WO2010024730A2 - Гидравлическая машина роторного типа - Google Patents
Гидравлическая машина роторного типа Download PDFInfo
- Publication number
- WO2010024730A2 WO2010024730A2 PCT/RU2009/000548 RU2009000548W WO2010024730A2 WO 2010024730 A2 WO2010024730 A2 WO 2010024730A2 RU 2009000548 W RU2009000548 W RU 2009000548W WO 2010024730 A2 WO2010024730 A2 WO 2010024730A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- rotor
- chamber
- cone
- hydraulic
- cylindrical surface
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
- F03C2/00—Rotary-piston engines
- F03C2/30—Rotary-piston engines having the characteristics covered by two or more of groups F03C2/02, F03C2/08, F03C2/22, F03C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
Definitions
- the invention relates to the field of mechanical engineering, energy, shipbuilding and is intended for power supply of high power devices, for example, ship propeller shafts, industrial electric generators and other similar equipment.
- a number of devices are known for converting energy into mechanical energy of rotor rotation [1-4]. So in the patent application describes a rotary installation with a closed cycle to produce mechanical energy [1].
- the installation contains a pressure tank, a turbine housing, a shaft with bearings, a collection of working fluid, pipelines, a valve, a pump and an accelerating engine.
- a hydraulic turbine is used as a rotor, which makes it possible to use the energy of the working fluid jets having an outflow speed greater than the peripheral speed of the turbine rotor to create torque on the shaft.
- the working fluid moves in a closed circuit: pressure tank-turbine-collector-pump-pressure tank.
- the rotor blades are made in a logarithmic spiral.
- the engine rotor contains at least four oscillating inertial pistons mounted on the pivots, preferably on floating bearing.
- an annular gravity chamber is made, separated from the rotor by a prefabricated sleeve, which consists of at least four segments attached to the motor housing.
- Each segment of the sleeve of the gravitational chamber preferably ends at one end with an inlet and at the other end with a double outlet, creating a labyrinth seal at the junction of two adjacent segments.
- the engine housing also contains two pairs of control windows, one pair of windows is located in the idle zone of the inertial piston, and the second pair of windows is in the working area of the inertial piston.
- Each inertial piston is provided with a channel for lubricating the piston bearing.
- the gravity chamber is configured to adjust its volume by means of an adjusting screw.
- the closest in design to the proposed invention a pulsed gravitational inertial closed-loop engine, which is selected as a prototype [5].
- the engine comprises a housing with a rotor located therein. At the outer cylindrical surface of the rotor, decompression chambers are made in an amount of at least four. Each pair of chambers is configured to periodically communicate with the intake and exhaust channels of the working fluid. High pressure channels are housed in the engine housing perpendicular to the outer generatrix of the cylindrical surface of the rotor and connected to the intake chambers, which are made in the form of a truncated cone of an ellipsoidal shape.
- the decompression chambers in cross section are made in the form of an ellipse, and the ratio of the rotor diameter Drot.to the diameter of the decompression chamber ddk. selected from the calculation of Dpr.> 9d ⁇ excellent ..
- the length of the inlet channel is not more than 85% of the stroke length of the decompression chamber in the duty cycle along the outer generatrix of the cylindrical surface of the rotor.
- the total volume of the decompression chambers together with the volume of the intake channels in the phase of the working cycle will not exceed 95% of the maximum volume of the working fluid, which ends in the phase of the working cycle to ensure the engine drive.
- the value of the angular displacement of the decompression chamber in the working phase per revolution of the rotor is (72 + 2) degrees, and the value of its angular displacement in the dead zone (20 + 2) degrees.
- a gravitational chamber is placed in the engine casing, formed between the inner cylindrical surface of the casing and a special shell in the form of a sleeve mounted on the inner cylindrical surface of the casing with the possibility of tight fit to the cylindrical surface of the rotor.
- the sleeve is made by a team of four segments, which are mounted by means of fixing bolts with spacer sleeves, providing the formation of the specified cylindrical cavity.
- Each hub segment is provided with a calibration hole with an adjusting bolt to provide one-way segment movements. The magnitude of the indicated displacement is set by the adjusting bolt.
- the ends of the segment are provided with grooves with the possibility of forming labyrinth seals at the joints.
- Bearing assemblies are mounted in the housing and the cover, on which the rotor output shaft is mounted. Bearing units are closed by front and rear covers.
- the rotor shaft, as well as the covers are equipped with sealing glands to prevent leakage of the working fluid - hydraulic oil.
- the motor housing at the base contains holes for mounting to a foundation or a supporting frame.
- the engine is driven from an external closed hydraulic circuit by a hydraulic pump by supplying a pressurized working medium - oil - through high pressure channels to the rotor decompression chambers. Oil under a pressure of about 85 MPa is pumped into the high-pressure channel and then through two inlet channels located in front of the working zone, tangentially, oppositely directed jets are simultaneously injected into decompression chambers opposite to the rotor. As a result of the sharp expansion, the energy of hydrostatic compression of the working medium is converted in the decompression chamber into the kinetic rotational energy of the working medium flow, which rotates the rotor and creates torque on the motor shaft.
