RU2160840C1

RU2160840C1 - Hydraulic photon engine

Info

Publication number: RU2160840C1
Application number: RU2000116926A
Authority: RU
Inventors: Юрий Семенович Потапов; А.Н. Никитин; Г.Ф. Толмачев
Original assignee: Юрий Семенович Потапов; Никитин Альберт Николаевич; Толмачев Геннадий Федорович
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: heat power engineering; stationary and mobile power plants. SUBSTANCE: proposed hydraulic photon engine has housing with even number of chambers partially filled with working fluid. Injection device with controlled valve is arranged in upper part of each chamber and is connected with furl mixture feed main line. Outlet controlled valve is also installed in upper part of each chamber. inlet and outlet holes are made in lower part of chambers and pressure transmitter connected to control unit is installed. Hydraulic distributing device is arranged in lower part of housing. This device consists of hydraulic main lines connected to chamber holes, flow governor and pressure transmitters. Hydraulic motor is installed in hydraulic main line of hydraulic distributor. Control unit is connected with controlled valves, flow governor and pressure transmitter of hydraulic distributor. Engine has electric generator built around supermagnets and connected to hydraulic motor control unit is made in form of program-controlled processor and transistor switches connected to flow governor, hydraulic distributor transmitters and controlled valves. EFFECT: increased efficiency of plant at improved reliability and mass-dimensional characteristics. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в гидравлических квантовых двигателях, относящихся к гидравлическим двигателям объемного вытеснения, которые применяются в гидромашиностроении, тепло- и электроэнергетике, для привода транспортных средств и т.п. The invention relates to the field of hydraulic engineering and can be used in hydraulic quantum engines related to hydraulic displacement engines that are used in hydraulic engineering, heat and power, to drive vehicles, etc.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является гидравлический квантовый двигатель, содержащий корпус с тангенциально расположенными камерами, в котором расположен роторный элемент, размещенный в приводной камере, при этом в верхней части каждой камеры установлено устройство впрыска, соединенное с магистралью подачи топливной смеси, и поджиговая система (см. авт.св. СССР N 1796776, кл. F 03 C 5/00, опубл. 1993). В известном устройстве роторный элемент выполнен в виде ротора с уступами, выполненными на его периферической поверхности, и установлен в приводной камере. Поджиговая система содержит по крайней мере два электрода, один из которых выполнен подвижным и установлен с возможностью вращения. Выделение и поглощение энергии при работе, инициируемое импульсными вспышками топливной смеси, происходит в форме квантов, и поэтому подобные гидравлические двигатели можно называть "квантовыми". The closest in technical essence to the claimed one is a hydraulic quantum engine containing a housing with tangentially arranged chambers, in which a rotor element is located located in the drive chamber, while an injection device connected to the fuel mixture supply line is installed in the upper part of each chamber, and ignition system (see ed. St. USSR N 1796776, class F 03 C 5/00, publ. 1993). In the known device, the rotor element is made in the form of a rotor with ledges made on its peripheral surface, and is installed in the drive chamber. The ignition system contains at least two electrodes, one of which is movable and rotatably mounted. The release and absorption of energy during operation, initiated by pulsed flashes of the fuel mixture, occurs in the form of quanta, and therefore such hydraulic motors can be called "quantum".

Недостатками известного устройства является низкая эффективность работы двигателя, обусловленная потерями при преобразовании энергии в гидротурбинном блоке, обусловленными малым объемом камер и незначительным крутящим моментом ротора. Кроме того, известное устройство имеет низкую эксплуатационную надежность, поскольку электроды поджиговой системы подвержены коррозии вследствие минеральных отложений на их поверхности. Корпус и роторный элемент известного устройства имеют значительные габариты и вес, что приводит к ухудшению его весогабаритных характеристик. The disadvantages of the known device is the low efficiency of the engine, due to losses during energy conversion in the turbine unit, due to the small volume of the chambers and the insignificant torque of the rotor. In addition, the known device has low operational reliability, since the electrodes of the ignition system are susceptible to corrosion due to mineral deposits on their surface. The housing and the rotor element of the known device have significant dimensions and weight, which leads to the deterioration of its weight and size characteristics.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы двигателя при одновременном повышении его эксплуатационной надежности и улучшении весогабаритных характеристик. The objective of the invention is to increase the efficiency of the engine while increasing its operational reliability and improving weight and size characteristics.

