием парогазовой смеси, воздействующей на лопатки 11 роторов 3, 4, вследствие чего увеличиваются частота вращения роторов 3, 4 и отбираемая мощность на валу 5 двигателя, а в предшествующих соплах последовательно возникает разрежение после истечения рабочей жидкости и заполнения их объема водой для последующих искровых разрядов в рабочей жидкости.

После поглощения большей части кинетической энергии перемещающейся парогазовой смеси и воды и гидравлических ударных волн роторами 3, 4 часть воды, отражаясь от параболической поверхности электропроводящего торца корпуса, направляется в каналы 28 ротора 4, а часть паров и газов подсасывается в сопла через входные отверстия 31 и каналы 30 корпуса 1. Таким образом, в полостях 23, 24 корпуса 1 устанавливается винтообразная циркуляция потоков воды и газов, которые взаимодействуют между собой в последующих циклах работы двигателя.

В соответствии с алгоритмом управления или в случае необходимости реверсируют вал 5 двигателя. Для этого в переключающем устройстве 9 переключают кнопки c положения Левая разрядная камера на положение Правая разрядная камера. После срабатывания переключающего устройства 9 разрядный ток высокого напряжения последовательно поступает к положительным электродам 8 сопл Лаваля правой разрядной камеры.

В виду того, что лопатки 11 роторов 4, 3 выполнены по общей винтовой линии, а части электрогидравлического двигателя симметричны относительно перегородки 14, то при истечении парогазовой смеси из сопл Лаваля правой разрядной камеры роторы 4, 3 совместно с валом 5 вращаются в противоположном направлении, а процессы в полостях 24, 23 аналогичны вышеописанным. При этом при реверсировании вала двигателя отсутствуют потери, характерные для прототипа. Кинетическая энергия парогазовой смеси и гидравлических ударных волн используется на вращение роторов 4, 3 двигателя, повышая его КПД.

Для остановки электрогидравлического двигателя переключающее устройство 9 устанавливают в нейтральное положение и отключают источник 10 импульсного напряжения, затем закрывают вентиль 37. После завершения работы из полостей 23, 24 корпуса двигателя сливается вода для последующей регенерации и использования.

Таким образом, предлагаемая конструкция электрогидравлического двигателя обеспечивает достижение поставленной задачи изобретения.

Технико-экономическая эффективность электрогидравлического двигателя заключается в том, что благодаря использованию новых элементов; разрядных камер, перегородки с соплами и других усовершенствований согласно изобретению увеличивается отбираемая мощность на валу двигателя как при вращении вала в одном направлении, так и при реверсировании. Описанный двигатель не загрязняет окружающую среду, а наоборот обеспечивает обеззараживание воды (рабочей жидкости), так как при высоковольтных искровых разрядах в воде возникают высокие давления и температуры. Данный двигатель может быть использован в качестве реактора для приготовления обезвреженной воды в медицине, пищевой промышленности и других областях.

Использование: в энергомашиностроении при проектировании электрогидравлических двигателей. Сущность изобретения: разрядные камеры выполнены в торцовых стенках корпуса, между соседними роторами установлена перегородка, разделяющая полость корпуса на две и снабженная соплами, оси которых расположены соосно осям электродов. Разрядные камеры выполнены в виде сопл Лаваля, во входных каналах которых установлены электроды, задние концы которых электроизолированы, а передние установлены до критических сечений сопл Лаваля, причем выходы последних ориентированы в направлении лопаток роторов, а внутренние поверхности торцовых стенок корпуса выполнены параболическими. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий полый цилиндрический корпус с торцевыми стенками, по крайней мере два ротора с винтообразными лопатками, расположенные в корпусе и установленные на одном валу, разрядные камеры, заполненные рабочей жидкостью, взаимодействующей с лопатками роторов, и электроды, размещенные в разрядных камерах и соединенные через переключающее устройство с источником импульсного напряжения, отличающийся тем, что торцевые стенки корпуса выполнены из проводящего материала, лопатки роторов выполнены по общей винтовой линии, разрядные камеры выполнены в торцевых стенках корпуса, а между соседними роторами установлена перегородка, разделяющая полость корпуса на две полости и снабженная соплами, причем оси сопл расположены соосно с осями электродов разрядных камер. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что разрядные камеры выполнены в виде сопл Лаваля, во входных каналах которых установлены электроды, задние концы электродов электроизолированы от корпуса, а передние установлены до критических сечений сопл Лаваля, причем выходы последних ориентированы в направлении лопаток роторов. 3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что внутренние поверхности торцевых стенок корпуса выполнены параболическими.