RU2199024C1

RU2199024C1 - Magneto-thermal unit

Info

Publication number: RU2199024C1
Application number: RU2001132881/06A
Authority: RU
Inventors: А.В. Темерко; Г.Е. Барсуков; В.С. Бедбенов
Original assignee: Темерко Александр Викторович; Барсуков Геннадий Евгеньевич; Бедбенов Владимир Степанович
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-02-20

Abstract

FIELD: power engineering; development of electrical energy generators and motors. SUBSTANCE: unit has shaft-mounted rotor with working members arranged over periphery, stator, heating-and-cooling system, and at least one magnetic system built of permanent magnets and magnetic shields integrated by magnetic circuit. Rotor is made in the form of turbine that has two disks, interconnected working members in the form of blades wholly or partially made of magnetically soft material possessing temperature-dependence properties. Permanent magnets are installed with opposite poles of working surfaces facing each other and interpole gap accommodating turbine blades. Heating-and-cooling system is fixed on shaft and made in the form of commutator assembly with guide ducts provided at their ends with nozzles for producing flow of heat and coolant and feeding them to running blades. EFFECT: enhanced specific and total power output. 6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и машиностроения и может быть использовано для создания двигателей и генераторов электрической энергии, различных исполнительных механизмов и систем автономного обеспечения. The invention relates to the field of energy and engineering and can be used to create engines and generators of electric energy, various actuators and autonomous systems.

Известно магнитотепловое устройство, содержащее размещенный на валу ротор с рабочими элементами, установленными по периферии, статор, систему нагрева-охлаждения и, по меньшей мере, одну магнитную систему из постоянных магнитов и магнитопровода. Устройство снабжено узлом разгона, а активные элементы объединены в рабочие сборки с образованием теплоизолированных каналов и кольцевых поясов, расположенных в полюсном зазоре магнитной системы (RU 2167338, F 03 G 7/00, 20.05.2001). A magnetothermal device is known comprising a rotor located on the shaft with working elements mounted on the periphery, a stator, a heating-cooling system, and at least one magnetic system of permanent magnets and a magnetic circuit. The device is equipped with an acceleration unit, and the active elements are combined into working assemblies with the formation of thermally insulated channels and ring belts located in the pole gap of the magnetic system (RU 2167338, F 03 G 7/00, 05.20.2001).

Недостатками известного устройства являются относительно сложная конструкция ротора устройства, оснащенного узлом разгона, магнитной системы с взаимно перпендикулярными полями, а также низкая эффективность системы нагрева-охлаждения активных элементов. Помимо этого размещение рабочих элементов по кольцевым поясам, от периферии подвижных дисков к центру вращения, с целью наращивания суммарной магнитной массы активных элементов, участвующих в создании результирующего момента силы в направлении движения, не приводит к существенному выигрышу из-за квадратичной зависимости момента инерции тела от радиуса. The disadvantages of the known device are the relatively complex design of the rotor of the device equipped with an acceleration unit, a magnetic system with mutually perpendicular fields, as well as the low efficiency of the heating-cooling system of active elements. In addition, the placement of working elements in annular belts, from the periphery of the moving disks to the center of rotation, in order to increase the total magnetic mass of the active elements involved in creating the resulting moment of force in the direction of motion, does not lead to a significant gain due to the quadratic dependence of the moment of inertia of the body on radius.

Задачей изобретения является техническое упрощение конструкции магнитотеплового устройства, расширение его функциональных возможностей и создание на его основе различных силовых устройств нетрадиционного типа. The objective of the invention is the technical simplification of the design of the magnetothermal device, the expansion of its functionality and the creation on its basis of various power devices of an unconventional type.

