СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В КИНЕТИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК H02K44/08 F01D1/36 

Изобретение относится к энергетике, а именно к проблемам преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию вращающегося рабочего тела для получения механической в двигателях, использующих необъемное вытеснение и электрической энергии в МГД-генераторах, использующих тороидальный канал движения рабочего тела.

Прототипом спиралевидного двигателя является изобретение (19) RU, (11) 2109960, (51) 6 F 01 D 1/36, Н 02 К 44/00 "Способ преобразования тепловой энергии в кинетическую и двигатель тороидально-роторный с МГД-генератором". Предложенный спиралевидный двигатель с прототипом объединяют следующие признаки:
1 - использование топлива с легкоионизируемыми присадками;
2 - движение рабочего тела вокруг оси вращения в тороидальной камере;
3 - размещение форсунок впрыска и свечей поджига вдоль всей окружности камеры сгорания;
4 - наличие электрических обмоток возбуждения магнитного поля и электродов подвода и отвода электроэнергии соответственно в режимах: плазменного двигателя и МГД-генератора;
5 - подача топлива на форсунки, управления свечами поджига, управление обмотками возбуждения магнитного поля, полярными электродами подвода и отвода электроэнергии через центральный канал, проходящий через ось вращения двигателя.

Отличительными признаками предложенного двигателя являются следующие:
1 - наличие спиралевидного канала подачи воздуха переходящего в прямую трубку и далее в спиралевидный канал с противоположной закруткой;
2 - наличие спиралевидного канала сброса рабочего тела переходящего в прямую трубку и далее в спиралевидный канал с противоположной закруткой;
3 - наличие трех тороидальных камер, соединенных кольцевыми каналами по всей окружности камер, расположенных в одной плоскости вращения.

Целью заявляемого изобретения "Способ преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию вращающегося рабочего тела и устройство для его осуществления" является повышение коэффициента полезного действия и улучшения условий запуска двигателя. Данная цель достигается за счет использования: реактивной силы при сбросе рабочего тела, силы взаимодействия рабочего тела с внутренней поверхностью спиралевидных каналов и трех камерной тороидальной системой. Согласование движения рабочего тела в тороидальной системе с поступающим воздушным потоком и сбрасываемым рабочим телом обеспечивают за счет использования, двух соосных спиралевидных систем, со встроенными прямыми трубками, с двух сторон подсоединенными к спиралевидным трубчатым каналам. Разделяя функции: 1 - впрыска, подачи воздуха, поджига, 2 - сепарации и разгона заряженных частиц, 3 - сброса рабочего тела, между тремя тороидальными камерами, соединенными кольцевыми каналами, обеспечивают обособление и усиление функций, выполняемых данными камерами. Ротор двигателя составляют из трех основных систем.

Первая - трехкамерная тороидальная система (см. фиг.1). Тороидальные камеры размещают последовательно одна за другой с общей осью, в одной полости вращения. Камеры соединяют между собой кольцевыми каналами (см. фиг.1, п. 4, 5), расположенными в той же плоскости, что и камеры, на протяжении всей окружности. Ближайшую, первую к оси вращения, тороидальную камеру предназначают для выполнения функции сепарации и ускорения заряженных частиц (см. фиг. 1, п.1). На первой камере монтируют обмотки возбуждения магнитного поля (см. фиг.2 п.6) и полярные электроды для подачи и снятия электроэнергии (см. фиг. 2, п. 7, 8), соответственно в режиме плазменного двигателя и режиме МГД-генератора. Первую камеру соединяют кольцевым каналом (см. фиг.1, п.4) со второй тороидальной камерой, выполняющей роль камеры сгорания (см. фиг.1, п.2). На второй камере монтируют форсунки впрыска топлива (см. фиг 3, п.9) с подводящими топливными трубопроводами (см. 3, п.10), устанавливают свечи поджига (см. фиг.4, п.11) с подводящими электропроводами (см. фиг.4, п.12) и спиралевидную систему подачи воздуха (см. фиг.5, п.16). Вторую камеру соединяют кольцевым каналом (см. фиг. 1, п.5) с третьей тороидальной камерой, выполняющей роль камеры сброса рабочего тела (см. фиг.1, п.3). На третей камере монтируют спиралевидную систему сброса рабочего тела (см. фиг.7, п. 17).

