ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области гидромашиностроения, в частности к области тепловых машин, и может быть использована в нефтяной, газовой и в других отраслях промышленности, в том числе, при создании технологий и техники для получения экологически чистой энергии.
Известен двигатель, содержащий статор с соплами и размещенный в нем цилиндрический ротор с наружными выступами (RU №1273632, 1986).
Недостатком известного двигателя является износ наружных выступов при наличии твердых частиц в потоке (жидкости или газа), направленном из сопла на наружные выступы ротора.
Более близким к заявляемому техническому решению является двигатель, содержащий статор с соплами и выходным каналом, размещенный в статоре ротор, выполненный в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных выступов и внутренних выступов. При этом между внутренними и наружными выступами в роторе выполнены проточные каналы с обеспечением гидравлической связи проточных каналов в роторе с соплами и с выходным каналом в статоре (RU №149348, 2014).
Недостаток известного двигателя заключается в проявлении гидроабразивного износа наружных и внутренних выступов при наличии твердых частиц в потоке (жидкости или газа), направленном из сопла на наружные и внутренние выступы ротора.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее решение, является повышение стойкости ротора к гидроабразивному износу при наличии твердых частиц в потоке жидкости или газа.
Указанная задача решается двигателем, содержащим статор с входными соплами и выходным каналом, размещенный в статоре ротор, выполненный в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных и внутренних выступов с образованием между ними проточных каналов, гидравлически связанных с входными соплами для подачи среды, не содержащей твердой фазы, и выходным каналом в статоре, причем ротор снабжен установленной соосно с ротором вихревой камерой, внешняя часть корпуса которой выполнена в виде усеченного конуса с тангенциальным входным патрубком для подачи рабочей среды с твердой фазой, конец которой размещен в полости указанной части корпуса, а внутренняя его часть выполнена в виде цилиндрической камеры, образующей выходной осевой канал, сообщающийся с проточными каналами ротора и через кольцевой канал, образованный между ротором и статором, с выходным каналом в статоре
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении очистки жидкости (или газа) в контуре циркуляции через проточные каналы ротора за счет исключения попадания твердых частиц в полость ротора.
Сущность описываемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема двигателя, разрез А-А, на фиг. 2 представлена схема двигателя, разрез Б-Б по статору, на фиг. 3 в изометрии представлен ротор (одна вторая часть ротора на данной фигуре не показана, секущая плоскость проведена через ось вращения ротора).
Описываемый двигатель содержит статор 1 с соплами 2 и размещенный в нем ротор 3 с наружными выступами 4. В конструкции двигателя может быть одно, два сопла или более. Ротор 3 оснащен внутренними выступами 5, при этом ротор 3 выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных выступов 4 и внутренних выступов 5. Выступы 4 и 5 имеют твердые стенки. Между внутренними 5 и наружными 4 выступами в роторе 3 выполнены проточные каналы 6, с обеспечением гидравлической связи проточных каналов 6 в роторе 3 с соплами 2 в статоре 1. Статор 1 оснащен выходным каналом 7. Сопла 2 и выходной канал 7 могут располагаться на различном расстоянии от оси вращений 8 ротора 3 с учетом условий применения заявляемого двигателя.
Статор 1 содержит установленную соосно с ротором вихревую камеру 9. Внешняя часть корпуса вихревой камеры 9 выполнена в виде усеченного конуса с тангенциальным входным патрубком 10 для подачи рабочей среды с твердой фазой, конец которой размещен в полости указанной части корпуса, а внутренняя его часть выполнена в виде цилиндрической камеры, образующей выходной осевой канал 11.
Вихревая камера 9 установлена соосно с ротором 3, а осевой выходной канал 11 вихревой камеры 9 сообщается с выходным каналом 7 через проточные каналы 6 в роторе 3 и через кольцевой канал 12, образованный между ротором 3 и статором 1.
Двигатель может иметь исполнение, в котором ротор 3, выполненный в виде проницаемой объемной сотовой структуры, сформирован из сетчатого материала, где нитями сетчатого материала сформированы наружные 4 и внутренние 5 выступы. Ячейки сетчатого материала объединены в проточные каналы 6 между наружными 4 и внутренними 5 выступами. Ротор 3 может иметь цилиндрическую или конической форму.
Двигатель работает следующим образом.