Техническим результатом от использования предложенного устройства помимо существенного упрощения практически всех основных узлов конструкции, а именно ротора, магнитной системы, системы нагрева-охлаждения и др., является возможность значительного увеличения плотности заполнения ротора рабочими элементами по всей его периферии и как следствие увеличение удельной и суммарной мощности магнитотеплового устройства. Помимо этого конструкционное исполнение ротора в виде радиальной турбины предоставляет совершенно новые возможности эффективной организации системы нагрева-охлаждения рабочих лопаток турбины, что в плане практической реализации магнитотеплового устройства имеет решающее значение. Немаловажным также является то обстоятельство, что в варианте исполнения ротора устройства в виде радиальной турбины помимо основной действующей на него магнитодвижущей силы, высвобождаемой в процессе динамического взаимодействия рабочих лопаток с полем постоянных магнитов, в цикле нагрева-охлаждения, дополнительный вклад в суммарную выходную мощность устройства вносит кинетическая энергия потока теплоносителя, оказывающая на рабочие лопатки турбины, установленные под оптимальным углом атаки, соответствующее напору потока давление. The technical result from the use of the proposed device, in addition to a significant simplification of almost all the main components of the design, namely the rotor, magnetic system, heating-cooling system, etc., is the possibility of a significant increase in the density of filling of the rotor with working elements along its entire periphery and, as a result, an increase in the specific and total power magnetothermal device. In addition, the design of the rotor in the form of a radial turbine provides completely new possibilities for the effective organization of a heating-cooling system for turbine rotor blades, which is crucial in terms of the practical implementation of a magnetothermal device. It is also important that in the embodiment of the rotor of the device in the form of a radial turbine, in addition to the main magnetomotive force acting on it, released during the dynamic interaction of the working blades with the field of permanent magnets in the heating-cooling cycle, an additional contribution to the total output power of the device makes kinetic energy of the coolant flow exerting on the turbine blades installed at the optimum angle of attack, corresponding to the pressure of the flow e.

Технический результат достигается тем, что устройство содержит размещенные на валу ротор с рабочими элементами, расположенными по периферии, статор, систему нагрева-охлаждения и, по меньшей мере, одну магнитную систему из постоянных магнитов, магнитных экранов, объединенных магнитопроводом; ротор выполнен в виде турбины, образованной двумя дисками, взаимосвязанными рабочими элементами в виде лопаток, выполненных целиком или частично из магнитомягкого материала с термозависимыми свойствами, при этом постоянные магниты установлены разноименными полюсами рабочих плоскостей, обращенных друг к другу с образованием межполюсного зазора, в котором расположены лопатки турбины. Устройство снабжено механическим аккумулятором, выполненным в виде маховика, расположенного на валу. Система нагрева-охлаждения установлена неподвижно и выполнена в виде коллекторного узла с направляющими каналами, на концах которых установлены сопла для формирования и подачи потока теплоносителя на лопатки. Устройство может быть снабжено размещенными на валу дополнительным ротором генератора электрической энергии и статором, при этом ротор содержит расположенные радиально постоянные магниты, намагниченные по радиусу и примыкающие внутренними торцами к втулке из магнитомягкого материала, а внешними торцами - к полюсным наконечникам, причем статор с якорной обмоткой закреплен между опорными плитами. The technical result is achieved by the fact that the device comprises a rotor placed on the shaft with working elements located on the periphery, a stator, a heating-cooling system and at least one magnetic system of permanent magnets, magnetic shields connected by a magnetic circuit; the rotor is made in the form of a turbine formed by two disks interconnected by working elements in the form of blades made entirely or partially of magnetically soft material with thermally dependent properties, while the permanent magnets are mounted with opposite poles of the working planes facing each other with the formation of an inter-pole gap in which are located turbine blades. The device is equipped with a mechanical battery made in the form of a flywheel located on the shaft. The heating-cooling system is installed motionless and is made in the form of a collector assembly with guide channels, at the ends of which nozzles are installed to form and supply a coolant flow to the blades. The device can be equipped with an additional rotor of the electric energy generator and a stator placed on the shaft, while the rotor contains radially permanent magnets magnetized along the radius and adjoining the sleeve from a magnetically soft material with the internal ends and pole ends with the external ends, the stator with the armature winding fixed between the base plates.

Рабочие лопатки могут быть выполненными с включением в их материал магнитомягкой примеси, при этом градиент магнитной массы от лопатки к лопатке достигается количественным увеличением содержания примеси в последующей рабочей лопатке по сравнению с предыдущей до области, выполненной в виде термомагнитной вставки. The working blades can be made with the inclusion of a soft magnetic impurity in their material, while the magnetic mass gradient from the blade to the blade is achieved by a quantitative increase in the impurity content in the subsequent working blade compared to the previous one to the region made in the form of a thermomagnetic insert.

