EA021369B1

EA021369B1 - Гидравлическая силовая установка

Info

Publication number: EA021369B1
Application number: EA201101310A
Authority: EA
Inventors: Миодраг Обрадович; Эсад Капиджич
Original assignee: Миодраг Обрадович; Эсад Капиджич
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2015-06-30
Also published as: EA201101310A1

Abstract

Изобретение относится к области энергетического машиностроения. Технический результат: снижение энергетических потерь, повышение коэффициента полезного действия и технологичности изготовления установки. Установка (10) содержит корпус (2), в котором смонтирован вал (3) с ротором (4), на внешней цилиндрической поверхности (7) которого выполнены декомпрессионные камеры (6) с кольцевыми камерами (8) и с каналами впуска (11) и выпуска (12) рабочей среды, связанные с кольцевой камерой (8) и гидравлической системой. Корпус дополнительно содержит вторую кольцевую камеру (8) и второй ротор (4). На внешней цилиндрической поверхности (7) роторов (4) с равномерным угловым интервалом смонтированы перемычки (16) с образованием декомпрессионных камер (6) с прямоугольными каналами (15) с поршневыми вставками (18), которые выполнены со ступенями (19, 19) и делят ее в отношении золотого сечения на отрезке дуги (A, D). На внутренней поверхности корпуса (2) в кольцевых камерах (8) смонтированы опорные механизмы для компенсации реактивной составляющей на вал (3).

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и предназначено для использования в качестве привода промышленных электрогенераторов и других подобных устройств.

Из уровня техники известны многочисленные установки для преобразования кинетической энергии гидравлического потока рабочего тела в механическую энергию вращения.

В патентной заявке [1] описана роторная установка с замкнутым циклом для получения механической энергии. Установка содержит напорную емкость, корпус турбины, вал с подшипниками, сборник рабочей жидкости, трубопроводы, клапан, насос и разгонный двигатель. В качестве ротора применяется гидротурбина, позволяющая использовать энергию струй рабочей жидкости, имеющих скорость истечения больше окружной скорости ротора турбины для создания крутящего момента на валу. Рабочая жидкость движется по замкнутому контуру: напорная емкость-турбина-сборник-насос-напорная емкость. Лопатки ротора выполнены по логарифмической спирали. На одном валу установлено несколько гидротурбин с индивидуальными боковыми вводами рабочей жидкости.

Известен роторный гидравлический двигатель с осциллирующими инерционными поршнями [2]. Ротор двигателя содержит посаженные на шкворнях осциллирующие инерционные поршни в количестве не менее четырех, предпочтительно на плавающем подшипнике. Между ротором и корпусом двигателя выполнена кольцевая гравитационная камера, отделенная от ротора сборной втулкой, которая состоит как минимум из четырех сегментов, прикрепленных к корпусу двигателя. Каждый сегмент втулки гравитационной камеры заканчивается предпочтительно с одного конца впускным отверстием, а с другого конца двойным выпускным отверстием, создавая на стыке двух соседних сегментов лабиринтное уплотнение. Корпус двигателя содержит также две пары контрольных окон, одна пара окон размещена в зоне холостого хода инерционного поршня, а вторая пара окон в рабочей зоне инерционного поршня. Каждый инерционный поршень снабжен каналом для смазки подшипника поршня. Гравитационная камера выполнена с возможностью регулировки ее объема посредством регулирующего винта.

Недостатками технических решений представленных в [1, 2] являются технологическая сложность изготовления ротора и невысокая эксплуатационная надежность конструкций в целом.

Наиболее близкая к предлагаемому изобретению роторная машина замкнутого цикла [3] (прототип). Машина содержит гидравлическую систему в виде замкнутого гидравлического контура с насосом и роторный двигатель, в корпусе которого смонтирован вал с ротором. На внешней цилиндрической поверхности ротора выполнены по меньшей мере четыре оппозитно расположенные декомпрессионные камеры с каналами впуска. Каналы выпуска выполнены в корпусе двигателя и связаны с кольцевой камерой, расположенной вокруг ротора между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и сборной кольцевой оболочкой. Кольцевая оболочка выполнена в виде четырех сегментов, закрепленных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса с возможностью их одностороннего перемещения посредством регулировочных винтов. Декомпрессионная камера выполнена в виде усеченного конуса с углом при вершине α, величина которого выбрана в интервале от 19 до 22°. Меньшее основание конуса камеры сопряжено с каналом впуска, а расстояние между меньшим и большим основаниями конуса камеры составляет от 14 до 16% длины канала впуска. Большее основание конуса камеры выполнено с радиусом кривизны г, где г = 1/2Ό, Ό - диаметр нижнего основания конуса камеры. Каналы впуска функционально связаны с аккумуляторами-накопителями гидравлической системы, каналы выпуска посредством трубопроводов соединены через выпускной коллектор с циркуляционной цистерной гидравлической системы. Цистерна трубопроводами связана с фильтрами грубой и тонкой очистки, насосами высокого давления с автономным электроприводом и гидравлическими аккумуляторами-накопителями. Трубопровод аккумуляторов-накопителей снабжен перепускными клапанами и коллекторомраспределителем, связанным с гидравлическими аккумуляторами-компенсаторами, которые подключены к ручному гидравлическому насосу высокого давления. Вал ротора двигателя соединен посредством муфты с электрогенератором, который через регулятор напряжения подключен к внешней распределительной электрической сети с нагрузкой.

