Гидравлическая машина роторного типа (варианты)

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МАШИНА РОТОРНОГО ТИПА (ВАРИАНТЫ)(72) Автор Берюков Анатолий Семенович(73) Патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью Научнотехнический центр Исследование и мобильное проектирование(57) 1. Гидравлическая машина роторного типа, содержащая роторный двигатель, в корпусе которого в кольцевой обойме смонтирован вал с ротором, на внешней цилиндрической поверхности ротора между радиальными перемычками выполнены декомпрессионные камеры с направляющими и рабочими стенками, образующими рабочую зону, сообщающиеся с гравитационной камерой, образованной ротором и кольцевой обоймой с каналами впуска и выпуска и тарированными входными и выходными отверстиями в корпусе, отличающаяся тем, что в роторе выполнено нечетное количество декомпрессионных камер,предпочтительно пять, каждая декомпрессионная камера дополнительно содержит сегмент, внутренние плоскости которого выполнены по форме ее внутренних стенок, а внешняя плоскость является направляющей стенкой декомпрессионной камеры, убывающей в плане по дуге от торцевой поверхности одной перемычки к основанию внутренней радиальной поверхности другой перемычки, являющейся рабочей стенкой декомпрессионной камеры, при этом в перемычках выполнены пазы с размещенными в них подпружиненными в радиальном направлении шиберами. 2. Гидравлическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что выполненные в кольцевой обойме выходные тарированные отверстия больше входных тарированных отверстий. 51952009.04.30 3. Гидравлическая машина по п. 2, отличающаяся тем, что корпус роторного двигателя выполнен заодно с фланцами. 4. Гидравлическая машина по п. 2, отличающаяся тем, что корпус роторного двигателя выполнен заодно с лапообразным основанием. 5. Гидравлическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевая обойма содержит термически обработанную внутреннюю поверхность. 6. Гидравлическая машина по одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что кольцевая обойма выполнена заодно с корпусом роторного двигателя. 7. Гидравлическая машина роторного типа, содержащая роторный двигатель, в корпусе которого в кольцевой обойме смонтирован вал с ротором, на внешней цилиндрической поверхности ротора между радиальными перемычками выполнены декомпрессионные камеры с направляющими и рабочими стенками, образующими рабочую зону, сообщающиеся с гравитационной камерой, образованной ротором и кольцевой обоймой с каналами впуска и выпуска и тарированными входными и выходными отверстиями в корпусе, отличающаяся тем, что в корпусе роторного двигателя, на валу, последовательно закреплены, в кольцевых обоймах каждый, по крайней мере, два ротора с нечетным количеством декомпрессионных камер, предпочтительно пятью, каждая декомпрессионная камера дополнительно содержит сегмент, внутренние плоскости которого выполнены по форме ее внутренних стенок, а внешняя плоскость является направляющей стенкой декомпрессионной камеры, убывающей в плане по дуге от торцевой поверхности одной перемычки к основанию внутренней радиальной поверхности другой перемычки, являющейся рабочей стенкой декомпрессионной камеры, при этом в перемычках выполнены пазы с размещенными в них подпружиненными в радиальном направлении шиберами. 8. Гидравлическая машина по п. 7, отличающаяся тем, что выполненные в кольцевой обойме выходные тарированные отверстия больше входных тарированных отверстий. 9. Гидравлическая машина по п. 8, отличающаяся тем, что корпус роторного двигателя выполнен заодно с фланцами. 10. Гидравлическая машина по п. 8, отличающаяся тем, что корпус роторного двигателя выполнен заодно с лапообразным основанием. 11. Гидравлическая машина по пп. 7-10, отличающаяся тем, что кольцевая обойма содержит термически обработанную внутреннюю поверхность.(56) 1.2305191, 2007. 