Электрогидравлический двигатель Российский патент 2024 года по МПК F03C1/00 F03C2/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям, работающим на электрогидравлическом эффекте, и может найти применение для использования энергии высоковольтного разряда в жидкой среде, с последующей трансформацией этой энергии в энергию механического вращения. Например, в транспортных средствах, в генераторах переменного тока, в качестве силовой установки, в БПЛА, в качестве силовых установок.

Известен электродвигатель по а.с. СССР №1700278 (FO3C 2100), содержащий: частично заполненный жидкостью корпус, в полости которого с возможностью взаимодействия между собой закреплены электроды, подключенные к генератору электрических импульсов. Лопастной ротор установлен на валу концентрично в цилиндрической камере с перепускными клапанами-патрубками.

Известен также электрогидродвигатель по а.с. Украины №15481А (F03C 21/00) и а.с. России №2088796 (F03C 21/00), содержащий корпус, выполненный в виде цилиндра с установленными в его полости концентрично на валу ротором, торцевыми крышками, с каналами отвода и подвода рабочей жидкости и электроды, соединенные с источником напряжения,, снабженный формирователем импульсов, а цилиндр снабжен сопряженными с его внутренней поверхностью опорными осевыми перегородками, между которыми на роторе расположены обхваты, с размещенными в них шариками по всей длине ротора.

Известные электрогидравлические двигатели конструктивно сложны, имеют критические допуски зазоров, довольно большую металлоемкость, низкие индикаторные показатели вращающих моментов и всего электрогидродвигателя, детали устройства недостаточно долговечны, вследствие быстрого износа деталей, например, ротора и обхватов от кавитационных процессов. Большая вероятность появления вторичного гидроэффекта в трубопроводах. Все вышесказанное дает все основания считать сомнительной эффективность и надежность данных электрогидродвигателей.

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в повышении эффективности использования энергии гидроэлектроразряда и надежности устройства.

Технический результат заключается в повышении мощности гидроэлектродвигателя, увеличении срока работоспособности электрогидравлического двигателя.

Указанный технический результат достигается в злектрогидравлическом двигателе, содержащем корпус, с установленными внутри него концентрично ротором и поршнями-обхватами, по обеим сторонам ротора, сопряженными с металлическими шариками ротора, с торцевыми крышками, снабженный формирователем импульсов высокого давления, содержащем взрывную камеру с электродами, корпус выполнен в виде гидроцилиндра, формирователь выполнен в виде цилиндра, взрывная камера содержит конический пояс, ограниченный с двух сторон поршнями-обхватами, имеющими сферические углубления со стороны взрывной камеры и фаски на своей боковой поверхности, для уплотнительных колец, а гидроцилиндр, снабжен боковыми крышками и опорными втулками с подшипниками для вала ротора гидроцилиндра, на котором размещен ротор, в сферических каналах которого размещены шарики, при этом формирователь и гидроцилиндр соединены между собой шлангами высокого давления.

Дополнительная особенность заключается в том, что роторы имеют фигурное ограничение по краю внутренней поверхности поршней-обхватов.

Дополнительная особенность заключается в том, что сферические каналы ротора выполнены взаимно перпендикулярными и отличающимися друг от друга своими диаметрами, а также выполнены с возможностью без зазора скользить по поверхности поршня - обхвата, и совершать продольно-поступательное перемещение.

Дополнительная особенность заключается в том, что один из шариков ротора подпружинен.

Электрогидродвигатель схематично представлен на графических материалах, где Электрогидродвигатель схематично представлен на графических материалах, где на фиг.1 - общий вид гидроцилиндра с видом 1;

на фиг. 2 - общий вид гидроцилиндра с частично продольным разрезом

на фиг. 3 - сечение А-А гидроцилиндра;

на фиг. 4 - сечение В-В гидроцилиндра;

на фиг. 5 - изображен вид 2 формирователя импульсов высокого давления;

на фиг. 6 - направление осевого сечения А-А формирователя импульсов высокого давления;

фиг. 7 - осевое сечение А-А формирователя импульсов высокого давления;

на фиг. 8 - общий вид 3 ротора

на фиг. 9 - сечение А-А ротора,

на фиг. 10 - вид 4 ротора

на фиг. 11 - сечение В-В, указанные на виде 3 и 4 (фиг. 8 и 10).