Решение указанной задачи обеспечивается новым гидравлическим квантовым двигателем, содержащим корпус с четным количеством размещенных в нем камер, предназначенных для частичного заполнения их рабочей жидкостью, в верхней части каждой из которых расположено устройство впрыска с управляемым клапаном, соединенное с магистралью подачи топливной смеси, и выпускной управляемый клапан, в нижней части камеры выполнены впускное и выпускное отверстия, при этом в камере установлен датчик давления, подключенный к блоку управления, в нижней части корпуса расположено гидрораспределительное устройство, состоящее из гидромагистралей, подключенных к отверстиям камеры, регулятора расхода и датчиков давления, установленных в гидромагистралях, и гидромотор, установленный в гидромагистрали гидрораспределительного устройства, причем блок управления соединен с управляемыми клапанами, регулятором расхода и датчиком давления гидрораспределительного устройства; при этом предпочтительно двигатель снабжать электрогенератором на супермагнитах, подключенных к гидромотору, и выполнять в виде единого блока с ним; блок управления выполнять в виде процессора с программным управлением и транзисторных переключателей, подключенных к регулятору расхода, датчикам гидрораспределительного устройства и управляемым клапанам; корпус выполнен в виде цилиндра. The solution to this problem is provided by a new hydraulic quantum engine containing a housing with an even number of chambers placed in it, designed to partially fill them with a working fluid, at the top of each of which is an injection device with a controlled valve connected to the fuel mixture supply line, and an exhaust controlled valve, inlet and outlet openings are made in the lower part of the chamber, while a pressure sensor connected to the control unit is installed in the chamber, in the lower part housing disposed gidroraspredelitelnoe device consisting of gidromagistraley connected to the chamber openings, a flow regulator and pressure sensors installed in gidromagistralyah and motor mounted in gidromagistrali gidroraspredelitelnogo device, wherein the control unit is connected with controllable valves, flow controller and pressure transducer gidroraspredelitelnogo device; in this case, it is preferable to supply the engine with an electric generator on super magnets connected to the hydraulic motor, and to perform as a single unit with it; the control unit is executed in the form of a processor with programmed control and transistor switches connected to a flow regulator, sensors of the hydraulic distribution device and controlled valves; the body is made in the form of a cylinder.

Введение в двигатель гидрораспределительной системы, содержащей магистрали, подключенные к впускным и выпускным отверстиям камер, регулятор расхода и датчика давления в сочетании с использованием в качестве роторного элемента гидромотора позволило значительно повысить эффективность работы двигателя, поскольку исчезли ограничения на величину объема камер. Блок управления в заявленном двигателе соединен с управляемыми клапанами устройств впрыска топливной смеси, с выпускными управляемыми клапанами камер и с элементами гидрораспределительного устройства, что позволило образовать поджиговую систему без применения электродов и тем самым повысить эксплуатационную надежность двигателя. Кроме того, блок управления подключен к датчику оборотов гидромотора и регулятору расхода, установленному в гидрораспределительном устройстве, что обеспечивает автоматическое регулирование режима работы двигателя от нагрузки потребителя и также способствует повышению эффективности работы двигателя. Выполнение роторного элемента в виде гидромотора в сочетании с использованием электрогенератора на супермагнитах позволяет значительно уменьшить габариты и вес двигателя. The introduction of a hydraulic distribution system into the engine, which contains lines connected to the inlet and outlet openings of the chambers, a flow regulator and a pressure sensor in combination with the use of a hydraulic motor as a rotor element, significantly improved engine efficiency, since restrictions on the volume of chambers disappeared. The control unit in the claimed engine is connected to controlled valves of the fuel mixture injection devices, to exhaust controlled valves of the chambers and to the elements of the hydraulic distribution device, which made it possible to form an ignition system without the use of electrodes and thereby increase the operational reliability of the engine. In addition, the control unit is connected to a speed sensor of the hydraulic motor and a flow regulator installed in the hydraulic control device, which provides automatic control of the engine operating mode from the consumer load and also helps to increase engine efficiency. The implementation of the rotor element in the form of a hydraulic motor in combination with the use of an electric generator on super magnets can significantly reduce the size and weight of the engine.

