РОТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2014 года по МПК F03C2/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям, работающим на основе электрогидравлического эффекта, и может быть использовано для получения механической энергии вращательного движения из энергии электрогидравлического удара и энергии текучей среды (жидкости).

Известны роторные электрогидравлические двигатели, предназначенные для преобразования энергии высоковольтного разряда в жидкости во вращательное движение ротора (см. SU 1435804 A, 07.11.1988). Эти двигатели имеют сложную конструкцию, наружные трубопроводы, а также дополнительные узлы: гидроаккумуляторы, насосы и т.д.

Известен роторный электрогидравлический двигатель (см. SU 629356 A, 25.10.1978), содержащий корпус с рабочей камерой, в которой оппозитно друг другу размещены электроды, и концентрично установленный в корпусе ротор. При подаче питания на электроды между ними возникает электрогидравлический разряд, ударный фронт которого взаимодействует с лопастями ротора, приводя последний во вращение. Недостатком известного двигателя является сложность его конструкции. Кроме того, подпружиненные лопасти, установленные в роторе, работают с большой нагрузкой, быстро изнашиваются и требуют периодической замены.

Наиболее близким к описываемому техническому решению является роторный электрогидравлический двигатель (см. RU 2041387, 09.08.1995), содержащий корпус с рабочей камерой, в которой размещен электрод, и концентрично установленный в корпусе ротор, согласно описываемому техническому решению камера выполнена в форме усеченного конуса, большее основание которого сопряжено со сферической поверхностью, например, в форме купола, при этом в рабочей камере в плоскости сопряжения выполнено отверстие, оппозитно которому установлен электрод, а ротор выполнен в форме усеченного конуса с внутренней полостью и с тангенциальными отверстиями, равномерно расположенными по его окружности, и установлен соосно с рабочей камерой в полости корпуса, выполненной со стороны ротора с углублениями в форме выступов храпового колеса, при этом ротор и рабочая камера расположены сужающимися участками навстречу друг другу.

Кроме того, число тангенциальных отверстий в роторе меньше числа углублений в полости корпуса, выполненных в форме выступов храпового колеса, а в отверстие рабочей камеры, оппозитной электроду, может быть установлен обратный клапан.

Недостатком известного двигателя является отсутствие возможности получения большой удельной мощности двигателя вследствие ограниченной мощности одного источника энергии электрогидроудара.

Технической задачей изобретения является разработка конструкции двигателя и процедуры работы его, позволяющих увеличить удельную мощность двигателя за счет увеличения числа источников, создающих электрогидроудар одновременно.

Технический результат достигается тем, что в роторном электрогидравлическом двигателе, содержащем корпус, электрод, размещенный в рабочей камере, выполненной в форме усеченного конуса, большое основание которого сопряжено с куполом, ротор, при этом ротор и рабочая камера размещены в полости корпуса, выполненной со стороны ротора с углублениями в форме выступов храпового колеса, двигатель дополнительно содержит набор размещенных в полости корпуса на диске рабочих камер с электродами, выполненных в форме усеченных конусов, большие основания которых сопряжены с набором куполов, а сужающиеся участки рабочих камер обращены в сторону диска, контактирующего с ротором, выполненным в форме диска с размещенным в нем набором колес Сегнера, при этом рабочие камеры расположены на диске по окружности и сообщаются с набором колес Сегнера через радиальные каналы в диске, соединенные в общий сток, который соединен с набором колес Сегнера, изогнутые колена которых обращены открытыми отверстиями к выступам углублений в форме выступов храпового колеса полости корпуса, причем каналы, образованные этими углублениями, соединены с отверстиями в вершине куполов. В отверстиях вершин куполов установлены обратные клапаны.

Предлагаемая конструкция роторного электрогидравлического двигателя позволяет увеличить удельную мощность за счет одновременного возбуждения электрогидравлических импульсов во всех рабочих камерах набора их в предлагаемом устройстве. Это позволяет либо увеличить удельную мощность двигателя, либо при сохранении заданной величины удельной мощности двигателя снизить затраты энергии на обеспечение его процесса работы.