Вторая - спиралевидная система подачи воздуха (см. фиг.5). Спиралевидную систему составляют из двух групп трехмерных трубчатых спиралей, соединенных прямой трубкой (см. фиг.6). В месте соединения с прямой трубкой (см. фиг.5, п. 15) спирали имеют минимальный радиус вращения, а по мере раскручивания и удаления от прямой трубки радиус возрастает. Особенностью является то, что группы спиралей закручивают в разные стороны. Группу спиралей, входящую в камеру сгорания (см. фиг.5, п.16), закручивают в сторону вращения камеры. Вторую группу спиралей (см. фиг. 5, п.14), соединенную со вторым концом прямой трубки, закручивают в противоположном направлении и на концах трубчатых спиралей устанавливают входные сопла (см. фиг.5, п.13).

Третья - спиралевидная система сброса рабочего тела (см. фиг.7). Спиралевидную систему составляют из двух групп трехмерных трубчатых спиралей, соединенных прямой трубкой (см. фиг.8). В месте соединения с прямой трубкой (см. фиг.7, п.18) спирали имеют минимальный радиус вращения, а по мере раскручивания и удаления от прямой трубки радиус возрастает. Особенностью является то, что группы спиралей закручивают в разные стороны. Группу спиралей, выходящую из камеры сброса (см. фиг.7, п.17), закручивают в сторону вращения камеры. Вторую группу спиралей (см. фиг.7, п.19), соединенную со вторым концом прямой трубки, закручивают в противоположном направлении и на концах трубчатых спиралей устанавливают выходные сопла (см. фиг.7, п.20).

На фигуре 1 представлена трехкамерная тороидальная система.

На фигуре 2 представлены электрические обмотки и полярные электроды, установленные на камере сепарации и разгона заряженных частиц.

На фигуре 3 представлены форсунки впрыска топлива, установленные на камере сгорания.

На фигуре 4 представлены свечи поджига, установленные на камере сгорания.

На фигуре 5 представлены трехмерные трубчатые спирали системы подачи воздуха с входными соплами.

На фигуре 6 представлена прямая трубка перехода системы подачи воздуха.

На фигуре 7 представлены трехмерные трубчатые спирали системы сброса рабочего тела из камеры сброса.

На фигуре 8 представлена прямая трубка системы сброса рабочего тела.

На фигуре 9 представлены тороидальная трехкамерная система и трехмерные трубчатые спирали систем подачи воздуха и сброса рабочего тела.

На фигуре 10 представлены прямые трубки систем подачи воздуха и сброса рабочего тела.