Устройство может быть снабжено дополнительной турбиной и дополнительной магнитной системой, взаимосвязанных посредством маховика, при этом турбины развернуты термомагнитными вставками относительно друг друга на 180^o и обращены к системе нагрева-охлаждения своими внутренними поверхностями, причем магнитные системы развернуты диаметрально.The device can be equipped with an additional turbine and an additional magnetic system interconnected by means of a flywheel, while the turbines are rotated by thermomagnetic inserts 180 ^° relative to each other and face the heating-cooling system with their internal surfaces, and the magnetic systems are diametrically deployed.

Устройство может состоять из модулей, каждый из которых образован турбиной и магнитной системой. The device may consist of modules, each of which is formed by a turbine and a magnetic system.

Рабочие лопатки изготовлены в виде тонких пластинчатых элементов из магнитомягкого материала (редкоземельные металлы, их сплавы и интерметаллические соединения с элементами группы железа) с малым содержанием посторонней примеси и низкой магнитной вязкостью, высокой начальной намагниченностью насыщения и резкой зависимостью намагниченности от температуры в окрестностях точки Кюри - Тс, при этом активные элементы плотно расположены по всему внешнему периметру ротора с образованием минимального зазора, достаточного для прокачки теплоносителя. В радиальном направлении рабочие лопатки имеют линейный размер, соизмеримый с рабочей областью магнитного поля, в зоне действия сил магнитной тяги, при этом поперечный размер соотносится с радиальным в соответствии с выбранной геометрией и фактором размагниченности материала рабочего тела. The working blades are made in the form of thin plate elements made of magnetically soft material (rare-earth metals, their alloys and intermetallic compounds with elements of the iron group) with a low content of impurities and low magnetic viscosity, high initial saturation magnetization and a sharp dependence of magnetization on temperature in the vicinity of the Curie point - Tc, while the active elements are densely located around the entire outer perimeter of the rotor with the formation of a minimum clearance sufficient to pump heat carrier. In the radial direction, the rotor blades have a linear size commensurate with the working area of the magnetic field in the zone of action of the magnetic traction forces, while the transverse dimension corresponds to the radial size in accordance with the selected geometry and the demagnetization factor of the material of the working fluid.

В качестве источника тепловой энергии могут быть использованы природные источники тепла, такие как солнечное излучение, геотермальные воды, теплые и холодные воздушные потоки, теплые и холодные морские течения, области вечной мерзлоты и другие. Подводящее тепло локализовано в области максимального значения магнитной индукции в межполюсном зазоре, а теплосъем осуществляется в области минимального значения величины напряженности магнитного поля. Natural heat sources such as solar radiation, geothermal waters, warm and cold air currents, warm and cold sea currents, permafrost regions and others can be used as a source of thermal energy. The supply heat is localized in the region of the maximum value of magnetic induction in the interpolar gap, and heat removal is carried out in the region of the minimum value of the magnetic field strength.

На фиг.1 представлен преобразователь магнитотепловой энергии в механическую. На фиг.2 представлен поперечный разрез устройства. На фиг.3 - устройство в виде генератора электрической энергии. На фиг.4 - поперечный разрез радиально-осевой турбины с термомагнитной вставкой. На фиг.5 - выполнение устройства с радиально-осевой турбиной по фиг.4. Figure 1 presents the Converter of thermal energy into mechanical energy. Figure 2 presents a cross section of the device. Figure 3 - a device in the form of an electric energy generator. Figure 4 is a cross section of a radial-axial turbine with a thermomagnetic insert. Figure 5 - implementation of the device with a radial-axial turbine in figure 4.

Устройство состоит из подвижного ротора 1, выполненного в виде радиальной турбины, образованной из верхнего диска 2 и нижнего кольцевого диска 3, взаимосвязанных по всей периферии турбины, посредством рабочих лопаток 4 и вращающейся на валу 1 посредством подшипниковых узлов 10. The device consists of a movable rotor 1, made in the form of a radial turbine formed from the upper disk 2 and the lower annular disk 3, interconnected around the entire periphery of the turbine, by means of working blades 4 and rotating on the shaft 1 by means of bearing assemblies 10.