- two other decompression chambers placed on the rotor at the same time are located in the “dead” idle zone of the working cycle and, as the rotor rotates, communicate with the camera and the channel release, due to which the used oil from these chambers goes to the drain and the cycle repeats.
- two cycles take place: the working stroke, where oil is injected into one pair of decompression chambers, and the “dead” cycle (idle), where waste oil is removed from the other pair of decompression chambers through the exhaust channel.
- the disadvantage of the prototype is the low degree of conversion of the energy of hydrostatic pressure of the working medium into the mechanical energy of rotation of the rotor, which is due to structural disadvantages of the geometric shape of the decompression chambers of the rotor and leads to a decrease in the efficiency of the device as a whole.
- the objective of the invention is to remedy these disadvantages and improve the technical characteristics of the device.
- the technical result is to increase the energy and operational parameters of a hydraulic rotary machine.
- the closed-loop hydraulic rotary machine is characterized in that it contains a closed hydraulic circuit with a pump and a rotary motor, in the housing of which a shaft with a rotor is mounted, on the outer cylindrical surface of which at least 5 opposed decompression chambers with intake channels exhaust channels made in the engine casing and connected with an annular chamber located around the rotor between the inner cylindrical surface of the casing and a prefabricated annular shell made in the form of at least at least four segments mounted on the inner cylindrical surface of the housing with the possibility of their one-sided movement by means of adjusting screws passed through calibration holes made in the segments with the possibility of connecting the annular chamber to the intake and exhaust channels, each decompression chamber made in the form of a truncated cone with an angle at a peak a, the value of which is selected in the range from 10 to 28 degrees, the smaller base of the cone of the chamber is associated with the inlet channel, and the distance between the smaller m and larger cone bases chamber is from 10 to 12% of the length of the
- FIG. l is a schematic diagram of a closed-loop hydraulic rotary machine.
- Figure 2 is a General view of the engine in cross section.
- Fig. 3 is a cross-sectional view of a rotor decompression chamber.
- Figure 4 is a vector diagram of the decomposition of the forces of the hydraulic fluid flow in the decompression chamber of the rotor.
- the hydraulic rotary machine 1 comprises a rotary engine 2, which is functionally connected to a closed hydraulic circuit 3, an electric generator 4 and an external distribution electric network 5.
- the rotary engine 2 includes a housing 6 with an output shaft 7 and a rotor 8 mounted on it, on the outer cylindrical surface 9 of which at least four decompression chambers 10 with inlet channels 11 are made.
- the smaller base “C” of the cone of the chamber 10 is conjugated with the inlet channel 11.
- annular chamber 12 formed by a prefabricated annular shell 13, consisting of four segments 14, mounted on the inner cylindrical surface 15 of the housing 6 by fixing screws 16 with remote bushings 17.
- Segments 14 contain adjusting screws 18, passed through calibration and adjustment holes 19, connecting the annular chamber 12 with the intake channels 11.
- Segments 14 at the ends contain grooves 20 and 21, which together form a labyrinth seal 22.
- An exhaust channel 23 is made in the housing 6 of the engine 2 with an exhaust chamber 24 connected to a closed hydraulic circuit 3 through a low pressure channel 25 with a distribution manifold 26 through a drain pipe system 27 with a circulation tank 28.
- a high pressure channel (not shown) in the housing 6 of the engine 2 by a system of high pressure pipelines 29 of the hydraulic circuit 3 through the distribution manifold 30 by a pipe 51 is connected to the storage batteries 31, the distribution manifold 32, pulse batteries expansion joints 33 and high-pressure pumps 34 through pipelines 48 provided with bypass valves 35.
- the closed hydraulic circuit 3 also includes a starting battery 36 for starting the starting pump 47, connected to the pipeline 50 and a backup high-pressure pump 37 for manual emergency starting, a return system pipelines 38 with coarse filters 39, pipelines 40 with fine filters 41, high pressure hydraulic pumps 34.
- the electric generator 4 is connected to the output shaft 7 of the engine 2 through an elastic sleeve 46 and connected to an external distribution network 5 through a regulator voltage (PH) 42, which is electrically connected to the main switchboard (MDB) 43, the switch-off panel of secondary consumers (SHOVP) 44 and the switchboard load distribution closed loop (SHRN) 45.
- PH regulator voltage
- Hydraulic rotary machine closed cycle 1 operates as follows.
- the circulation tank 28 of the closed circuit 3 is poured with a working medium - a hydraulic fluid, for example, industrial oil.
- the starting battery 36 starts the starting pump 47 and the oil from the circulation tank 28 through the return pipe system 38 with coarse filters 39 through fine filters 41, the pipe 40 and the distribution manifold 32 with a bypass valve 35 are supplied to the pulse compensation batteries 33 and to the batteries- drives 31 to achieve a working pressure of 25 MPa.