Недостатком прототипа является технологически сложная в изготовлении конфигурация декомпрессионных камер ротора и низкая герметичность декомпрессионных камер друг от друга. Также недостатком является использование сборной кольцевой оболочки в кольцевой камере корпуса роторного двигателя, что усложняет конструкцию и снижает надежность работы роторной установки из-за повышенной нагрузки на опоры вала ротора под действием реактивной составляющей в результате низкочастотных резонансных механических колебаний, обусловленных подвижностью сочленений элементов сборной кольцевой оболочки.

Целью изобретения является повышение надежности гидравлической силовой установки и эффективности преобразования кинетической энергии потока рабочей среды в механическую энергию.

Техническим результатом изобретения является снижение энергетических потерь, повышение коэффициента полезного действия и технологичности изготовления установки.

Технический результат достигается тем, что в гидравлической силовой установке, содержащей корпус, в котором смонтирован вал с размещенным на нем ротором, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнены декомпрессионные камеры, кольцевую камеру, расположенную между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и внешней цилиндрической поверхностью ротора, гид- 1 021369 равлические каналы впуска и выпуска рабочей среды, выполненные в корпусе и связанные с кольцевой камерой и гидравлической системой, согласно изобретению, на валу, симметрично относительно его середины, установлено два ротора, причем на внешней цилиндрической поверхности роторов с равномерным угловым интервалом смонтированы перемычки с возможностью образования пяти декомпрессионных камер в форме кольцевых прямоугольных каналов, каждый из которых дополнительно снабжен поршневой вставкой, причем последняя выполнена ступенчатой, ступени расположены на отрезке дуги, делящих ее в отношении золотого сечения, и выполнены в форме прямоугольников золотого сечения, при этом перемычки по периметру снабжены самоуплотняющимся элементом, выполненным с возможностью герметичного перекрытия декомпрессионных камер друг от друга; корпус содержит дополнительную вторую кольцевую камеру, в каждой кольцевой камере размещены упомянутые выше роторы, при этом с торцов камеры герметично закрыты боковыми крышками, а на внутренней поверхности корпуса в кольцевых камерах смонтированы опорные механизмы с возможностью компенсации реактивной составляющей на вал с роторами.

Опорный механизм выполнен в виде сплошного кольца, в ободе которого содержатся две пары оппозитно расположенных отверстий, связанных с гидравлическими каналами впуска и выпуска корпуса и соединенные с кольцевой камерой.

Перемычки на цилиндрической поверхности ротора установлены с угловым интервалом 72±1,5°.

Перемычки выполнены в форме прямоугольных пластин и установлены перпендикулярно к касательной цилиндрической поверхности ротора.

Поршневая ступенчатая вставка содержит две ступени и делит рабочий объем декомпрессионной камеры на три части пропорциональные в отношении золотого сечения.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1-4.

На фиг. 1 представлено сечение общего вида силовой установки.

На фиг. 2 - вид колеса ротора с поршневыми вставками.

На фиг. 3 - принципиальная схема гидравлической системы.

На фиг. 4 - поршневая вставка.