Система нагрева-охлаждения рабочих лопаток 4 расположена между двумя опорными плитами 8 и 9 с образованием кольцевых цилиндрических полостей 6 и 7 и выполнена в виде распределительного коллекторного узла. Последний оснащен направляющими каналами 14 и соплами 15, предназначенными для формирования угла атаки и профиля потока теплоносителя относительно рабочих лопаток на входе турбины. По внешнему периметру ротора установлена, по меньшей мере, одна магнитная система, собранная на базе высококоэрцитивных постоянных магнитов 5, объединенных в систему магнитопроводом 12. С целью сглаживания возможных пульсаций, возникающих при вращении турбины, на ее валу установлен маховик 11, который в случае необходимости может быть использован и как аккумулятор механической энергии, посредством его сопряжения с вращающимся валом 1 магнитной муфтой. The heating-cooling system of the working blades 4 is located between two base plates 8 and 9 with the formation of annular cylindrical cavities 6 and 7 and is made in the form of a distribution manifold assembly. The latter is equipped with guide channels 14 and nozzles 15, designed to form the angle of attack and the flow profile of the coolant relative to the working blades at the turbine inlet. At least one magnetic system is installed along the outer perimeter of the rotor, assembled on the basis of highly coercive permanent magnets 5, combined into a system by a magnetic circuit 12. In order to smooth out possible pulsations arising from the rotation of the turbine, a flywheel 11 is installed on its shaft, which, if necessary, can be used as an accumulator of mechanical energy, by interfacing it with a rotating shaft 1 by a magnetic coupling.

Верхний 2 и нижний 3 диски турбины изготовлены из легкого и достаточно прочного материала, не содержащего магнитную примесь, обладающего хорошими электроизоляционными свойствами. Высокая жесткость и прочность самой турбины обеспечивается большим количеством рабочих лопаток 4, поперечно расположенных с заданным шагом по всей периферии и связывающих между собой вращающиеся диски. Рабочие лопатки 4 изготовлены из магнитомягкого материала, обладающего высокой спонтанной намагниченностью насыщения во внешнем магнитном поле и резкой зависимостью величины намагниченности от температуры, особенно сильно проявляющейся в окрестностях магнитного фазового перехода, например, из парамагнитного в ферромагнитное состояние и обратно. Для обеспечения высокой скорости магнитного фазового перехода под температурным воздействием рабочие лопатки конструкционно выполнены в виде тонких элементов различной формы, например пластинчатой или цилиндрической, с развитой поверхностью, с целью интенсификации тепломассообмена. The upper 2 and lower 3 turbine disks are made of light and sufficiently strong material that does not contain a magnetic impurity, which has good electrical insulating properties. High rigidity and strength of the turbine itself is ensured by a large number of working blades 4, transversely spaced at a predetermined pitch along the entire periphery and connecting the rotating disks. The working blades 4 are made of soft magnetic material with a high spontaneous saturation magnetization in an external magnetic field and a sharp dependence of the magnetization on temperature, which is especially pronounced in the vicinity of the magnetic phase transition, for example, from the paramagnetic to the ferromagnetic state and vice versa. To ensure a high speed of the magnetic phase transition under temperature influence, the working blades are structurally made in the form of thin elements of various shapes, for example plate or cylindrical, with a developed surface, in order to intensify heat and mass transfer.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез магнитотеплового устройства с двумя магнитными системами 5, расположенными диаметрально друг к другу, и четырьмя направляющими каналами 14 системы нагрева-охлаждения, два из которых направлены по радиусу к силовым центрам указанных магнитных систем, а два других расположены по центру между ними. Рабочие лопатки 4 по отношению к направляющим каналам 14 расположены под некоторым оптимальным углом, величина которого задается в зависимости от линейных размеров лопатки, их соотношения с радиусом турбины, номинальной скорости вращения ротора и скорости потока. Плотность заполнения турбины рабочими элементами должна быть, по мере возможности, максимальной и лимитируется только практическими возможностями организации нагрева и охлаждения лопаток, за достаточно малые времена, определяемые рабочим интервалом частоты вращения турбины. In FIG. 2 is a cross-sectional view of a magnetothermal device with two magnetic systems 5 diametrically located to each other and four guide channels 14 of the heating-cooling system, two of which are directed along the radius to the power centers of these magnetic systems, and the other two are located centrally between them. The working blades 4 with respect to the guide channels 14 are located at some optimal angle, the value of which is set depending on the linear dimensions of the blades, their relationship with the radius of the turbine, the nominal rotor speed and flow rate. The density of filling the turbine with working elements should be, as far as possible, maximum and limited only by the practical possibilities of organizing heating and cooling of the blades, for a sufficiently short time determined by the working interval of the turbine speed.