- the operating pressure mode is regulated by a bypass valve 35, and excess oil through a return pipe (not shown in the drawing) is discharged into the circulation tank 28.
- the oil is heated to a temperature of about 95 ° C.
- the segments 14 When oil is supplied to the annular chamber 12 due to pressure, the segments 14 constantly squeeze the cylindrical surface of the rotor 8 due to the possibility of shifting one end of the segment 14 in the radial direction along the adjusting screw 18 and beyond due to the movable execution of the end labyrinth seal 22 of the grooves 20 and 21.
- the calibration and adjustment holes 19 are made in a special form (not shown in the drawing) and together with the inlet channels 11 ensure the formation of a vortex flow of the working medium in the decompression chambers 10.
- the latter is also provided by the design of the mating elements of the smaller base “C” of the cone of the decompression chamber 10 with the inlet channel 11, it being essential that the larger base of the cone “D” is made curved with a radius of curvature v - 1 AO, where D is the diameter of the lower base of the cone.
- This design guarantees the elimination of the development of reverse hydraulic shock in the stream when the oil is admitted to the decompression chamber 10 and, as a result, braking of the rotor 8 with a loss of power on the shaft 7, while the annular chamber 12 compensates for the effect of anti-gravity “flooding” of the rotor 8 at high speeds , which also reduces engine power loss 2.
- This design decompression chamber 10 provides in comparison with pr using the otype, the creation of a very effective vortex flow of a liquid working medium when it is injected through the inlet channel 11 into the cavity of the decompression chamber 10.
- the technical solution has an inventive step, since it is not obvious from the prior art that, with the stated device parameters, the nature of the turbulent energy exchange between the liquid working medium and the rotor 6 increases the energy of the ordered vortex motion by reducing the energy of the chaotic thermal motion of the working medium molecules, i.e. by reducing the temperature of the oil in the decompression chamber of the rotor 8.
- the linear velocity of the vortex rotation of the liquid jet of the working medium, which is added, can be estimated from the expression:
- FIG. 4 is a vector diagram of the decomposition of the forces of the hydraulic fluid of the working fluid in the decompression chamber 10 of the rotor 8, where the vectors C and D correspond to the forces acting in the "baric valley", the resultant of which is directed to the center of the vortex flow and provides an effective pressure reduction in the center of the vortex structure, and vectors A and B correspond to additional forces acting tangentially and responsible for an additional increase in the linear velocity of rotation of the vortex structure of the liquid working medium.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydraulic Motors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, энергетики, судостроения и предназначено для энергоснабжения устройств высокой мощности. Техническим результатом изобретения является повышение энергетических и эксплуатационных параметров гидравлической роторной машины. Гидравлическая машина роторного типа содержит замкнутый гидравлический контур с насосом и роторный двигатель, в корпусе которого смонтирован вал с ротором, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнены, по меньшей мере, 5 оппозитно расположенных декомпрессионных камер с каналами впуска; каналы выпуска, выполненные в корпусе двигателя и связанные с кольцевой камерой, расположенной вокруг ротора между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и сборной кольцевой оболочкой, выполненной в виде, по меньшей мере, 5 сегментов, закрепленных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса с возможностью их одностороннего перемещения посредством регулировочных винтов, пропущенных через тарировочные отверстия, выполненные в сегментах с возможностью соединения кольцевой камеры с каналами впуска и выпуска.
Description
Гидравлическая машина роторного типа
Изобретение относится к области машиностроения, энергетики, судостроения и предназначено для энергоснабжения устройств высокой мощности, например, валов корабельных винтов, промышленных электрогенераторов и других подобных объектов техники.
Известен ряд устройств для преобразования энергии в механическую энергию вращения ротора [1-4]. Так в патентной заявке описана роторная установка с замкнутым циклом для получения механической энергии [1]. 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, объединенных общим сборником рабочей жидкости.
Известен также роторный гидравлический двигатель с осциллирующими инерционными поршнями [4]. 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 известных технических решений являются технологическая сложность изготовления ротора и невысокая эксплуатационная надежность таких конструкций в целом.