2.4155, 2007 (прототип). Полезная модель относится к машиностроению и предназначена для энергоснабжения устройств высокой мощности, в частности валов корабельных винтов, промышленных электрогенераторов и других подобных объектов техники, а также может найти применения в энергетике, в частности, в замкнутых циклах с другими механизмами для воспроизводства электрической энергии. Известна роторная гидравлическая машина с осевым входным и периферийным выходным патрубками 1. Машина содержит корпус, рабочий орган в виде ротора с гидравлическими каналами и соединенный с валом привод. Ротор выполнен в виде тел вращения, полусферы или усеченного конуса в приемной камере, расположенной в его узкой части. Внутри ротора выполнены гидравлические каналы в виде многозаходных винтовых, разветвляющихся от камеры к периферии спиралей. Выходы каналов расположены на периферии, в широкой части ротора или на его торце. Винты спирали гидравлических каналов выполнены под углом, где 0 с заданным шагом от 0,5 до 1 диаметра ротора по оси, а приемная камера выполнена в виде усеченного конуса. 2 51952009.04.30 Недостатками известной машины являются технологически сложно выполнимые гидравлические каналы ротора, а также низкий КПД, недостаточно эффективное преобразование кинетической энергии рабочей среды в механическую энергию вращения ротора. Наиболее перспективными в современных условиях являются разработки силовых установок, в основу которых положена теория вращающего пространства, динамические основы преобразования энергии, теоретические основы материализации энергии, а также основные теоретические наработки в области гидродинамических процессов. Наиболее близкой к вариантам предложенных полезных моделей является гидравлическая машина роторного типа замкнутого цикла, содержащая роторный двигатель, в корпусе которого в сборной кольцевой оболочке (обойме) смонтирован вал с ротором, на внешней цилиндрической поверхности ротора выполнены разделенные между собой перемычками декомпрессионные камеры с направляющими и рабочими стенками, образующими рабочую зону, сообщающиеся с гравитационной камерой, образованной ротором и кольцевой обоймой с каналами впуска и выпуска и тарированными входными и выходными отверстиями в корпусе. Основным недостатком известной машины является то, что она не может обеспечивать плавность вращения ротора, поскольку при наличии двух впускных и двух выпускных отверстий при четном числе декомпрессионных камер во время запуска двигателя оба впускные отверстия попадают на переднюю кромку декомпрессионной камеры, вследствие чего образуются мертвые зоны. Это не обеспечивает эффективной работы известной машины, не позволяет получить достаточно высокой мощности механической энергии вращения ротора на выходе. Другим недостатком известного устройства является сложность конструкции, в частности сборной кольцевой оболочки, выполненной в виде, по меньшей мере, четырех сегментов, закрепленных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса с возможностью их одностороннего перемещения посредством регулировочных винтов. Кроме того, такая конструкция уменьшает износостойкость устройства в целом, при этом в местах стыка сегментов неизбежны потери энергии, что также снижает КПД машины. Известная роторная машина замкнутого цикла имеет ограниченные функциональные возможности, прежде всего по мощности, принципу работы в замкнутом цикле и направлению движения ротора. Задачей полезной модели является увеличение мощности на выходе, упрощение конструкции устройства и технологии изготовления в целом, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения прямого и обратного вращения ротора. Вариант 1 Поставленная задача решается тем, что в известной конструкции гидравлической машины роторного типа, содержащей роторный двигатель, в корпусе которого в кольцевой обойме смонтирован вал с ротором, на внешней цилиндрической поверхности ротора между радиальными перемычками выполнены декомпрессионные камеры с направляющими и рабочими стенками, образующими рабочую зону, сообщающиеся с гравитационной камерой, образованной ротором и кольцевой обоймой с каналами впуска и выпуска и тарированными входными и выходными отверстиями в корпусе, в роторе выполнено нечетное количество декомпрессионных камер, предпочтительно пять, каждая декомпрессионная камера дополнительно содержит сегмент, внутренние плоскости которого выполнены по форме ее внутренних стенок, а внешняя плоскость является направляющей стенкой декомпрессионной камеры, убывающей в плане по дуге от торцевой поверхности одной перемычки к основанию внутренней радиальной поверхности другой перемычки, являющейся рабочей стенкой декомпрессионной камеры, при этом в перемычках выполнены пазы с размещенными в них подпружиненными в радиальном направлении шиберами. 