Приложенные чертежи изображают: фиг. 1 - общий вид гидравлического квантового двигателя, фиг. 2 - поперечное сечение двигателя в месте расположения камер, фиг. 3 - схема гидравлической системы заявленного устройства. The attached drawings depict: FIG. 1 is a general view of a hydraulic quantum engine, FIG. 2 is a cross section of the engine at the location of the chambers, FIG. 3 is a diagram of the hydraulic system of the claimed device.

Заявленный гидравлический квантовый двигатель содержит: корпус 1 с камерами 2, предназначенными для частичного заполнения их рабочей жидкостью, в верхней части каждой из которых установлены устройство впрыска 3 с управляемым клапаном, соединенное с магистралью подачи топливной смеси, и выпускной управляемый клапан 4, гидрораспределительное устройство 5 и гидромотор 6 с подсоединенным к нему электрогенератором 7, образующими единый блок, размещены в нижней части корпуса, бак с топливной смесью8 и блок управления 9; в состав гидрораспределительного устройства входят: гидромагистрали10, датчик оборотов 11 гидромотора, подключенный к блоку управления, аккумуляторная батарея 12, которая может использоваться при запуске гидромотора, регулятор расхода 13, гидроклапаны 14, 15, при этом гидромагистрали подключены к впускным отверстиям 16 и выпускным отверстиям 17, выполненным в нижних стенках камер, резервный бак 18 для топливной смеси, насос 19 с двигателем 20, фильтр 21, датчик давления 22, установленный в гидромагистрали, датчики давления 23, 24, установленные в камерах, рабочая жидкость 25, частично заполняющая камеры; системы энергопитания 26 блока управления и электрические магистрали 27 для подключения к блоку управления. The claimed hydraulic quantum engine contains: a housing 1 with chambers 2 designed to partially fill them with a working fluid, in the upper part of each of which there is an injection device 3 with a controlled valve connected to the fuel mixture supply line, and an exhaust controlled valve 4, a hydrodistribution device 5 and a hydraulic motor 6 with an electric generator 7 connected to it, forming a single unit, located in the lower part of the housing, a tank with a fuel mixture 8 and a control unit 9; The distribution device includes: hydraulic lines 10, speed sensor 11 of the hydraulic motor connected to the control unit, a battery 12 that can be used when starting the hydraulic motor, a flow regulator 13, hydraulic valves 14, 15, while the hydraulic lines are connected to inlet openings 16 and outlet openings 17 made in the lower walls of the chambers, a reserve tank 18 for the fuel mixture, a pump 19 with an engine 20, a filter 21, a pressure sensor 22 installed in the hydraulic line, pressure sensors 23, 24 installed in the chamber The working fluid 25 partially fills the chamber; power supply systems 26 of the control unit and electric lines 27 for connection to the control unit.