Гидравлическая силовая установка 1 содержит корпус 2, в котором смонтирован вал 3 с роторами 4, выполненные в виде смонтированных зеркально-симметрично колес 5 с декомпрессионными камерами 6 на внешней цилиндрической поверхности 7; кольцевые камеры 8 для размещения роторов 4 с герметичными боковыми крышками 9, гидравлические каналы впуска 11 и выпуска 12 рабочей среды, связанные с кольцевой камерой 8. Колеса 5 роторов 4 на внешней боковой поверхности 13 содержат кольцевой прямоугольный в сечении канал 14 для размещения смазки; декомпрессионные камеры 6 роторов 4 выполнены в виде кольцевых прямоугольных каналов 15 и разделены перемычками 16, которые смонтированы на ободе 17 колес 5 перпендикулярно касательной к цилиндрической поверхности 7 с равномерным угловым интервалом 72±1,5; поршневые ступенчатые вставки 18 со ступенями 19, 19^В смонтированные в декомпрессионных камерах 6, самоуплотняющиеся элементы 20, смонтированные по периметру на торцевых поверхностях перемычек 16. Боковые крышки 9 снабжены подшипниковыми узлами 24 с крышками 23, в которых установлены шейки 25 вала 3. В кольцевых камерах 8 на внутренней цилиндрической поверхности 26 смонтированы опорные механизмы в виде сплошного кольца 27, в ободе 28 которого выполнены две пары оппозитно расположенных отверстий 29, связанных с гидравлическими каналами впуска 11 и выпуска 12 и соединенные с кольцевыми камерами 8.

Гидравлическая система 21 установки 1 выполнена в виде замкнутого контура и содержит стандартные устройства общие с прототипом: циркуляционную емкость, фильтры грубой и тонкой очистки, распределительные коллекторы, насос высокого давления, импульсный аккумулятор-компенсатор, аккумулятор-накопитель, стартовый насос (на чертеже не показано), а также сливные трубопроводы низкого давления 30 и подающие трубопроводы высокого давления 31, соответственно связанные с гидравлическими каналами выпуска 12 и впуска 11 в корпусе 2. Вал 3 роторов 4 посредством муфты (на чертеже не показано) соединен с электрическим генератором 32, который функционально связан с нагрузкой 10.

Гидравлическая силовая установка 1 работает следующим образом. Заправляют гидравлическую систему 21 рабочей средой, например маслом индустриальным, и приводят в рабочее состояние оборудование и приборы управления установки 1 (на чертеже не показаны). Насосами высокого давления из гидравлической системы 21 по подающим трубопроводам высокого давления 31 через каналы впуска 11 в корпусе 2 одновременно в две, оппозитно размещенные на роторах 4, декомпрессионные камеры 6 подают двумя противоположно направленными потоками рабочую среду под давлением порядка 2535МПа, создавая тем самым крутящий момент на валу 3. Эффективный крутящий момент на вал 3 роторов 4 обеспечивается благодаря выбранному интервалу в 72±1,5 между перемычками 16, при этом две противоположно размещенные декомпрессионные камеры 6 находятся постоянно смещенными относительно впускных каналов 11 на оптимальный угол ~22° (на чертеже не показано), под которым потоки рабочей среды воздействуют на перемычки 16 и ступени 19, 19^В поршневой вставки 18 колес 5 роторов 4 и приводят его во вращение, а самоуплотняющиеся элементы 20, смонтированные по периметру на перемычке 16, обеспечивают надежную герметизацию декомпрессионных камер 6 друг от друга. По мере

- 2 021369 вращения роторов 4 находящиеся под давлением две оппозитно размещенные декомпрессионные камеры 6 из положения рабочий ход переходят в положение холостой ход и совмещаются с каналами выпуска 12, по которым рабочая среда отводится по сливным трубопроводам низкого давления 30 обратно в гидравлическую систему 21. От вала 3 с роторами 4 посредством муфты (на чертеже не показано) крутящий момент передается на вал электрического генератора 32, а вырабатываемая электрическая энергия поступает на нагрузку 10, которая функционально связана с электрическим генератором 32.

Ступени 19 и 19^В поршневых вставок 18 (фиг. 4) выполнены в форме прямоугольников 34, 35 золотого сечения, для которых соотношение сторон удовлетворяет пропорции: бп/бс = аш/аЬ = Р_п, где Р_п число Фибоначчи [4]. Ступень 19 расположена на отрезке дуги АО, делящем ее в точке С также в отношении золотого сечения, что обеспечивает золотую пропорцию, т.е. геометрическое равновесие в отношении общего объема декомпрессионной камеры 6 с ее частями, и самих частей. В результате достигается идеальная константа, характеризуемая числом Фибоначчи, определяемом из соотношения:

АО/ВО = Βϋ/ΑΒ = Е„ = (1+45)/2=1,618 при этом обеспечивается эффект самоорганизации процессов развития вихреобразования в декомпрессионных камерах 6 в резонансном режиме, что повышает эффективность преобразования внутренней потенциальной энергии рабочей среды в кинетическую энергию, а затем в механическую энергию вращения ротора 4. Указанный эффект самоорганизации вихреобразования в резонансном режиме следует из фундаментального математического закона, управляющего самоорганизацией структур оснований Т, С, А, С внутри ДНК, открытого французским исследователем 1еап-С1аибе Реге/ [5, 6], из которого следует, что каждая ДНК образует множество резонансов, то есть, как правило, длина отрезков генетического кода равна числу Фибоначчи Р_п и разбивается золотым сечением на множество оснований типа Т (число которых в каждом отрезке генетического кода равно Р_п-2) и на суммарное множество остальных оснований (число которых равно Р_п-1).