Электрогидродвигатель включает в себя гидроцилиндр, выполненный в виде прямоугольного корпуса (вид 1, фиг. 1, фиг. 2), с установленными в его внутренней полости поршнями-обхватами 1, имеющими по краям фигурное ограничение по краю внутренней поверхности 7 поршней- обхватов 1 с размещенным между ними концентрично ротором 2, с рабочими камерами с торцевыми крышками 3, с болтовыми креплениями к корпусу гидроцилиндра, с патрубками для подвода внутрь корпуса гидроцилиндра рабочей жидкости, с опорными втулками 10, для вала 9 ротора 2, крепящихся, например шпильками или болтами 5 (фиг. 3) к боковой поверхности корпуса гидроцилиндра и для аналогичного использования в качестве крепления боковых крышек формирователя импульсов высокого давления.

Формирователь импульсов высокого давления в форме цилиндра (фиг. 5) содержит камеры 12 для рабочей жидкости и камеру 13 с жидкостью (водой), с коническим поясом 15, со встроенными в нем двумя электродами 14, с возможностью взаимодействия друг с другом, расположенными с обеих сторон пояса двумя поршнями 11, имеющими углубления с внутренней стороны в форме эллипса и водяной затвор 19 по окружности поршня, в виде фаски по окружности поршня, в котором размещено уплотнительное кольцо, например тефлон, с наружными выводами 16 на поверхности корпуса формирователя, самих электродов и концевыми крышками 17 по обеим сторонам формирователя, с патрубками подвода 18 рабочей жидкости в рабочие камеры 6 гидроцилиндра. И с возможностью установки в камерах с гидрожидкостью устройств способных регулировать давление жидкости в камерах (на фиг. не показаны).

Гидроцилиндр (фиг. 1, фиг. 2) представляет собой корпус прямоугольной формы, с выступающими по бокам фигурными отливками 4, внутри которых размещены опорные для вала ротора подшипники (опорные втулки) 10. Гидроцилиндр, разделен визуально на три секции, в двух 6-6 (фиг. 4) из которых находится рабочая жидкость, в пространстве третьей камеры 8 (фиг. 1) расположен ротор 2, собранный, например, из двух половин (фиг. 10, части С-D), с возможностью крепления между собой, например, стяжными металлическими шпильками (фиг. 8, поз. 29) расположенными в углублениях. Ротор 2 заключен между двумя поршнями-обхватами 1 (фиг. 1, фиг. 2), имеющими со стороны ротора на своей боковой поверхности фигурное ограничение по краю внутренней поверхности 7 поршней-обхватов 1, позволяющий равномерный накат шариков ротора 2 при вращении самого ротора, имеющий плотное прилегание с поверхностями вращающихся шариков ротора и сопряженных с внутренней поверхностью корпуса гидроцилиндра. Ротор 2 имеет в своем теле каналы, расположенные по фигурным, взаимно перпендикулярным по горизонтальным осям, с размещением в них шариков 25, два из которых, большего диаметра чем подпружиненный третий-26, центры которых лежат в одной плоскости, находящейся под углом к плоскости наружной поверхности самого ротора. В каналах с шариками 25, в теле ротора 2 имеется фигурные отливки 23 - пояса (фиг. 11), ограничивающие выход шариков 25 за пределы ротора более чем на одну треть их диаметра.

Шарик малого диаметра 26 (фиг. 11), подпружиненный пружиной 27, расположенный в прямоугольном канале 22, с касанием сегмента своей наружной поверхности с частью наружной поверхности шаров 25 и способный поддерживать шарики 25 в канале 21 за счет давления пружины 27, в пределах ограничительного пояса 23. Ротор имеет осевой вал 20 (фиг. 8), с возможностью, при конструктивном изменении размерных параметров гидроцилиндра, размещения в нем несколько роторов, например - два, сдвинутых относительно друг друга на 45 градусов. Ротор имеет опорные втулки - подшипники 10 (фиг. 1) размещенные в фигурных отливках 4, закрепленных в тело корпуса гидроцилиндра посредством, например, болтов 5.