3 51952009.04.30 Выполненные в кольцевой обойме выходные тарированные отверстия больше входных тарированных отверстий. Корпус роторного двигателя выполнен заодно с фланцами. Корпус роторного двигателя выполнен заодно с лапообразным основанием. Кольцевая обойма содержит термически обработанную внутреннюю поверхность. Кольцевая обойма выполнена заодно с корпусом роторного двигателя. Вариант 2 Поставленная задача решается тем, что в известной конструкции гидравлической машины роторного типа, содержащей роторный двигатель, в корпусе которого в кольцевой обойме смонтирован вал с ротором, на внешней цилиндрической поверхности ротора между радиальными перемычками выполнены декомпрессионные камеры с направляющими и рабочими стенками, образующими рабочую зону, сообщающиеся с гравитационной камерой, образованной ротором и кольцевой обоймой с каналами впуска и выпуска и тарированными входными и выходными отверстиями в корпусе, в корпусе роторного двигателя, на валу, последовательно закреплены, в кольцевых обоймах каждый, по крайней мере, два ротора с нечетным количеством декомпрессионных камер, предпочтительно пятью, каждая декомпрессионная камера дополнительно содержит сегмент, внутренние плоскости которого выполнены по форме ее внутренних стенок, а внешняя плоскость является направляющей стенкой декомпрессионной камеры, убывающей в плане по дуге от торцевой поверхности одной перемычки к основанию внутренней радиальной поверхности другой перемычки, являющейся рабочей стенкой декомпрессионной камеры, при этом в перемычках выполнены пазы с размещенными в них подпружиненными в радиальном направлении шиберами. Выполненные в кольцевой обойме выходные тарированные отверстия больше входных тарированных отверстий. Корпус роторного двигателя выполнен заодно с фланцами. Корпус роторного двигателя выполнен заодно с лапообразным основанием. Кольцевая обойма содержит термически обработанную внутреннюю поверхность. То, что ротор имеет нечетное количество декомпрессионных камер, предпочтительно пять, позволяет обеспечить плавность вращения ротора за счет исключения в процессе запуска мертвых зон, что, в свою очередь, влияет на увеличение КПД. Наличие съемных сегментов в роторе позволяет значительно упростить технологию производства, расширяет функциональные возможности машины за счет обеспечения правого или левого вращения ротора. То, что каждая камера дополнительно содержит установленный с минимальными зазорами относительно ее внутренних стенок сегмент, определяющий рабочую зону, направляющую поток рабочей жидкости, позволяет выполнить эту зону в пределах параметров,обеспечивающих при меньших линейных скоростях вращения, т.е. меньшем диаметре ротора, возможность получения большего крутящего момента на выходном валу. Внешняя плоскость сегмента является направляющей стенкой декомпрессионной камеры, убывающей в плане по дуге от торцевой поверхности одной перемычки к основанию внутренней радиальной поверхности другой перемычки, и является одновременно рабочей стенкой декомпрессионной камеры. Это способствует снятию обратного гидравлического удара, неизбежного в известных гидравлических машинах, а также позволяет исключить проточную циркуляцию рабочей жидкости, что увеличивает КПД. Другим преимуществом сегмента является то, что при износе направляющей стенки рабочей зоны его легко можно заменить на новый. Выполнение в перемычках пазов с размещенными в них подпружиненными в радиальном направлении шиберами позволяет в процессе вращения ротора за счет пружин и возникающих центробежных сил прижиматься к кольцевой обойме, выбирая, таким образом, зазор между ротором и обоймой и производя сброс рабочей жидкости в полость. 