Предлагаемые способ и устройство реализуют следующим образом. Ротор двигателя, состоящий из трех основных систем, жестко соединенных между собой, имеющих общую ось вращения, при старте предварительно раскручивают в сторону рабочего направления вращения. На представленной модели ротора, если смотреть вдоль оси вращения со стороны спиралевидных систем, обеспечивают рабочее вращение по часовой стрелке. Во время вращения через спиралевидную систему в камеру сгорания (см. фиг.1, п.2), обеспечивают постоянную подачу воздушного потока. Воздух захватывают четырьмя входными соплами (см. фиг.5, п. 13), расположенными на концах четырех трубчатых спиралей (см. фиг.5, п.14), установленных симметрично оси вращения через 90^o. В месте установки входных сопел радиус спиралей максимален, а направление их закрутки обеспечивают таким образом, чтобы воздушный поток двигался на встречу внутренним стенкам спиралей. В процессе закручивания спиралей радиус вращения уменьшают до момента вхождения в прямую трубку (см. фиг.5, п.15). Таким образом, если движение воздушного потока в начале осуществляют в плоскости, перпендикулярной оси вращения, то при вхождении в прямую трубку движение потока направляют вдоль оси. На выходе из прямой трубки монтируют вторую группу из четырех спиралей (см. фиг.5, п.16), установленных симметрично оси вращения через 90^o, которые закручивают в направлении вращения ротора. Этим обеспечивают однонаправленное движение воздушного потока и рабочего тела в тороидальной камере. Через подводящий трубопровод (см. фиг.3, п.10) на форсунки (см. фиг. 3, п.9), обеспечивают последовательную подачу топлива с легкоионизируемыми присадками внутрь камеры сгорания. Форсунки разделяют на четыре группы по четыре форсунки в группе. Группы устанавливают через 90^o относительно оси вращения. Форсунки в группе располагают по окружности радиального сечения тороидальной камеры через 90^o. На свечи (см. фиг.4, п.11) обеспечивают через подводящие провода (см. фиг.4, п.12) последовательную подачу высоковольтных импульсов поджига. Свечи поджига располагают по всей окружности вращения тороидальной камеры сгорания, разделяют на четыре группы по двенадцать свечей в группе. Группы свечей устанавливают через 90^o относительно оси вращения, между группами форсунок, на удалении 10^o от предшествующей группы форсунок по ходу вращения, и на удалении 20^o от последующей группы форсунок по ходу вращения. Каждая группа разбивается на три подгруппы через 20^o относительно оси вращения, по четыре свечи в подгруппе, располагающиеся по окружности радиального сечения тороидальной камеры через 90^o. Обеспечивают согласованный впрыск топлива и подачу импульса поджига в определенную точку пространства тороидальной камеры. Достигают однонаправленности газообразного потока - рабочего тела. В первой камере (см. фиг.1, п.1) сепарации и ускорения заряженных частиц на обмотки возбуждения (см. фиг.2, п. 6) подают электрический ток и создают магнитное поле, направленное перпендикулярно движению потока рабочего тела, а на полярные электроды (см. фиг.2, п. 7, 8) подают электрическое напряжение и создают электрическое поле, направленное перпендикулярно движению потока и направлению магнитного поля. Заряженные частицы, попадая в первую тороидальную камеру, испытывают ускорение и способствуют разгону потока в целом. В этом случае первая камера работает в режиме плазменного двигателя. Газообразный поток - рабочее тело, взаимодействуя с внутренними стенками тороидальных камер, вовлекает их во вращение. Таким образом рабочее тело и ротор двигателя вращаются в одну сторону. После разгона рабочего тела и ротора отключают электрическое напряжение от полярных электродов и подключают нагрузку, обеспечивая работу первой камеры в режиме МГД-генератора. Сброс накопленной массы рабочего тела обеспечивают с помощью третьей тороидальной камеры (см. фиг.1, п.3), имеющей наибольший радиус вращения, и спиралевидной системы сброса, соединенной с этой камерой. Рабочее тело, вытесненное в камеру сброса, по четырем трубчатым спиралевидным каналам (см. фиг.7, п.17), закрученных в сторону вращения камеры, располагаемых симметрично оси вращения через 90^o, выходящих по касательной с поверхности наибольшего радиуса вращения тороидальной камеры сброса, удаляют из тороидальной системы. При этом движущееся рабочее тело имеет направление вращения, совпадающее с направлением вращения ротора. После выхода из камеры сброса спирали начинают плавно уменьшать радиус вращения до минимального в месте вхождения в прямую трубку (см. фиг.7, п.18). Этим достигают того, что сбрасываемое рабочее тело движется перпендикулярно плоскости своего первоначального вращения. Конструктивно, изменение направления движения рабочего потока системы сброса, выполняют в виде трубки, охватывающей прямую трубку системы подачи воздуха (см. фиг.10), что способствует предварительному нагреву воздуха перед подачей в камеру сгорания. После прямой трубки, рабочее тело подают во вторую группу из четырех спиралей (см. фиг.7, п. 19), имеющих в месте соединения минимальный радиус вращения и располагающихся симметрично оси вращения через 90^o. Спирали плавно увеличивают радиус вращения, закручиваясь в сторону, противоположную вращению ротора. При этом направление вращения сбрасываемого рабочего тела меняется на противоположное, относительно начального. В месте максимального радиуса вращения на концах спиралей устанавливают выходные сопла (см. фиг.7, п.20). Таким образом, при сбросе рабочего тела через сопла создают реактивную силу, способствующую вращению ротора. Применение прямой трубки, с двух сторон подсоединенной к спиральным трубчатым каналам с различными направлениями закрутки, позволяет плавно изменять направление вращения потока.