В магнитотепловом устройстве, представленном на фиг.3, на валу 1 турбины расположен ротор генератора электрической энергии, выполненный на постоянных магнитах. Ротор содержит расположенные радиально постоянные магниты 28, намагниченные по радиусу и примыкающие внутренними торцами к магнитомягкой втулке 16, а внешними торцами - к полюсным наконечникам 17. Полости между полюсами могут быть залиты каким-либо легким немагнитным сплавом. Статор 18 с якорной обмоткой 19 закреплен и смонтирован между нижней 9 и верхней 8 опорными плитами, одновременно выполняющими роль станин для размещения подшипниковых узлов 10, на которые насажен вал 1. По внешней периферии плиты соединены между собой цилиндрическим кольцом 20, что способствует хорошей центровке и точному выставлению турбины, с минимальным межполюсным зазором относительно системы из постоянных магнитов 5. Подача теплоносителя в виде потока газа или жидкости осуществляется за счет организации двух цилиндрических полостей, расположенных по внешней периферии опорных плит, одной 6 и другой 7, осуществляющих роль накопительной емкости и распределительного узла для пораздельного ввода и снятия тепла с рабочих лопаток вращающейся турбины. Подача теплоносителя точно так же, как и в предыдущем варианте, осуществляется изнутри, причем система нагрева-охлаждения оснащена направляющими каналами 14 и формирующими соплами 15, направленными под соответствующим углом на лопатки турбины. Теплоноситель естественным путем или с использованием внешнего привода подается на раздельные входы 21 и 22 и также пораздельно стекает затем в коллекторные емкости 23 и 24, расположенные за турбиной, в нижней части внешнего кожуха 13 магнитотеплового устройства. В верхней части устройства, на валу 1 турбины, в случае необходимости так же, как и в варианте 1, может быть установлен маховик 11, предназначенный как для сглаживания возникающих в процессе вращения ротора пульсаций, так и для аккумулирования механической энергии. В последнем случае маховик 11 входит в зацепление с валом 1 и выходит из него посредством магнитной муфты. In the magnetothermal device shown in FIG. 3, on the turbine shaft 1 is a rotor of an electric energy generator made with permanent magnets. The rotor contains radially permanent magnets 28 that are magnetized in radius and adjoining the soft ends of the sleeve 16 with their inner ends and pole ends 17 with their outer ends. The cavities between the poles can be filled with some kind of light non-magnetic alloy. The stator 18 with the anchor winding 19 is fixed and mounted between the lower 9 and the upper 8 support plates, simultaneously serving as a frame to accommodate the bearing assemblies 10, on which the shaft 1 is mounted. On the outer periphery of the plate are connected to each other by a cylindrical ring 20, which contributes to good alignment and accurate alignment of the turbine, with a minimum interpolar gap relative to the system of permanent magnets 5. The supply of coolant in the form of a gas or liquid stream is carried out by organizing two cylindrical cavities, p memory location of the outer periphery of the base plates, and the other one 6 7 carrying the role storage container and dispensing assembly for porazdelnogo input and removing heat from the working blades of a rotating turbine. The coolant supply is exactly the same as in the previous embodiment, from the inside, and the heating-cooling system is equipped with guide channels 14 and forming nozzles 15 directed at the corresponding angle to the turbine blades. The coolant is naturally or using an external drive supplied to separate inputs 21 and 22 and also then flows separately into the collector tanks 23 and 24 located behind the turbine in the lower part of the outer casing 13 of the magnetothermal device. In the upper part of the device, on the turbine shaft 1, if necessary, as in option 1, a flywheel 11 can be installed, which is designed both to smooth out pulsations arising during the rotation of the rotor and to accumulate mechanical energy. In the latter case, the flywheel 11 is engaged with the shaft 1 and out of it by means of a magnetic coupling.