Наиболее близок по конструктивному исполнению к предлагаемому изобретению импульсный гравитационно- инерционный двигатель замкнутого цикла, который и выбран в качестве прототипа [5]. Двигатель содержит корпус с размещенным в нем ротором. На внешней цилиндрической поверхности ротора выполнены декомпрессионные камеры в количестве не меньше четырех. Каждая пара камер выполнена с возможностью периодического сообщения с каналами впуска и выпуска рабочего тела. Каналы высокого давления размещены в корпусе двигателя
перпендикулярно к внешней образующей цилиндрической поверхности ротора и связаны с камерами впуска, которые выполнены в форме усеченного конуса эллипсоидальной формы. Декомпрессионные камеры в поперечном сечении выполнены в форме эллипса, при этом отношение диаметра ротора Dрот.к диаметру декомпрессионной камеры dдк. выбрано из расчета Dpoт.> 9dДк.. Длина канала впуска составляет не более 85 % длины хода декомпрессионной камеры в рабочем цикле по внешней образующей цилиндрической поверхности ротора. Суммарный объем декомпрессионных камер вместе с объемом каналов впуска в фазе рабочего цикла составят не более 95% максимального объема рабочего тела, заканчиваемого в фазе рабочего цикла для обеспечения привода двигателя. Величина углового перемещения декомпрессионной камеры в рабочей фазе за один оборот ротора составляет (72+2)гpaд., а величина ее углового перемещения в мертвой зоне (20+ 2)гpaд..
В корпусе двигателя размещена гравитационная камера, образованная между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и специальной оболочкой в виде втулки, закрепленной на внутренней цилиндрической поверхности корпуса с возможностью плотного прилегания к цилиндрической поверхности ротора. Втулка выполнена сборной из четырех сегментов, которые монтируются посредством крепежных болтов с дистанционными втулками, обеспечивающими образование указанной цилиндрической полости. Каждый сегмент втулки снабжен тарировочным отверстием с регулировочным болтом для обеспечения одностороннего
перемещения сегмента. Величина указанного перемещения задается регулировочным болтом. Торцы сегмента снабжены пазами с возможностью образования на стыках лабиринтного уплотнения.
В корпусе и крышке смонтированы подшипниковые узлы, на которые посажен выходной вал ротора. Подшипниковые узлы закрыты передней и задней крышками. Вал ротора, а также крышки снабжены уплотнительными сальниками для предотвращения протечки рабочего тела - гидравлического масла. Корпус двигателя в основании содержит отверстия для крепления к фундаменту или несущей раме.
Двигатель приводится в действие от внешнего замкнутого гидравлического контура гидравлическим насосом посредством подачи под давлением рабочей среды -масла - по каналам высокого давления в декомпрессионные камеры ротора. Масло под давлением порядка 85 МПа закачивается в канал высокого давления и далее по двум каналам впуска, размещенным перед рабочей зоной, по касательной, противоположно направленными струями впрыскивается одновременно в оппозитно расположенные на роторе декомпрессионные камеры. В результате резкого расширения энергия гидростатического сжатия рабочей среды преобразуется в декомпрессионной камере в кинетическую вращательную энергию потока рабочей среды, что приводит во вращение ротор и создает крутящий момент на валу двигателя. При этом одновременно две другие оппозитно размещенные на роторе декомпрессионные камеры расположены в «мepтвoй» зоне холостого хода рабочего цикла и по мере поворота ротора сообщаются с камерой и каналом
выпуска, благодаря чему отработанное масло из этих камер поступает на слив и цикл повторяется. За один оборот ротора совершаются два цикла - рабочий ход, где происходит нагнетание масла в одну пару декомпрессионных камер, и «мepтвый» цикл (холостой ход), где через канал выпуска осуществляется удаление из другой пары декомпрессионных камер отработанного масла.
Недостатком прототипа является низкая степень преобразования энергии гидростатического давления рабочей среды в механическую энергию вращения ротора, что обусловлено конструктивными недостатками исполнения геометрической формы декомпрессионных камер ротора и приводит к снижению коэффициента полезного действия устройства в целом.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и улучшение технических характеристик устройства.
Техническим результатом является повышение энергетических и эксплуатационных параметров гидравлической роторной машины.
Поставленная задача решена тем, что гидравлическая роторная машина замкнутого цикла характеризуется тем, что содержит замкнутый гидравлический контур с насосом и роторный двигатель, в корпусе которого смонтирован вал с ротором, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнены, по меньшей мере, 5 оппозитно расположенных декомпрессионных камер с каналами впуска; каналы выпуска, выполненные в корпусе двигателя и связанные с кольцевой камерой, расположенной вокруг ротора между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и сборной кольцевой оболочкой, выполненной в виде, по меньшей
мере, четырех сегментов, закрепленных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса с возможностью их одностороннего перемещения посредством регулировочных винтов, пропущенных через тарировочные отверстия, выполненные в сегментах с возможностью соединения кольцевой камеры с каналами впуска и выпуска, причем каждая декомпрессионная камера выполнена в виде усеченного конуса с углом при вершине а, величина которого выбрана в интервале от 10 до 28гpaд., меньшее основание конуса камеры сопряжено с каналом впуска, а расстояние между меньшим и большим основаниями конуса камеры составляет от 10 до 12% длины канала впуска, а большее основание конуса камеры выполнено с радиусом кривизны г, где г = 1A D, где D- диаметр нижнего основания конуса камеры, причем каналы впуска функционально связаны с гидравлическими аккумуляторами- накопителями, каналы выпуска посредством трубопроводов соединены через выпускной коллектор с циркуляционной цистерной, которая трубопроводами с фильтрами грубой и тонкой очистки, насосами высокого давления с автономным электроприводом связана с гидравлическими аккумуляторами- накопителями, трубопровод которых снабжен перепускными клапанами и коллектором-распределителем, связанным с гидравлическими аккумуляторами-компенсаторами и подключен к ручному гидравлическому насосу высокого давления, а вал ротора двигателя соединен посредством муфты с электрогенератором, который через регулятор напряжения подключен к внешней распределительной электрической сети с нагрузкой.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг Л -4. На фиг. l представлена принципиальная схема гидравлической роторной машины замкнутого цикла. На фиг.2 - общий вид двигателя в поперечном сечении. На фиг.З - вид поперечного сечения декомпрессионной камеры ротора.