При этом согласуют: направление движения входящего потока воздуха по спиралевидным каналам и направление движения сбрасываемого рабочего тела по спиралевидным каналам с направлением движения рабочего тела в тороидальных камерах, то есть делают их однонаправленными, что способствует вовлечению ротора в необходимое рабочее направление вращения (см. фиг.9).

Источник информации
1. (19) RU, (11) 2109960, (51) 6 F 01 D 1/36, Н 02 К 44/00.

Изобретение относится к энергетике, а именно к проблемам преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию вращающегося рабочего тела. Ротор двигателя образуют из трех основных систем, имеющих общую ось вращения, жестко связанных между собой. Первая - трехкамерная тороидальная система. Вторая - спиралевидная система со сменой направления вращения для подачи воздуха в камеру сгорания. Третья - спиралевидная система со сменой вращения для удаления рабочего тела из камеры сброса. В тороидальной системе камеры располагают последовательно одну за другой в одной плоскости вращения и соединяют кольцевыми каналами. Каналы располагаются в той же плоскости, что и камеры. Первая, от оси вращения, камера выполняет функцию сепарации и ускорения заряженных частиц. Для этого на ней устанавливают электрические обмотки возбуждения магнитного поля и полярные электроды, создающие электрическое поле. В режиме ускорения камера выполняет функцию плазменного двигателя. В режиме отбора электроэнергии - МГД-генератора. На второй камере, выполняющей функцию камеры сгорания, устанавливают форсунки впрыска топлива, свечи электрического поджига, спиралевидную систему подачи воздуха. Вторую систему составляют из двух групп спиралей, закрученных в противоположные стороны вращения и плавно сходящихся к прямой трубке, что позволяет изменить направление вращения потока воздуха и согласовать его с направлением вращения рабочего тела в камере. В начале спиралей устанавливают входные сопла, захватывающие воздух. На третьей камере, самой удаленной от оси вращения, устанавливают третью систему, располагаемую поверх второй системы. Третья система состоит из двух групп спиралей, закрученных в противоположные стороны вращения, плавно сходящихся к прямой трубке. Прямая трубка третьей системы располагается поверх прямой трубки второй системы с зазором, обеспечивающим сброс рабочего тела. Это позволяет изменить направление вращения потока сбрасываемого рабочего тела через выходные сопла и получить реактивную силу, способствующую вращению ротора. При использовании изобретения повышается коэффициент полезного действия и улучшаются условия запуска двигателя. 2 с.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ для преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию вращающегося рабочего тела, полученного в результате сгорания топливной смеси, содержащей легкоионизируемые присадки, для получения механической и электрической энергии, осуществляют с предварительной раскруткой тороидальных и спиралевидных камер, обеспечивают согласованную подачу топлива с легкоионизируемыми присадками, и воздуха, подают высоковольтные импульсы поджига на свечи, подают напряжение на полярные электроды, подают электрический ток на обмотки возбуждения магнитного поля, после разгона рабочего тела и системы тороидальных и спиралевидных камер отключают напряжение от полярных электродов и подключают нагрузку, отличается тем, что обеспечивают подачу воздуха по спиралевидной системе, таким образом, что на входе системы воздух захватывается входными соплами, соединенными со спиралевидным каналом, направляют поток вдоль оси вращения, обеспечивают смену направления вращения потока и согласованно с направлением вращения рабочего тела подают в камеру сгорания; обеспечивают разделение функций, производимых в тороидальной камере, выделяя пространственно три камеры, выполняющие соответственно функции: первая - камера МГД-генератора с возможностью переключения в режим работы разгона заряженных частиц, вторая - камера сгорания, третья - камера сброса; обеспечивают направление сброса рабочего тела по спиралевидной системе, таким образом, что на входе системы направление сброса совпадает с направлением движения потока в тороидальной камере, направляют поток вдоль оси вращения, обеспечивают смену направления вращения потока и сбрасывают его через выходные сопла, таким образом, что возникающая при этом сила реакции способствует вращению в рабочем направлении.