На фиг.1 и 2 изображен предлагаемый двигатель. На фиг.1 - вид сверху, а на фиг.2 - осевой разрез А-А. На фиг.3 - разрез Б-Б по фиг.1, на фиг.4 - разрез В-В по фиг.1. На фиг.5 - разрез Г-Г по фиг.1, на фиг.6 - разрез Д-Д по фиг.1

Двигатель по фиг.1 и 2 содержит корпус 1, электроды 2-7, закрепленные в электроизоляционных вставках 8-13 и размещенные в рабочих камерах 14-19, выполненных в форме усеченного конуса, большое основание которого сопряжено с куполами 20-25, ротор 26. Ротор 26 и рабочие камеры 14-19 размещены в полости корпуса 1, выполненного с углублениями 27 в форме выступов 28 храпового колеса (см. фиг.6)) со стороны ротора 26. Набор рабочих камер 14-19 с электродами 2-7 размещен в полости корпуса 1 на диске 29 (см. фиг.2, 4, 5). Сужающиеся участки рабочих камер 14-19 обращены в сторону диска 29, в котором размещены каналы 30-35 (см. фиг.2 и 5, сечение Г-Г), контактирующие с ротором 26, выполненным в форме цилиндра. Рабочие камеры 14-19, расположенные на диске 29 по окружности, сообщаются с каналами 30-35 диска 29 через отверстия 36-41 в диске 29 (см. фиг.2 и 4). При этом в центральной части диска 29 каналы 30-35 соединены в общий сток 42 (см. фиг.2 и 5, сечение Г-Г), соединенный с набором колес Сегнера 43-48 (см. фиг.2 и 6, сечение Д-Д), изогнутые колена 49-54 которых обращены открытыми отверстиями к выступам 28 углублений 27 в форме выступов 28 храпового колеса полости корпуса 1, причем каналы 27, образованные этими углублениями 27 в корпусе 1, соединены с отверстиями 55-60 (см. фиг.1 и 2, сечение А-А) в вершине куполов 20-25.

В отверстиях 55-60 установлены дисковые двустворчатые обратные клапаны 61-66. Рабочие камеры 14-19 объедены в оправке 67 (см. фиг.2 и 3) и могут быть созданы в ней, например, путем расточки ее. Оправка 67 жестко соединена с диском 29 через герметичную прокладку (не показана). Купола 20-25 закреплены на крышке 68, которая закреплена на корпусе 1. Соединения куполов 20-25 с камерами 14-19 и соединение крышки 68 с корпусом 1 также осуществляется через герметичные прокладки (не показаны). В крышке 68 имеются каналы 69-74, выполненные с возможностью подачи жидкости (воды) из углублений 27 корпуса 1 в камеры 14-19 через отверстия 55-60 (см. фиг.1 и 2, сечение А-А) в вершине куполов 20-25.

В крышке 68 имеется также набор каналов 75-80 для предварительного заполнения жидкостью (вода) всех пустот устройства, также выхлопные отверстия 81-86 для вывода воздуха и газов, образующихся при электрогидроударе, из пустот устройства.

Набор колес Сегнера 43-48 (см. фиг.2 и 6, сечение Д-Д) выполнен в виде ротора 26 с осевым вылетом 87. Ротор 26 установлен в корпусе 1 на подшипниках 88, 89 с возможностью свободного вращения вокруг оси ротора 26. Зазор между диском 29 и ротором 26 составляет не более 0.3 мм и заполнен уплотнительными кольцами из графитовой смазки (не показаны), позволяющей создать подвижное соединение между диском 29, ротором 26 и корпусом 1 и препятствующей вытеканию жидкости из зазоров, но не препятствующей вращению ротора 26 (набор колес Сегнера).

На фиг.1 пунктиром обозначено взаимное расположение куполов 14-19, отверстий 55-60 в них, каналов 69-74 в крышке 68 и углублений 27 с выступами 28.

На фиг.4 пунктиром обозначено положение каналов 30-35 и стока 42 ротора 26.

На фиг.6 обозначено положение набора колес Сегнера 43-48 в момент действия импульса электрогидроудара.

На фиг.2 стрелками обозначено направление движения жидкости в момент действия импульса электрогидроудара.

На фиг.5 и 6 стрелками обозначено направление движения жидкости в каналах 30-35 диска 29, а также в насосной и реактивной частях колес Сегнера 43-48 ротора 26 соответственно в момент действия импульса электрогидроудара.

На фиг.2, 5 и 6 стрелкой ω обозначено направление вращения ротора 26.

На фиг.6 стрелками обозначено направление центробежных сил f_Ц в насосной части колес Сегнера 43-48 ротора 26.

Двигатель работает следующим образом.