На фиг.4 - векторная диаграмма разложения сил гидравлического потока рабочей среды в декомпрессионной камере ротора.
Гидравлическая роторная машина 1 содержит роторный двигатель 2, который функционально связан с замкнутым гидравлическим контуром 3, электрическим генератором 4 и внешней распределительной электрической сетью 5.
Роторный двигатель 2 включает корпус 6 с выходным валом 7 и смонтированным на нем ротором 8, на внешней цилиндрической поверхности 9 которого выполнены, по меньшей мере, четыре декомпрессионные камеры 10 с каналами впуска 11. Каждая декомпрессионная камера 10 выполнена в форме усеченного конуса с расстоянием между большим и меньшим основаниями d=10-12% от длины впускного канала 11 и с углом при вершине конуса а = 10- 28гpaд.. Меньшее основание «C» конуса камеры 10 сопряжено с каналом впуска 11. Большее основание конуса выполнено криволинейным с радиусом кривизны г = Y2 D, где D- диаметр нижнего основания конуса. В корпусе 6 вокруг ротора 8 размещена кольцевая камера 12, образованная сборной кольцевой оболочкой 13, состоящей из четырех сегментов 14, закрепленных на внутренней цилиндрической поверхности 15 корпуса 6 крепежными винтами 16
с дистанционными втулками 17. Сегменты 14 содержат регулировочные винты 18, пропущенные через тарировочно- регулировочные отверстия 19, связывающие кольцевую камеру 12 с каналами впуска 11. Сегменты 14 в торцах содержат пазы 20 и 21, которые в сборе образуют лабиринтное уплотнение 22.
В корпусе 6 двигателя 2 выполнен канал выпуска 23 с камерой выпуска 24, связанный с замкнутым гидравлическим контуром 3 через канал низкого давления 25 с распределительным коллектором 26 посредством системы сливных трубопроводов 27 с циркуляционной цистерной 28. Канал высокого давления (на чертеже не показан) в корпусе 6 двигателя 2 системой трубопроводов высокого давления 29 гидравлического контура 3 через распределительный коллектор 30 трубопроводом 51 связан с аккумуляторами-накопителями 31, распределительным коллектором 32, импульсными аккумуляторами-компенсаторами 33 и насосами высокого давления 34 посредством трубопроводов 48, снабженных перепускными клапанами 35. Замкнутый гидравлический контур 3 также содержит стартовый аккумулятор 36 для запуска стартового насоса 47, связанный с трубопроводом 50 и резервный насос высокого давления 37 для ручного аварийного запуска, систему обратных трубопроводов 38 с фильтрами грубой очистки 39, трубопроводы 40 с фильтрами тонкой очистки 41, гидравлические насосы высокого давления 34.
Электрический генератор 4 подсоединен к выходному валу 7двигaтeля 2 через эластичную муфту 46 и подключен к внешней распределительной электрической сети 5 через регулятор
напряжения (PH) 42, который электрически соединен с главным распределительным щитом (ГРЩ) 43, щитом отключения второстепенных потребителей (ЩОВП) 44 и щитом распределения нагрузки замкнутого цикла (ЩРН) 45.