2 Устройство преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию вращающегося рабочего тела, полученного в результате сгорания топливной смеси, содержащей легко ионизированные присадки, для получения механической и электрической энергии, вырабатываемой в тороидально-роторном двигателе необъемного вытеснения, с использованием спиралевидных каналов, отличается тем, что ротор двигателя составляют из трех торов, располагаемых в одной плоскости вращения и соединенных между собой кольцевыми каналами, располагаемыми в той же плоскости; при этом камеры выполняют следующие функции: первая, ближайшая к оси вращения, камера сепарации и разгона заряженных частиц, вторая, следующая за ней, камера сгорания, третья камера, имеющая наибольший радиус вращения, камера сброса; на камере сепарации и ускорения заряженных частиц устанавливают две обмотки возбуждения магнитного поля, расположенные симметрично относительно плоскости вращения камеры, провода которых прокладывают вдоль поверхности камеры по ее окружности симметрично среднему радиусу камеры, полярные электроды, состоящие из двух групп, так же, располагают симметрично плоскости вращения на поверхности тороидальной камеры на уровне среднего радиуса друг против друга, подвод и отвод электроэнергии осуществляют через центральный канал, проходящий в оси вращения ротора; на камере сгорания устанавливают форсунки впрыска топлива, распределенные на четыре группы, и устанавливают через 90^o относительно оси вращения камеры, группу составляют из четырех форсунок и располагают через 90^o вокруг радиального сечения тороидальной камеры; свечи поджига разбивают на четыре группы по 12 свечей и устанавливают через 90^o относительно оси вращения камеры, между группами форсунок, через 10^o от предшествующей группы по ходу вращения камеры, и через 20^o от последующей группы по ходу вращения, группу составляют из трех подгрупп по 4 свечи и устанавливают через 20^o относительно оси вращения, в подгруппе свечи устанавливают вокруг радиального сечения камеры через 90^o, топливоподводящие каналы и электрический кабель прокладывают через центральный канал, проходящий в оси вращения ротора; подачу воздуха в камеру сгорания обеспечивают по спиралевидной системе, соосной с камерой, состоящей из двух трубчатых спиралевидных групп по четыре спирали в группе, соединенных между собой прямой трубкой, соосной с камерой; обеспечивают смещение спиралей в группах на 90^o относительно оси вращения и противоположные направления закрутки групп; обеспечивают для группы спиралей, входящих в камеру, направление закручивания, совпадающее с направлением вращения камеры, при этом радиус закручивания спиралей в месте вхождения в камеру максимален и равен радиусу средней линии тороидальной камеры сброса, а в месте соединения с прямой трубкой радиус уменьшают до минимального; противоположный конец прямой трубки соединяют со второй группой спиралей, имеющих при этом минимальный радиус, раскручиваясь, спирали увеличивают радиус до максимального в месте соединения со входными соплами; на камере сброса устанавливают спиралевидную систему удаления рабочего тела, имеющую прямую трубку, проходящую вдоль оси вращения ротора и соосную с ней, которая соединяет две трубчатые спиральные группы, закрученные в противоположные направления по четыре спирали в группе, отстоящие друг от друга на 90^o относительно оси вращения, при этом направление закручивания первой группы спиралей, выходящих из камеры сброса от поверхности максимального радиуса камеры, совпадает с направлением вращения ротора, при закручивании спиралей радиус их уменьшают до минимального, обеспечивая плавное вхождение спиралей в прямую трубку, которую устанавливают поверх прямой трубки системы подачи воздуха с зазором, обеспечивающим прохождение сбрасываемого рабочего тела, противоположный конец прямой трубки соединяют со второй группой спиралей, которые выходя из прямой трубки раскручивают начиная с минимального радиуса, и при достижении максимального радиуса на концах трубок спиралей устанавливают выходные сопла.