На фиг.4 представлен поперечный разрез радиально-осевой турбины, отличительной чертой которой является ее исполнение с использованием минимизированного количества относительно дорогого термомагнитного материала для изготовления рабочих лопаток. Суть идеи заключается в том, что в принципе для осуществления движения любого ферромагнетика в магнитном поле достаточно обеспечить непрерывный градиент магнитной массы. Однако в этом случае для поддержания непрерывного движения необходимо все время наращивать магнитную массу, что естественно практически неосуществимо. Выход из этой ситуации достигается в представленной ниже конструкции турбины, в которой рабочие лопатки могут быть изготовлены практически из любого подходящего для данной технологии материала-матрицы, с включением в нее магнитной примеси, причем градиент магнитной массы от элемента к элементу достигается количественным увеличением содержания ферромагнетика в последующей рабочей лопатке по сравнению с предыдущей до некоторой особой области 1, выполненной в виде термомагнитной вставки, в которой в качестве рабочего материала использован магнитомягкий материал с температурозависимыми магнитными свойствами. При этом на границе раздела двух магнитных сред необходимо обеспечить такую переходную зону, в которой величина намагниченности рабочих лопаток 4 с термозависимым материалом, будучи в ферромагнитном состоянии, была бы существенно больше величины намагниченности последней, замыкающей круговой цикл, рабочей лопатки 27 с обычной магнитной примесью. Figure 4 presents a cross-section of a radial-axial turbine, the hallmark of which is its implementation using a minimized amount of relatively expensive thermomagnetic material for the manufacture of working blades. The essence of the idea is that, in principle, for the movement of any ferromagnet in a magnetic field, it is sufficient to provide a continuous gradient of the magnetic mass. However, in this case, in order to maintain continuous motion, it is necessary to constantly increase the magnetic mass, which is naturally practically impossible. The way out of this situation is achieved in the turbine design presented below, in which the rotor blades can be made of practically any matrix material suitable for the given technology, with the inclusion of magnetic impurities, and the magnetic mass gradient from element to element is achieved by a quantitative increase in the content of the ferromagnet in subsequent working blade compared with the previous to a certain special area 1, made in the form of a thermomagnetic insert, in which as working material van magnetic material with temperature-dependent magnetic properties. At the same time, at the interface between two magnetic media, it is necessary to provide such a transition zone in which the magnetization of the rotor blades 4 with a thermally dependent material, being in the ferromagnetic state, would be significantly larger than the magnetization of the last, closing circular cycle, rotor blade 27 with an ordinary magnetic impurity.

Рассмотрим более подробно один полный оборот вращения турбины для случая с одной установленной по ее периферии магнитной системой. В положении, изображенном на фиг.4, турбина вращается против часовой стрелки в связи со все увеличивающимся содержанием магнитной примеси в рабочих лопатках, начиная с лопатки 26, содержащей минимальное количество магнитной массы, вплоть до лопатки 27 с максимальным ее содержанием. По мере приближения ферромагнитной вставки 25 с лопатками 4 к магнитной системе 5 вращающаяся турбина приобретает дополнительный импульс в направлении своего движения за счет более высокой плотности магнитной массы в набегающих лопатках 4, находящихся в ферромагнитном состоянии и как следствие обладающих более высокой величиной суммарной намагниченности в зоне действия магнитных сил. Приобретенный турбиной дополнительный импульс может быть использован в качестве стартового для запуска механизма нагрева термомагнитных лопаток по мере их выхода из области действия сил магнитной тяги, направленной на их торможение. Термомагнитная вставка профилирована по плотности расположения рабочих лопаток 4 с целью сглаживания возникающих при вращении турбины пульсаций на границе раздела в переходной области. Далее рабочий материал термомагнитной вставки охлаждается до точки Тс - фазового перехода в ферромагнитное состояние и цикл повторяется. Let us consider in more detail one complete revolution of rotation of the turbine for the case with one magnetic system installed around its periphery. In the position shown in figure 4, the turbine rotates counterclockwise in connection with the increasing content of magnetic impurities in the working blades, starting with the blade 26 containing the minimum amount of magnetic mass, up to the blade 27 with its maximum content. As the ferromagnetic insert 25 with the blades 4 approaches the magnetic system 5, the rotating turbine acquires an additional impulse in the direction of its movement due to the higher density of the magnetic mass in the oncoming blades 4, which are in the ferromagnetic state and, as a result, have a higher value of the total magnetization in the zone of action magnetic forces. An additional impulse acquired by the turbine can be used as a starting pulse for starting the mechanism for heating thermomagnetic blades as they exit the field of action of magnetic traction forces aimed at braking them. The thermomagnetic insert is profiled according to the density of the arrangement of the working blades 4 in order to smooth out the pulsations arising during the rotation of the turbine at the interface in the transition region. Next, the working material of the thermomagnetic insert is cooled to the point TC - the phase transition to the ferromagnetic state and the cycle repeats.