Площадь торцевой поверхности 33 поршневой вставки 18 равна площади перемычки 16 и выполнена с возможностью плотного прилегания к последней в процессе монтажа вставки 18 на ободе 17 колес 5.

Использование самоуплотняющихся элементов 20, которые смонтированы по периметру перемычек 16, выполнены, в частности, в виде сальников с возможностью расширения под воздействием давления рабочей среды, подаваемой в декомпрессионную камеру 6, и обеспечивает герметичное перекрытие камер друг от друга, что существенно снижает непроизводительные потери давления в декомпрессионных камерах 6 и повышает мощность гидравлической силовой установки в целом, при этом коэффициент полезного действия достигает 95-97%.

Изобретение обладает новизной и изобретательским уровнем, так как из уровня техники очевидным образом не следует возможность достижения заявленного технического результата совокупностью существенных признаков, которые обеспечивают реализацию технического решения и его промышленную применимость.

Источники информации

1. КИ 2005137105 А, 2007.

2. ШО 2005/068839 А1, 2005.

3. ΒΥ 12014 С1, 2009 (прототип).

4. Золотое сечение в математике, Ьйр://та1Ьетабк.Ьоот.ги/2ОЬ_8ЕС/1,Ыт#1. 2011.

5. Стахов А.П. Коды Золотой Пропорции. М., 1984, стр.8-24.

6. Стахов А.П. Сакральная геометрия и математика Гармонии, см. сайт Академия Тринитаризма, Ьбр://1т1пйа8.ги/ги8/бос/0202/010а/02020028.Ыт.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Гидравлическая силовая установка (10), содержащая корпус (2), в котором смонтирован вал (3) с размещенным на нем ротором (4), на внешней цилиндрической поверхности (7) которого выполнены декомпрессионные камеры (6), кольцевую камеру (8), расположенную между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса (2) и внешней цилиндрической поверхностью ротора (4), гидравлические каналы впуска (11) и выпуска (12) рабочей среды, выполненные в корпусе (2) и связанные с кольцевой камерой (8) и гидравлической системой, отличающаяся тем, что корпус дополнительно содержит вторую кольцевую камеру (8) и второй ротор (4), причем в каждой кольцевой камере размещено по одному ротору, при этом роторы (4) установлены на валу (3), симметрично относительно его середины, причем на внешней цилиндрической поверхности (7) роторов (4) с равномерным угловым интервалом смонтированы перемычки (16) с возможностью образования пяти декомпрессионных камер (6) в форме кольцевых прямоугольных каналов (15), каждый из которых дополнительно снабжен поршневой вставкой (18), причем поршневые вставки (18) выполнены ступенчатыми, а ступени (19, 19^В) расположены на отрезке дуги (А, Ό) и делят ее в отношении золотого сечения, и выполнены в форме прямоугольников (35, 34) золотого сечения, при этом перемычки (16) по периметру снабжены самоуплотняющимся элементом (20), выполненным с возможностью герметичного перекрытия декомпрессионных камер (6) друг от друга, при этом кольцевые камеры (8) герметично закрыты боковыми крышками (9), а на внутренней поверхности

2. Гидравлическая силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что каждый опорный механизм выполнен в виде сплошного кольца (27), в ободе (28) которого выполнены две пары оппозитно расположенных отверстий (29), связанных с гидравлическими каналами впуска (11) и выпуска (12) корпуса и соединенные с кольцевой камерой (8).

3. Гидравлическая силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что перемычки (16) на цилиндрической поверхности ротора (4) установлены с угловым интервалом 72±1,5°.

- 3 021369 корпуса (2) в кольцевых камерах (8) смонтированы опорные механизмы с возможностью компенсации реактивной составляющей на вал (3) с роторами (4).

4. Гидравлическая силовая установка по любому из пп.1 и 3, отличающаяся тем, что перемычки (16) выполнены в форме прямоугольных пластин и установлены перпендикулярно к касательной цилиндрической поверхности ротора (4).

5. Гидравлическая силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что поршневая ступенчатая вставка (18) содержит две ступени (19, 19^В) и делит рабочий объем декомпрессионной камеры (6) на три части, пропорциональные в отношении золотого сечения.