Таким образом, в формирователе импульсов и в самом двигателе предусмотрены следующие конструкционные изменения:

1. Формирователь импульсов высокого давления, выполненный в виде цилиндрической закрытой камеры, разделенной на две части коническим поясом из дюралюминия сопряженным своей наружной поверхностью с корпусом камеры формирователя, с возможностью взаимодействия в нем между собой электродами, размещенными в самом поясе и являющиеся центром взрывной камеры, охваченный с обеих сторон поршнями формирователя импульсов, с углублениями в виде эллипса на наружной поверхности со стороны пояса, для увеличения площади воздействия гидроимпульса на поршни.

2. Гидроцилиндр (двигатель) снабжен ротором, соосным с цилиндром двигателя, с металлическими шариками, размещенными в сферических каналах тела ротора, насаженного на вал, имеющий опорные втулки. Ротор сопряжен с двумя поршнями-обхватами, соприкасающиеся к поверхностям металлических шариков самого ротора, имеющие новое конструктивное размещение шариков в теле самого ротора, при этом гидроцилиндр имеет боковые крышки с входами для тока гидрожидкости.

Наличие формирователя импульсов с взрывной камерой, имеющей поршни и электроды в коническом поясе, позволяет создать гидроимпульсы высокого давления в жидкости, например воды, передаваемые с помощью поршней на рабочую жидкость (со свойствами повышающие передачу кинетической энергии и импульсы давления), содержащаяся в камерах формирователя и по каналам шлангов высокого давления передавать эти импульсы давления на поршни-обхваты гидроцилиндра, воздействующие в свою очередь на металлические шарики ротора, благодаря конструкционному расположению шариков в роторе, посредством чего сам ротор получает импульс вращения.

За счет конфигурации поршней и наличие сферического пояса в разрядной камере приводит к усилению кумулятивного гидроэффекта жидкости и воздействие его на поверхности самих поршней, что в свою очередь посредством поршневой гидрожидкости, импульс передается на наружную поверхность поршней-обхватов гидроцилиндра и сохраняя большую часть энергии импульса, для воздействия на обхваты. Передающие импульс этого воздействия в свою очередь, влияет на шарики ротора, расположенные в теле ротора по предлагаемым конструкционным формам каналов их размещения. А шарики, в свою очередь, трансформируют энергию импульса в энергию вращения самого ротора. Таким образом, достигается существенное сохранение и передача энергии импульса гидровзрыва в жидкости для дальнейшей трансформации ее в энергию вращения ротора, понижает риск кавитационных разрушений, исключает быстрый износ трущихся деталей, устраняет явление энертности, что в свою очередь повышает эффективность, надежность и долговечность двигателя по сравнению с известными ранее

Заявленный электрогидравлический двигатель имеет существенные отличительные признаки, которые в совокупности с признаками известных электрогидродвигателей, существенно влияет на достижение технического результата при его использовании.

Таким образом, совокупность существенных признаков находится в причинно-следственной связи с достигнутым техническим результатом, а именно, за счет конструктивно - кинематических связей поршней - обхватов и ротора в гидроцилиндре и за счет конструктивных изменений поршней и конического пояса с электродами, конструктивных изменений самой камеры в формирователе повышается эффективность использования энергии жидкой среды, замкнутой в объеме камеры формирователя, увеличивает надежность в работе и способствует высоким индикаторным показателям самого гидроцилиндра (двигателя), увеличивая его долговечность.

Электрогидравлический двигатель работает следующим образом: Предварительно, камеру 13 формирователя (фиг. 5) заполняют дистиллятом с давлением не менее 0.1 атмосферы. Камеры 12 формирователя (фиг. 5) и камеры гидроцилиндра 6 (фиг. 3), соединенные шлангами входа и вывода между формирователем и гидроцилиндром, заполнены гидрожидкостью также под давлением не менее 0.1 атмосфер. С внешнего устройства на электроды 14 формирователя (фиг. 5) подается высоковольтное напряжение, которое возбуждает между электродами 14 высоковольтный разряд. В жидкой среде камеры 13 (фиг. 7) возникает импульс высокого давления, передающийся посредством поршней формирователя на рабочую жидкость в камерах 12. Затем этот импульс передается через гидрожидкость в шлангах высокого давления на гидрожидкость в камерах 6 гидроцилиндра. Полученный гидро-импульс посредством поршней - обхватов 1, в свою очередь, воздействуют этими импульсами на шарики 25, размещенные по фигурным каналам в теле ротора и выходящие на одну треть своего диаметра на боковой поверхности ротора.