Гидравлическая роторная машина замкнутого цикла 1 работает следующим образом. Заливают циркуляционную цистерну 28 замкнутого контура 3 рабочей средой - гидроносителем, например маслом индустриальным. Стартовым аккумулятором 36 запускают стартовый насос 47 и масло из циркуляционной цистерны 28 по системе обратных трубопроводов 38 с фильтрами грубой очистки 39 через фильтры тонкой очистки 41, трубопровод 40 и распределительный коллектор 32 с перепускным клапаном 35 подают в импульсные аккумуляторы-компенсаторы 33 и в аккумуляторы-накопители 31 до достижении рабочего давления 25 МПа. Режим рабочего давления регулируют перепускным клапаном 35, а излишки масла по обратному трубопроводу (на чертеже не показано) сбрасывают в циркуляционную цистерну 28. В процессе сжатия в аккумуляторах -накопителях 31 масло разогревается до температуры порядка 95 гр.С. Далее, из компенсаторов- аккумуляторов 33 и аккумуляторов-накопителей 31 через распределительный коллектор 30 с регуляторами числа оборотов по системе трубопроводов высокого давления 29 горячее масло по каналам высокого давления (на чертеже не показано) в корпусе 6 в рабочем цикле двигателя 2 подается в гравитационную камеру 12. Из камеры 12 через тарировочно-регулировочные отверстия 19 под давлением порядка 25 МПа масло впрыскивается по впускным
каналам И в две декомпрессионные камеры 10, оппозитно размещенные на роторе 8. При прохождении через тарировочно- регулировочные отверстия 19, которые имеют специальную форму (на чертеже не показано), и впускные каналы 11 в потоке масла формируются вихревые структуры, которые в декомпрессионных камерах 10 распадаются с резким расширением и охлаждением до температуры порядка (-5...-7)гp.C. с одновременным торможением, сопровождающимся передачей энергии вихревого потока рабочей среды в кинетическую энергию вращения ротора 8, создавая крутящий момент на выходном валу 7. На холостом ходу (в «мepтвoм» цикле) ротора 8 отработанное масло из декомпрессионных камер 10 по каналу выпуска 23 через камеры выпуска 24 по каналу низкого давления 25 в корпусе 6 и далее по системе сливных трубопроводов 27 низкого давления с распределительным коллектором 26 ламинарного потока сбрасывается в циркуляционную цистерну 28. Затем масло из циркуляционной цистерны 28 по обратным трубопроводам 38 насосам 34 прокачивается через фильтры грубой очистки 39, фильтры тонкой очистки 41 и возвращается в компенсаторы- аккумуляторы 33 и аккумуляторы-накопители 31 для повторного использования в системе замкнутого цикла гидравлической роторной машины 1.
При подаче масла в кольцевую камеру 12 за счет давления сегменты 14 постоянно обжимают цилиндрическую поверхность ротора 8 благодаря возможности смещения одного конца сегмента 14 в радиальном направлении по регулировочному винту 18 и за
счет подвижного исполнения торцевого лабиринтного уплотнения 22 пазов 20 и 21. Тарировочно-регулировочные отверстия 19 выполнены специальной формы (на чертеже не показано) и совместно с каналами впуска 11 обеспечивают формирование вихревого потока рабочей среды в декомпрессионных камерах 10. Форма декомпрессионной камеры 10 в виде усеченного конуса, а также соотношение между большим и меншим основаниями конуса d = 10-12% от длины впускного канала 11, при выбранном угле при вершине конуса а = 10-28гpaд., обеспечивают оптимальный режим энергообмена между рабочей средой и ротором 8 двигателя 2. Последнее обеспечивается также конструктивным исполнением элементов сопряжения меньшего основания «C» конуса декомпрессионной камеры 10 с каналом впуска 11, при этом существенно, что большее основание конуса «D» выполнено криволинейным с радиусом кривизны v - 1A O, где D- диаметр нижнего основания конуса. Такое исполнение гарантирует исключение развития обратного гидравлического удара в потоке при впуске масла в декомпрессионную камеру 10 и, как следствие, торможение ротора 8 с потерей мощности на валу 7, при этом кольцевая камера 12 обеспечивает компенсацию эффекта антигравитационного «вcплытия» ротора 8 на высоких частотах вращения, что также снижает потери мощности двигателя 2.
Через эластичную муфту 46 крутящий момент с входного вала 7 ротора 8 передается на вал электрического генератора 4 переменного или постоянного тока, который обеспечивает выработку электрической энергии и подачу ее через регулятор
напряжения 42 во внешнюю распределительную электрическую сеть 5. После подачи электрического тока на распределительный щит нагрузки замкнутого цикла ЩРН 45 включаются главные гидронасосы 34, стартовый гидронасос 47 отключается автоматически. После выхода генератора 4 на рабочий режим через главный распределительный щит ГРЩ 43 подключаются внешние потребители электрической энергии. Щит отключения второстепенных потребителей ЩОВП 44 служит для отключения внешних второстепенных потребителей электрической энергии от внешней распределительной электрической сети 5 в случае перегрузки двигателя 2 свыше 25% номинальной мощности.
Из уровня техники следует, что заявляемое техническое решение обладает новизной, которая выражается в конструктивном исполнении декомпрессионной камеры 10 ротора 6 в поперечном сечении в форме усеченного конуса с принципиально новыми параметрами: углом при вершине в интервале а = 10-28гpaд., при этом меньшее основание конуса камеры сопряжено с каналом впуска 11, а расстояние между меньшим и большим основаниями конуса составляет не менее 10 - 12% от длины впускного канала 11. Такое исполнение декомпрессионной камеры 10 обеспечивает по сравнению с прототипом создание весьма эффективного вихревого потока жидкого рабочей среды при ее впрыскивании через впускной канал 11 в полость декомпрессионной камеры 10. Исследованиями установлено, что в струе жидкости, подаваемой под давлением порядка 25 МПа в декомпрессионную камеру 10, при выбранных конструктивных параметрах ротора 8, формируется строго
определенный тип вихревого движения. При последующем резком падении давления жидкости в камере 10 за счет расширения интенсивно падает ее температура, а высвободившаяся тепловая энергия преобразовывается в кинетическую энергию вращения струи, которая дает дополнительный вклад в механическую энергию вращения ротора 6.