Корпус 1 предпочтительно выполнять в форме цилиндра, так как он не является силовым элементом, а нагрузки, возникающие при повышении давления, воспринимаются стенками камер 2. Устройство впрыска топливной смеси 3 может быть выполнено в различных модификациях, предпочтительно в виде форсунок с управляемыми клапанами. Гидрораспределительное устройство 5 содержит гидромагистрали 10, подключенные к гидромотору 6, который может быть выполнен шестеренчатым лопастным. Гидромагистрали 10 подсоединены также к впускным отверстиям 16 и выпускным отверстиям 17 камер 2 (см. фиг.3). В гидрораспределительном устройстве 5 предусмотрены регулятор расхода 13 и датчики давления 22, подключаемые к блоку управления 9. Предпочтительно гидромотор 6 подсоединять с электрогенератором 7, выполненным на супермагнитах, например, изготавливаемых из никель-кадмиевого сплава. Блок управления 9 предпочтительно выполнять в виде процессора с программным управлением и транзисторных переключателей, например тиристорах переключателей. Блок управления 9 подключен к регулятору расхода 13, датчикам давления 22, 23, 24, к датчику оборотов 11 гидромотора, а также к управляемым клапанам устройств впрыска 3 топливной смеси и к выпускным управляемым клапанам 4, что обеспечивает четкое взаимодействие системы впрыска топливной смеси и работы гидрораспределительного устройства 5. В качестве рабочей жидкости 25, которой частично заполняются камеры 2, используется масло или специальные высокотемпературные жидкости. В качестве топливной смеси, подаваемой в верхние части камер 2 через устройства впрыска 3, используют воду, кислород или водород. The housing 1 is preferably made in the form of a cylinder, since it is not a power element, and the loads arising from the increase in pressure are perceived by the walls of the chambers 2. The fuel mixture injection device 3 can be made in various modifications, preferably in the form of nozzles with controlled valves. The hydrodistributing device 5 contains a hydraulic line 10 connected to a hydraulic motor 6, which can be made gear vane. Highways 10 are also connected to the inlets 16 and the outlets 17 of the chambers 2 (see FIG. 3). In the hydraulic control device 5, a flow regulator 13 and pressure sensors 22 are provided that are connected to the control unit 9. It is preferable to connect the hydraulic motor 6 to an electric generator 7 made on super magnets, for example, made of a nickel-cadmium alloy. The control unit 9 is preferably made in the form of a programmable processor and transistor switches, for example, thyristor switches. The control unit 9 is connected to a flow regulator 13, pressure sensors 22, 23, 24, to a speed sensor 11 of the hydraulic motor, as well as to the controlled valves of the fuel mixture injection devices 3 and to the exhaust controlled valves 4, which ensures a clear interaction of the fuel mixture injection system and operation hydrodistribution device 5. As the working fluid 25, which partially fills the chambers 2, oil or special high-temperature fluids is used. As the fuel mixture supplied to the upper parts of the chambers 2 through the injection device 3, use water, oxygen or hydrogen.