Благодаря конструкционному размещению шариков в теле ротора импульс давления, получаемый от поршней обхватов, воздействует на шарики 25 ротора, которые своей боковой поверхностью передают силовой импульс шарику 26. В свою очередь, импульс шарика 26 воздействует через пружину 27, на сам ротор (фиг. 11), придавая ему импульс вращения. Каналы 22 и 21 в теле ротора 2 (фиг. 9), по своим осям взаимно перпендикулярны, а осевое направление канала 22 параллельно касательной к боковой поверхности ротора (на стороне расположения шариков), что в свою очередь повышает эффективность действия момента вращения. Фигурное ограничение по краю внутренней поверхности 7 поршней обхватов 1 (фиг. 1), способствует меньшему удару при накате шариков на поверхность поршня обхвата. Расположение шариков 25 и 26, в фигурном канале ротора показаны на сечениях А-А и В-В (фиг. 9 и 11). Фигурный выступ 24 в канале 21 (фиг. 11), ограничивает передвижение шариков 25 и 26 в глубь канала. Пружины 27 позволяют плотное соприкосновение сегментов поверхности шариков 26 и 25, способствуя плотному удержанию шарика 25 в ограничительном поясе 23 и удержанию его в позиции одной трети за приделами ротора. Нарастающее вращение ротора, его равномерность вращения обеспечивается, например, маховиком (на чертеже не показан) на конце вала 20 самого ротора (фиг. 8).

Для формирования высоковольтного разряда в камере 13 формирователя используется электронное устройство (на чертеже не показан), питающееся от источника постоянного напряжения 12 вольт.

Работа электрогидравлического двигателя не требует протекания через него больших объемов жидкости, имеет малую металлоемкость и шумовые характеристики, эффективное преобразование энергии высоковольтного разряда в жидкой среде, с последующей трансформацией ее в энергию вращения, обеспечивает эффективность и длительную работоспособность, надежность заявляемого электрогидравлического двигателя.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к электрогидравлическим двигателям. Электрогидравлический двигатель содержит корпус с установленными внутри него концентрично ротором 2 и поршнями-обхватами 1, по обеим сторонам ротора 2, сопряженным с металлическими шариками ротора 2, торцевые крышки 3. Двигатель снабжен формирователем импульсов высокого давления, содержащим взрывную камеру с электродами. Корпус выполнен в виде гидроцилиндров. Формирователь выполнен в виде цилиндра. Взрывная камера содержит конический пояс, ограниченный с двух сторон поршнями-обхватами 1, имеющими сферические углубления со стороны взрывной камеры и фаски на своей боковой поверхности для уплотнительных колец. Гидроцилиндр снабжён боковыми крышками и опорными втулками с подшипниками для вала ротора 2 гидроцилиндра, на котором размещён ротор 2. В сферических каналах ротора 2 размещены шарики. Формирователь и гидроцилиндр соединены между собой шлангами высокого давления. Изобретение направлено на повышение эффективности использования энергии электроразряда, надёжности в работе и его долговечность. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Электрогидравлический двигатель, содержащий корпус с установленными внутри него концентрично ротором и поршнями-обхватами по обеим сторонам ротора, сопряженным с металлическими шариками ротора, с торцевыми крышками, снабжённый формирователем импульсов высокого давления, содержащим взрывную камеру с электродами, отличающиймся тем, что корпус выполнен в виде гидроцилиндра, формирователь выполнен в виде цилиндра, взрывная камера содержит конический пояс, ограниченный с двух сторон поршнями-обхватами, имеющими сферические углубления со стороны взрывной камеры и фаски на своей боковой поверхности для уплотнительных колец, а гидроцилиндр снабжён боковыми крышками и опорными втулками с подшипниками для вала ротора гидроцилиндра, на котором размещён ротор, в сферических каналах которого размещены шарики, при этом формирователь и гидроцилиндр соединены между собой шлангами высокого давления.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что роторы имеют фигурное ограничение по краю внутренней поверхности поршней-обхватов.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что сферические каналы ротора выполнены взаимно перпендикулярными и отличающимися друг от друга своими диаметрами, а также выполнены с возможностью без зазора скользить по поверхности поршня - обхвата и совершать продольно-поступательное перемещение.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что один из шариков ротора подпружинен.