Статор 1 с соплами 2 обеспечивают формирование потока (или нескольких потоков) рабочего тела по направлению к ротору 3 (фиг. 1). В качестве рабочего тела может выступать жидкость, газожидкостная смесь или газ (в том числе пар или высокотемпературные продукты горения топливовоздушной смеси). Поток рабочего тела воздействует на наружные выступы 4 ротора 3 и приводит ротор 3 в движение. Таким образом, кинетическая энергия потока рабочего тела преобразуется в механическую энергию при вращательном движении ротора 3. Для дальнейшей передачи энергии ротор 3 может быть связан с внешними механизмами, которые на фигурах не показаны. Также поток рабочего тела через проточные каналы 6 проникает в полость ротора 3, который выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры. Поток рабочего тела в этой части ротора 3 взаимодействует с внутренними выступами 5, что способствует преобразованию энергии, поскольку с уменьшением скорости течения рабочего тела поток может смещаться ближе к оси вращения ротора 3. Возможно осуществление как непрерывной, так и импульсной подачи рабочего тела к ротору 3 двигателя. За счет проницаемой объемной сотовой структуры ротора 3 обеспечивается преобразование энергии при различных свойствах рабочего тела, в том числе, при использовании газожидкостных смесей, отличающихся по плотности, вязкости или по содержанию твердых частиц в потоке. Через проточные каналы 6 в роторе 3, рабочее тело отводится из статора 1, через выходные каналы. Выходные каналы могут быть выполнены в статоре 1 вблизи оси вращения 8 ротора 3 или же в зоне ближе к периферии ротора 3.
Рабочая жидкость или газ могут поступать к двигателю от разных источников энергии, при этом свойства рабочего тела могут отличаться для разных источников энергии. Жидкость или газ, не содержащие в потоке твердые частицы, направляют в сопла 2. Поток жидкости, содержащий твердые частицы, направляют в тангенциальный входной канал 10. Статор 1 содержит вихревую камеру 9 с тангенциальным входным каналом 10 и осевым выходным каналом 11, вихревая камера 9 установлена соосно с ротором 3, а осевой выходной канал 11 вихревой камеры сообщается с выходным каналом 7 через проточные каналы 6 в роторе 3 и через кольцевой канал 12 между ротором 3 и статором 1. При таком исполнении двигателя в вихревой камере 9 при вращательном движении жидкости (или газа) твердые частицы за счет центробежных сил оттесняются к стенкам вихревой камеры 9, и далее через выходной канал 11 и кольцевой канал 12 твердые частицы, двигаясь вдоль стенки вихревой камеры 9, отводятся к выходному каналу 7. При таком направлении движения твердые частицы не взаимодействуют с наружными 4 и с внутренними 5 выступами, тем самым реализуется защита ротора 3 от гидроабразивного износа. В центральной части вихревой камеры 9 при вращательном движении жидкости (или газа) формируется зона пониженного давления, куда устремляется поток из центральной части ротора 3. Формируется контур циркуляции очищенной от твердых частиц жидкости (или газа). На фиг. 2 этот контур циркуляции показан стрелками. При этом вихревая камера 9 установлена соосно с ротором 3 для эффективного преобразования энергии. В вихревой камере 9 поток жидкости, поступающий через тангенциальный входной канал 10, обеспечивает постоянный подвод энергии к контуру циркуляции, проходящему через ротор 3. При движении очищенной от твердых частиц жидкости (или газа) через проточные каналы 6 в роторе 3 обеспечивается преобразование гидравлической энергии в механическую энергию.
При предлагаемом конструктивном исполнении ввод потока рабочего тела в ротор 3 может осуществляться в различных зонах, на различных расстояниях от оси вращения 10 ротора 3, в том числе и в зонах по торцевой поверхности ротора 3. При этом можно обеспечить преобразование энергии, в условиях, если параметры (скорость потока, в частности, у рабочего тела или у нескольких рабочих тел) отличаются на выходах из одного и другого сопла 2.
Таким образом, описываемая полезная модель обеспечивает очистку жидкости или газа в контуре циркуляции через проточные каналы ротора, что приводит к защите указанного ротора от гидроабразивного износа при наличии твердых частиц в потоке жидкости или газа за счет исключения попадания твердых частиц в полость ротора.