4 51952009.04.30 То, что выходные тарированные отверстия в кольцевой обойме больше входных тарированных отверстий, позволяет эффективно производить сброс давления в системе. Выполнение корпуса роторного двигателя заодно с фланцами или лапообразным основанием расширяет номенклатуру изделий, позволяющих использовать их как в подвешенном виде, так и с опорой на основание. Второй вариант гидравлической роторной машины предназначен для применения в более мощных объектах. Предложенные варианты устройств позволяют учитывать и использовать эффект антигравитационных камер, замкнутых в гидравлическом поле, высокоимпульсный коэффициент давления, а также прямо направленный гидроудар, гравитационно-иннерционные силы, направленные в рабочую зону декомпрессионной камеры, коэффициент остаточного давления, коэффициент плотности жидкости, коэффициент сжимаемости жидкости. Техническим результатом полезной модели является увеличение мощности на выходе,упрощение конструкции устройства и технологии производства, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения прямого и обратного вращения ротора. Сущность предложенных полезных моделей поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид гидравлической машины роторного типа (вариант 1). На фиг. 2 - вид поперечного сечения декомпрессионной камеры ротора. На фиг. 3 - общий вид гидравлической машины роторного типа (вариант 2). Гидравлическая машина роторного типа содержит роторный двигатель 1, который может работать самостоятельно или быть функционально связанным с замкнутым гидравлическим контуром, электрическим генератором и внешней распределительной электрической сетью (не показано). Вариант 1. В корпусе 2 роторного двигателя 1 установлена кольцевая обойма 3 с термически обработанной внутренней поверхностью. В корпусе 2 выполнены по два тарированных входных 4 и два тарированных выходных 5 отверстия. В обойме 3 смонтирован вал 6 с ротором 7. Выходные отверстия 5 для сброса давления имеют больший диаметр, чем входные отверстия 4 для подачи рабочей жидкости. Для каждого конкретного исполнения машины, в зависимости от диаметра ротора 7, производят конкретный расчет тарированных отверстий 4 и 5 (фиг. 1). На внешней, цилиндрической поверхности ротора 7, между радиальными перемычками 8, выполнено пять декомпрессионных камер 9, равных количеству перемычек 8 с торцевыми цилиндрическими поверхностями 10. Каждая декомпрессионная камера 9 дополнительно содержит сегмент 11, внутренние плоскости которого выполнены по форме ее внутренних стенок 12, 13, 14. Внешняя плоскость сегмента 11 является направляющей стенкой 15 декомпрессионной камеры 9, убывающей в плане по дуге от кромки 16 между радиальной поверхностью 14 и торцевой поверхностью 10 одной перемычки 8 к основанию внутренней радиальной поверхности прямоугольной формы 12 другой перемычки 8, являющейся рабочей стенкой декомпрессионной камеры 9. Направляющая стенка 15 и рабочая стенка 12 образуют рабочую зону 17 декомпрессионной камеры 9. Съемные сегменты 11, расположенные в декомпрессионных камерах 9, определяют работу ротора 7 и направляют ламинарный поток рабочей жидкости высокого давления по касательной к цилиндрической поверхности направляющей стенки 15 ротора 7 в сторону его вращения. Наличие съемных сегментов 11 позволяет обеспечить, в зависимости от необходимости, как правое, так и левое вращение ротора 7 (фиг. 2). Размеры сегмента 11 декомпрессионной камеры 9 определяются исходя из диаметраротора 7 и составляют порядка 1/18 - 1/20 , длина по касательной диаметра ротора 7 должна находиться в пределах 67-71, а ширина - 1/3 - 1/5 . 