Жидкость (вода) из бака (не показан) через каналы 75-80 подается самотеком в рабочие камеры 14-19. Далее через отверстия 36-41 в диске 29 (см. фиг.2 и 4), каналы 30-35 диска 29, сток 42 и набор колес Сегнера 43-48 попадает в каналы 27, образованные углублениями 27 в корпусе 1 двигателя, и каналы 69-74 в крышке 68, по которым поднимается до уровня, определяемого расположением выхлопных отверстий 81-86, через которые периодически осуществляется отвод пара и газов.

При подаче высокого напряжения одновременно на электроды 2-7 между ним и металлическими стенками рабочих камер 14-19 возникают электрогидравлические разряды, ударный фронт которых имеет направление к сужающимся частям рабочих камер 14-19. Жидкость приходит в движение и под давлением совершает движение по контуру, а именно вытекает из камер 14-19 в каналы 30-35 диска 29, попадает в сток 42 и далее через набор колес Сегнера 43-48 и каналы 27, образованные углублениями 27 в корпусе 1 двигателя, поднимается до отверстий 55-60 куполов 20-25 и далее сливается снова в камеры 14-19, т.к. выхлопные отверстия 81-86 на момент действия ударного фронта закрываются специальной системой клапанов (не показана). Скорость движения жидкости по данному контуру достаточно высокая и может достигать 30 м/сек.

При этом ротор 26 вращается в направлении стрелки ω по фиг.2, 5 и 6, так как жидкость, вытекающая из изогнутых колен 49-54 набора колес Сегнера 43-48 под действием центробежных сил, возникающих в насосной части колес Сегнера 43-48, отталкивает ротор 26 от выступов 28 корпуса 1 в направлении вращения по фиг.2. Вытеснение жидкости из отверстий 55-60 куполов 20-25 в каналы 69-74 крышки 68 в момент гидроудара отсутствует, т.к. в этот момент обратные клапаны 61-66 автоматически закрываются. Отсутствует вытеснение жидкости и через каналы 75-80, так как они имеют четыре изгиба под углом 90^о, что является достаточным условием гашения гидроудара (изгибы на фиг.2 не показаны).

Одновременное действие шести электрогидравлических импульсов в шесть раз увеличивает момент сил вращения, действующих на ротор 26 со стороны корпуса, 1 и соответственно увеличивает скорость вращения колес Сегнера 43-48. Это увеличение приводит к возрастанию мощности на валу 87 в минимум 6 раз по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям, работающим на основе электрогидравлического эффекта. Роторный электрогидравлический двигатель содержит корпус, набор размещенных в полости корпуса на диске рабочих камер с электродами, выполненных в форме усеченных конусов. Большие основания конусов сопряжены с набором куполов. Сужающиеся участки рабочих камер обращены в сторону диска, контактирующего с ротором, выполненным в форме диска с размещенным в нем набором колес Сегнера. Ротор и рабочие камеры размещены в полости корпуса, выполненной со стороны ротора с углублениями в форме выступов храпового колеса. Рабочие камеры расположены на диске по окружности и сообщаются с набором колес Сегнера через радиальные каналы в диске, соединенные в общий сток, соединенный с набором колес Сегнера, изогнутые колена которых обращены открытыми отверстиями к выступам углублений в форме выступов храпового колеса полости корпуса. Каналы, образованные этими углублениями, соединены с отверстиями в вершине куполов. В отверстиях вершин куполов установлены обратные клапаны. Изобретение направлено на увеличение удельной мощности двигателя за счет увеличения числа источников, создающих электрогидроудар одновременно. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Роторный электрогидравлический двигатель, содержащий корпус, электрод, размещенный в рабочей камере, выполненной в форме усеченного конуса, большое основание которого сопряжено с куполом, ротор, при этом ротор и рабочая камера размещены в полости корпуса, выполненной со стороны ротора с углублениями в форме выступов храпового колеса, отличающийся тем, что двигатель дополнительно содержит набор размещенных в полости корпуса на диске рабочих камер с электродами, выполненных в форме усеченных конусов, большие основания которых сопряжены с набором куполов, а сужающиеся участки рабочих камер обращены в сторону диска, контактирующего с ротором, выполненным в форме диска с размещенным в нем набором колес Сегнера, при этом рабочие камеры расположены на диске по окружности и сообщаются с набором колес Сегнера через радиальные каналы в диске, соединенные в общий сток, который соединен с набором колес Сегнера, изогнутые колена которых обращены открытыми отверстиями к выступам углублений в форме выступов храпового колеса полости корпуса, причем каналы, образованные этими углублениями, соединены с отверстиями в вершине куполов.

2. Роторный электрогидравлический двигатель по п.1, отличающийся тем, что в отверстиях вершин куполов установлены обратные клапаны.