Существует большое множество различных вариантов практического использования предлагаемого устройства в зависимости от конкретно предъявляемых к нему требований. На фиг.5 представлен один из вариантов его применения, например в качестве магнитотеплового двигателя. Устройство представляет собой две взаимосвязанные посредством маховика 11, верхняя и нижняя турбины, изготовленные в соответствии с фиг.4, каждая из которых оснащена своей магнитной системой, состоящей из постоянных магнитов 5, с образованием межполюсного зазора разноименной полярности. Верхняя и нижняя турбины полностью идентичны, развернуты термомагнитными вставками (см. фиг.4) относительно друг друга на 180^o и обращены к системе нагрева-охлаждения с полостями 6 и 7 своими внутренними поверхностями, как это показано на фиг.5. Также диаметрально развернуты их магнитные системы. Маховик 11 заключен внутри цилиндрической полости, образованной двумя опорными плитами 8 и 9, по центру которых размещены подшипниковые узлы 10 со смонтированным в них валом 1. Система нагрева-охлаждения расположена внутри цилиндрической полости, ближе к ее периферии, а подвод тепла и теплосъем осуществляется извне посредством подводящих каналов 21 и 22, подсоединенных соответствующим образом к естественным или искусственным источникам тепловой энергии. В распределительном узле системы нагрева-охлаждения внешняя кольцевая цилиндрическая полость 7 предназначена для охлаждения термомагнитной вставки, а внутренняя 6 - для ее нагрева. Поток теплоносителя формируется с помощью направляющих каналов 14 и сопел 15 и под заданным углом поддается на рабочие лопатки 4, откуда стекает во внешний кожух 13 и пораздельно выводится наружу посредством естественного или искусственного стока по каналам 29 и 30. Предлагаемое устройство может быть выполнено в виде генератора электрической энергии. В этом случае в центральной части цилиндрической полости место маховика занимает генератор на постоянных магнитах, например наподобие того, который был использован раннее в конструкции на фиг.3.There are many different options for the practical use of the proposed device, depending on the specific requirements for it. Figure 5 presents one of the options for its use, for example as a magnetothermal engine. The device consists of two interconnected by means of a flywheel 11, the upper and lower turbines made in accordance with figure 4, each of which is equipped with its own magnetic system, consisting of permanent magnets 5, with the formation of an interpole gap of opposite polarity. The upper and lower turbines are completely identical, deployed by thermomagnetic inserts (see figure 4) 180 ^° relative to each other and face the heating-cooling system with cavities 6 and 7 with their internal surfaces, as shown in figure 5. Their magnetic systems are also diametrically deployed. The flywheel 11 is enclosed within a cylindrical cavity formed by two support plates 8 and 9, in the center of which bearing assemblies 10 are mounted with a shaft 1 mounted thereon. The heating-cooling system is located inside the cylindrical cavity, closer to its periphery, and heat is supplied and heat is removed from the outside by means of supply channels 21 and 22, respectively connected to natural or artificial sources of thermal energy. In the distribution node of the heating-cooling system, the outer annular cylindrical cavity 7 is intended for cooling the thermomagnetic insert, and the inner 6 for heating it. The coolant flow is formed with the help of the guide channels 14 and nozzles 15 and at a given angle lends itself to the working blades 4, from where it flows into the outer casing 13 and is separately removed to the outside by means of natural or artificial drain through channels 29 and 30. The proposed device can be made in the form of a generator electrical energy. In this case, in the central part of the cylindrical cavity, the place of the flywheel is occupied by a permanent magnet generator, for example, like the one that was used earlier in the design of FIG. 3.

И, наконец, следует отметить еще один вариант технического исполнения предлагаемого устройства в плане демонстрации возможности наращивания суммарной выходной мощности установки, работающей как в режиме двигателя, так и генератора электрической энергии. С этой целью на общий вал устройства последовательно набирается заданное количество турбин в виде самостоятельных модулей, каждый из которых содержит по одной магнитной системе и по одной термомагнитной вставке, при этом турбины в зависимости от их количества в установке развернуты относительно друг друга своими термомагнитными вставками на соответствующий угол. В частности, в случае трех модулей они развернуты на 120^o, в случае четырех - на 90^o, в случае шести - на 60^o и т.д. Соответствующим образом располагаются и магнитные системы. Необходимо помнить, что для точной фазировки такой многоступенчатой системы требуется корректное согласование линейных размеров турбины с областями термомагнитных вставок, с зонами действия магнитных сил, плотностями и профилем заполнения турбины рабочими лопатками и т.д., в зависимости от геометрических размеров установки и количества устанавливаемых в ней модулей.And, finally, it should be noted another version of the technical design of the proposed device in terms of demonstrating the possibility of increasing the total output power of the installation, operating both in the engine mode and in the electric power generator. For this purpose, a predetermined number of turbines is sequentially dialed on the device’s common shaft in the form of independent modules, each of which contains one magnetic system and one thermomagnetic insert, while the turbines, depending on their number in the installation, are deployed relative to each other with their thermomagnetic inserts on the corresponding angle. In particular, in the case of three modules they are deployed at 120 ^o , in the case of four - at 90 ^o , in the case of six - at 60 ^o , etc. Magnetic systems are arranged accordingly. It must be remembered that for accurate phasing of such a multi-stage system, it is necessary to correctly match the linear dimensions of the turbine with the areas of thermomagnetic inserts, with the zones of action of magnetic forces, densities and profile of filling the turbine with working blades, etc., depending on the geometric dimensions of the installation and the number of installed her modules.

Claims

1. Magnetothermal device comprising a rotor placed on the shaft with working elements located on the periphery, a stator, a heating-cooling system and at least one magnetic system of permanent magnets and magnetic screens combined by a magnetic circuit, characterized in that the rotor is made a turbine formed by two disks interconnected by working elements in the form of blades made in whole or in part from soft magnetic material, while the permanent magnets are mounted by opposite poles of the working lacquers facing each other, with the formation of an interpolar gap in which the turbine blades are placed, and the heating-cooling system is fixed on the shaft and is made in the form of a collector assembly with guide channels, at the ends of which nozzles are installed for forming and supplying a heat and coolant flow on the working blades.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a mechanical battery made in the form of a flywheel located on the shaft.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that it is equipped with base plates and an additional rotor and stator of an electric energy generator located on the shaft, and this rotor contains radially permanent magnets magnetized by radius and adjacent inner ends to a magnetically soft sleeve material, and with external ends - to the pole pieces, and an additional stator with an anchor winding is fixed between the base plates.

4. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the working blades are made with magnetically soft impurities included in the material of the blades, while the magnetic mass gradient from the blades to the blades is achieved by a quantitative increase in the impurity content in the subsequent working blade compared with the previous to the region, made in the form of a thermomagnetic insert.

5. The device according to claim 4, characterized in that it is equipped with an additional turbine and an additional magnetic system interconnected by means of a flywheel, while the turbines are rotated by thermomagnetic inserts 180 ^o relative to each other and face the heating-cooling system with their internal surfaces, and the magnetic system deployed diametrically.

6. The device according to claim 4, characterized in that it consists of modules, each of which is formed by a turbine and a magnetic system.