Заявленный гидравлический квантовый двигатель работает следующим образом. Предварительно все четные (или нечетные) камеры 2 заполняют на 0,6-0,7 часть от их общего объема рабочей жидкостью. При впрыскивании топливной смеси через устройства впрыска 3 в верхнюю часть каждой заполненной камеры 2 происходит детонационный взрыв, обусловленный образованием капиллярно-конденсированной воды и динамических ассоциатов (H₂O)_n. В результате этого взрыва в заполненных черных камерах 2 скачком значительно (на десятки атмосфер) увеличивается давление на жидкость, которая поступает в гидрораспределительное устройство 5, воздействуя при этом на датчики давления 22, 23 и 24 и на регулятор давления 13, сигналы с которых поступают на блок управления 9. Жидкость через регулятор расхода 13 под высоким давлением поступает в гидромотор 6, кинематически связанный с электрогенератором 7. Крутящий момент от вала гидромотора 6, вращающийся обычно со скоростью 1500-5000 об/мин, передается на вал электрогенератора 7, к выходным клеммам которого подключена нагрузка потребителя (не указаны). После того как жидкость вытесняется из четных камер 2, она проходит через гидромотор 6 и заполняет нечетные камеры 2, и затем цикл повторяется. На фиг. 3 изображен двигатель в процессе перетекания рабочей жидкости из четных камер 2 в нечетные. Блок управления 9 обрабатывает сигналы, поступающие с регулятора расхода 13, датчиков давления 22, 23 и 24, датчиков оборотов 11 гидромотора 6, и таким образом обеспечивается обратная связь гидрораспределительного устройства 5 с нагрузочными параметрами электрогенератора 7. При увеличении электрической нагрузки подключенный к электрогенератору 7 регулятор расхода 13 по команде с блока управления 9 увеличивает поток жидкости через гидромотор 6 и соответственно при уменьшении нагрузки поток уменьшается.The claimed hydraulic quantum engine operates as follows. Previously, all even (or odd) chambers 2 are filled with 0.6-0.7 part of their total volume with working fluid. When the fuel mixture is injected through the injection devices 3 into the upper part of each filled chamber 2, a detonation explosion occurs due to the formation of capillary-condensed water and dynamic associates (H ₂ O) _n . As a result of this explosion in the filled black chambers 2, the pressure on the liquid significantly increases (by tens of atmospheres), which enters the hydrodistribution device 5, affecting pressure sensors 22, 23 and 24 and pressure regulator 13, the signals from which are transmitted to control unit 9. The fluid through the flow regulator 13 under high pressure enters the hydraulic motor 6, kinematically connected with the electric generator 7. The torque from the hydraulic motor shaft 6, usually rotating at a speed of 1500-5000 rpm, is transmitted to generator shaft 7, to the output terminals of which a consumer load is connected (not specified). After the liquid is displaced from the even chambers 2, it passes through the hydraulic motor 6 and fills the odd chambers 2, and then the cycle repeats. In FIG. 3 shows the engine during the flow of the working fluid from even chambers 2 to odd ones. The control unit 9 processes the signals coming from the flow regulator 13, pressure sensors 22, 23 and 24, speed sensors 11 of the hydraulic motor 6, and thus the feedback of the hydraulic control device 5 is provided with the load parameters of the electric generator 7. When the electric load increases, the controller connected to the electric generator 7 flow 13 at the command of the control unit 9 increases the fluid flow through the hydraulic motor 6 and, accordingly, with a decrease in load, the flow decreases.

Были изготовлены опытные образцы заявленного гидравлического квантового двигателя, которые успешно прошли стендовые и натурные испытания. Анализ результатов испытаний показал, что в сравнении с известным эффективность работы заявленного двигателя увеличилась более чем на 30%, эксплуатационная надежность увеличилась в 1,5 раза. Весогабаритные характеристики улучшились на 50% при одновременном увеличении удельной мощности на 40%. Prototypes of the claimed hydraulic quantum engine were made, which successfully passed bench and field tests. Analysis of the test results showed that in comparison with the known efficiency of the claimed engine increased by more than 30%, operational reliability increased by 1.5 times. Weight and dimensional characteristics improved by 50% while increasing specific power by 40%.

Claims

1. A hydraulic quantum engine comprising a housing with an even number of chambers located therein, designed to partially fill them with a working fluid, at the top of each of which is an injection device with a controlled valve connected to the fuel mixture supply line, and an exhaust controlled valve, in the inlet and outlet openings are made in the lower part of the chamber, while a pressure sensor connected to the control unit is installed in the chamber, and a hydraulic distribution valve is located in the lower part of the casing stroystvo consisting of gidromagistraley connected to the chamber openings, a flow regulator and pressure sensors installed in gidromagistralyah and motor mounted in gidromagistrali gidroraspredelitelnogo device, wherein the control unit is connected with controllable valves, flow controller and pressure transducer gidroraspredelitelnogo device.

2. The engine according to claim 1, characterized in that it is additionally introduced an electric generator on supermagnets, connected to a hydraulic motor and made in the form of a single unit with it.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the control unit is made in the form of a processor with program control and transistor switches connected to a flow regulator, sensors of the hydraulic control device and controlled valves.

4. The engine according to claim 1, characterized in that the housing is made in the form of a cylinder.