5 51952009.04.30 Передняя кромка 16 направляющей стенки 15 декомпрессионных камер 9 выполнена с возможностью сообщения с каналами (или пазами) впуска 18. В кольцевой обойме 3 роторного двигателя 1 выполнено два канала впуска (или паза) 18 и два канала выпуска (или паза) 19, связанных с кольцевой гравитационной камерой 20,образованной кольцевой обоймой 3 с термически обработанной внутренней поверхностью и декомпрессионными камерами 9 ротора 7. В перемычках 8 выполнены пазы 21, в которых размещены подпружиненные от центра ротора 7 в радиальном направлении пружинами 22 шиберы 23. Шиберы 23 выполнены из более мягкого материала, имеющего наименьший коэффициент трения по стали, такого как латунь, бронза, синтетический материал. Это позволяет легко заменить их в процессе износа, при эксплуатации предложенной гидравлической машины. Корпус 2 роторного двигателя 1 выполнен заодно с фланцами 24 или с лапообразным основанием (не показано). Кольцевая обойма 3 для роторных двигателей 1 с малой мощностью может быть выполнена заодно с корпусом 2. Вариант 2 Второй вариант предложенной полезной модели отличается тем, что в корпусе 2 роторного двигателя 1 по числу роторов 7 установлены кольцевые обоймы 3 с термически обработанными внутренними поверхностями. В корпусе 2 выполнены по два тарированных входных 4 и два выходных 5 отверстия для каждой кольцевой обоймы 3. В кольцевых обоймах 3 смонтирован вал 6 с последовательно закрепленными на нем двумя и более роторами 7. При этом количество роторов 7, равное количеству кольцевых обойм 3, выбирают в зависимости от требуемой мощности на выходном валу 6 двигателя 1 (фиг. 3). Гидравлическая машина роторного типа работает следующим образом. Рабочая жидкость под рабочим давлением 60-450 кг/см 2 при температуре порядка 4565 С подается в корпус 2 роторного двигателя 1. При рабочем цикле рабочая жидкость под давлением через два входных тарированных отверстия 4 и два входных канала 18 попадает в гравитационную камеру 20 с термически обработанной внутренней поверхностью обоймы 3. При этом выбор зазоров между обоймой 3 и ротором 7 обеспечивается подпружиненными шиберами 23, которые за счет пружин 22 и воздействия центробежных сил прижимаются к внутренней поверхности обоймы 3. Под давлением рабочая жидкость через тарированные впускные отверстия 4 и впускные каналы 18 впрыскивается в гравитационную камеру 20 и далее по передней направляющей стенке 15 в рабочую зону 17 декомпрессионных камер 9. Нечетное количество декомпрессионных камер 9 позволяет избежать ситуации, когда торцевые стенки 10 перемычек 8 ротора 7 с подпружиненными шиберами 23 перекрывают впускные каналы 18 и входные тарированные отверстия 4. Ламинарный поток рабочей жидкости проходит в сторону вращения ротора 7 по касательной к цилиндрической поверхности направляющей стенки 15, формируемой дугой эллипсоидальной плоскости, и попадает на рабочую стенку 12. На рабочей стенке 12, выполненной в виде прямоугольной площадки, происходит торможение рабочей жидкости,что снижает потери энергии от удара, сопровождающееся передачей энергии ламинарного потока и превращением ее в кинетическую энергию вращения ротора 7 (роторов во втором варианте), создавая крутящий момент на выходном валу 6. Форма декомпрессионной камеры 9, при выбранных размерах, обеспечивает оптимальный режим энергообмена между рабочей жидкостью и ротором 7. Такое исполнение гарантирует исключение развития обратного гидравличекого удара в потоке рабочей жидкости при впуске в декомпрессионную камеру 9, а также обеспечивает компенсацию эффекта антигравитационного всплытия ротора 7 на высоких частотах вращения, что также снижает потери мощности на валу 6. 6 51952009.04.30 Испытания опытных образцов силовых установок, выполненных в соответствии с предложенными полезными моделями, показали, что при обеспечении полного отсутствия промышленных отходов ее КПД превышается в 5 раз и более. Силовые установки, выполненные в соответствии с предложенными полезными моделями, при полной нагрузке работают тихо и равномерно, без вибраций. Шумность не превышает 100 дб. Простота конструкции обеспечивает возможность привлечения минимум персонала. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7