Техническое решение обладает изобретательским уровнем, так как из предшествующего уровня техники не очевидно, что при заявленных параметрах устройства характер турбулентного энергообмена между жидкой рабочей средой и ротором 6 увеличивает энергию упорядоченного вихревого движения за счет уменьшения энергии хаотического теплового движения молекул рабочей среды, т.е. за счет уменьшения температуры масла в декомпрессионной камере ротора 8. Линейную скорость у вихревого вращения жидкой струи рабочей среды, которая при этом добавляется, можно оценить из выражения:
И ' Cp Δ Т ≠ У '£* где, tι_ - КПД турбулентного преобразования тепловой энергии в кинетическую; ср - удельная теплоемкость масла индустриального (2,1 кДж/ кг гр.С).
При допущении, что fι = 0,5, за счет понижения температуры масла Л T на 95 гр.С рабочей среде дополнительно сообщается линейная скорость порядка 7 м/с. Таким образом, в результате уменьшения температуры, которым сопровождается закручивание потока жидкой рабочей среды в декомпрессионной камере 10, еще
больше падает давление в так называемой «бapичecкoй дoлинe» и, соответственно, увеличиваются центральные силы барических градиентов. Это приводит к более эффективному закручиванию, т.е. включается режим саморазгона вихря. При дальнейшем развитии процесса вихревого течения саморазгон притормаживается благодаря тому, что по мере роста линейных скоростей закручивающихся жидких струй все большую роль начинают играть центробежные силы и силы турбулентного трения. В стационарном режиме, когда для каждого элемента вращающихся масс жидкости центробежная сила уравновешивает векторную сумму сил барического градиента и турбулентного трения, траектории потоков жидкости преобразуются в сходящиеся к центру спирали. Диапазон угла а в интервале от 19 до 22 гр.при вершине конуса декомпрессионной камеры 10 соответствует фундаментальному значению угла анизотропии электрона, равного ~ 22гp.. Выбранные параметры декомпрессионной камеры обеспечивают дополнительную устойчивость сформированных вихревых структур за счет их энергетической подпитки из окружающей среды путем активации рабочей среды при ее взаимодействии с электрон- позитронной составляющей физического вакуума [ 6]. На фиг. 4 представлена векторная диаграмма разложения сил гидравлического потока жидкой рабочей среды в декомпрессионной камере 10 ротора 8, где векторы С и D соответствуют силам, действующим в «бapичecкoй дoлинe», равнодействующая которых направлена в центр вихревого потока и обеспечивает эффективное снижение давления в центре вихревой структуры, а векторы А и В
соответствуют дополнительным силам, действующим по касательной и ответственным за дополнительный прирост линейной скорости вращения вихревой структуры жидкой рабочей среды. Таким образом, очевидно, что дополнительный энергетический вклад, получаемый за счет преобразования тепловой энергии жидкой рабочей среды в механическую энергию вращения ротора 8, гарантирует достижение заявленного технического результата и промышленную применимость предлагаемого изобретения.
Источники информации:
LRU 2005137105 А, 2007.
2.WO 2005/0881124 Al.
3.DE 10102899 Al, 2002.
4.WO 2005/068839 Al.
5.WO 2005/100778 Al (прототип). б.Герловина И.Л. О «Teopии фундаментального пoля» http://PSI-
WОRLD.NАRОD.RU/РUВLIСАТЮNS/GЕRLОVIN.НТМ, Соруright
2000-2006. Revised:26.09.06.
Claims
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Гидравлическая машина роторного типа характеризующаяся тем, что содержит замкнутый гидравлический контур с насосом и роторный двигатель, в корпусе которого смонтирован вал с ротором, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнены, по меньшей мере, 5 оппозитно расположенных декомпрессионных камер с каналами впуска; каналы выпуска, выполненные в корпусе двигателя и связанные с кольцевой камерой, расположенной вокруг ротора между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и сборной кольцевой оболочкой, выполненной в виде, по меньшей мере, 5 сегментов, закрепленных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса с возможностью их одностороннего перемещения посредством регулировочных винтов, пропущенных через тарировочные отверстия, выполненные в сегментах с возможностью соединения кольцевой камеры с каналами впуска и выпуска, причем каждая декомпрессионная камера выполнена в виде усеченного конуса с углом при вершине а, величина которого выбрана из интервала от 10 до 28 градусов, меньшее основание конуса камеры сопряжено с каналом впуска, расстояние между меньшим и большим основаниями конуса камеры составляет от 10 до 12 % длины канала впуска, а большее основание конуса камеры выполнено с радиусом кривизны г, где г = Vi D, где D- диаметр большего основания конуса камеры, причем каналы впуска функционально связаны с гидравлическими аккумуляторами-накопителями, каналы выпуска
посредством трубопроводов соединены через выпускной коллектор с циркуляционной цистерной, которая трубопроводами с фильтрами грубой и тонкой очистки, насосами высокого давления с автономным электроприводом связана с гидравлическими аккумуляторами-накопителями, трубопровод которых снабжен перепускными клапанами и коллектором-распределителем, связанным с гидравлическими аккумуляторами-компенсаторами и подключенным к ручному гидравлическому насосу высокого давления, а вал ротора двигателя соединен посредством муфты с электрогенератором, который через регулятор напряжения подключен к внешней распределительной электрической сети с нагрузкой.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BYU20080661 | 2008-08-15 | ||
| BY20080661 | 2008-08-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2010024730A2 true WO2010024730A2 (ru) | 2010-03-04 |
| WO2010024730A3 WO2010024730A3 (ru) | 2010-06-03 |
Family
ID=41722174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000548 WO2010024730A2 (ru) | 2008-08-15 | 2009-10-15 | Гидравлическая машина роторного типа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2010024730A2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112523930A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-03-19 | 中国长江电力股份有限公司 | 水轮机调速器主配压阀拒动监测装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1523705A1 (ru) * | 1987-09-09 | 1989-11-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт добычи угля гидравлическим способом | Гидравлический двигатель |
| WO2005068839A1 (de) * | 2004-01-16 | 2005-07-28 | Granipol Construction | Hydraulischer motor mit schwenkträgekolben |
| WO2005100778A1 (de) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Granipol Construction | Kolbenloser hochimpulsiver elektrohydrodynamischer gravitationsträgheitsmotor eines geschlossenen zyklus |
| WO2006080862A1 (de) * | 2005-01-25 | 2006-08-03 | Granipol Construction | Hochimpulsiver hydrodynamischer motor |
-
2009
- 2009-10-15 WO PCT/RU2009/000548 patent/WO2010024730A2/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1523705A1 (ru) * | 1987-09-09 | 1989-11-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт добычи угля гидравлическим способом | Гидравлический двигатель |
| WO2005068839A1 (de) * | 2004-01-16 | 2005-07-28 | Granipol Construction | Hydraulischer motor mit schwenkträgekolben |
| WO2005100778A1 (de) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Granipol Construction | Kolbenloser hochimpulsiver elektrohydrodynamischer gravitationsträgheitsmotor eines geschlossenen zyklus |
| WO2006080862A1 (de) * | 2005-01-25 | 2006-08-03 | Granipol Construction | Hochimpulsiver hydrodynamischer motor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112523930A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-03-19 | 中国长江电力股份有限公司 | 水轮机调速器主配压阀拒动监测装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010024730A3 (ru) | 2010-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4496846A (en) | Power generation from wind | |
| CN1809695B (zh) | 一种用于管型涡轮机的装置以及包含该装置的泵 | |
| CN102684391B (zh) | 一种涡管电机 | |
| US20130067900A1 (en) | Power generating apparatus of renewable energy type | |
| CA2645646C (en) | Rotor assembly for a radial turbine | |
| KR20130064724A (ko) | 로터리 압축-팽창기 시스템 및 사용 및 제조 관련 방법 | |
| EP2882938B1 (en) | Turbine assembly | |
| Rampen et al. | A digital displacement hydrostatic wind-turbine transmission | |
| CN106437857B (zh) | 螺旋通道式汽轮机及应用螺旋通道式汽轮机的设备 | |
| CN102748190A (zh) | 可调速容积式水泵水轮机 | |
| US6357235B1 (en) | Power generation system and method | |
| CN206130029U (zh) | 一种新型双涡轮双导轮导叶可调式液力变矩器 | |
| WO2010024730A2 (ru) | Гидравлическая машина роторного типа | |
| CN103306736B (zh) | 一种动力涡轮及其动力机 | |
| EA005904B1 (ru) | Усовершенствования турбины | |
| JP2013501901A (ja) | 再生エネルギー型発電装置 | |
| WO2009003261A2 (fr) | Machine rotative électro-hydrodynamique à cycle fermé | |
| CN211117430U (zh) | 功率传输设备和传动系 | |
| RU2109392C1 (ru) | Силовой электромеханический привод | |
| CN111757974B (zh) | 球形能量转换器 | |
| CN219366214U (zh) | 一种水锤泵发电装置 | |
| CN103363053A (zh) | 一种液压传动装置 | |
| WO2014035358A1 (ru) | Система преобразования энергии текучих сред | |
| CN106321771B (zh) | 一种新型双涡轮双导轮导叶可调式液力变矩器 | |
| RU2161704C2 (ru) | Способ получения механической энергии в паровой турбине |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NENP | Non-entry into the national phase in: |
Ref country code: DE |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09810296 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09810296 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |