ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области гидромашиностроения и к области тепловых машин. Полезная модель может быть использована в нефтяной, газовой промышленности и в других отраслях промышленности, в том числе может быть использована 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 (патент РФ №1273632, F03B 5/00. Двигатель. Опубликовано: 30.11.1986. Бюл. 44).
Недостатком известного двигателя является относительно низкая его эффективность из-за неполного использования кинетической энергии, в связи с этим, просматривается относительно узкая область применения таких двигателей.
Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является повышение эффективности и расширение области применения двигателя.
Техническим результатом является создание более совершенной конструкции двигателя, что позволит повысить эффективность преобразования энергии в проточной части двигателя, для широкого спектра свойств рабочего тела.
Указанный технический результат достигается тем, что двигатель содержит статор с соплами и размещенный в нем ротор с наружными выступами. Ротор оснащен внутренними выступами, при этом ротор выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных выступов и внутренних выступов. А между внутренними и наружными выступами в роторе выполнены проточные каналы, с обеспечением гидравлической связи проточных каналов в роторе с соплами в статоре.
Двигатель может иметь исполнение, в котором ротор с его проницаемой объемной сотовой структурой сформирован из сетчатого материала, где нитями сетчатого материала сформированы наружные и внутренние выступы. А ячейки сетчатого материала объединены в проточные каналы между наружными и внутренними выступами.
Двигатель может иметь исполнение, в котором статор оснащен, по крайней мере, одним входным каналом для перекачиваемой среды и одним выходным каналом. Причем входной канал для перекачиваемой среды и выходной канал гидравлически связаны между собой через проточные каналы в роторе, который имеет проницаемую объемную сотовую структуру.
На фигурах 1-4 для удобства описания заявляемого технического решения представлены графические материалы.
На фигуре 1 представлена схема двигателя, разрез А-А.
На фигуре 2 представлена схема двигателя, разрез Б-Б по статору, для удобства описания на этой фигуре ротор показан полностью.
На фигуре 3 в изометрии представлен отдельно ротор с его проницаемой объемной сотовой структурой. Для удобства описания конструкции одна вторая часть ротора на фигуре удалена, секущая плоскость проведена через ось вращения ротора.
На фигуре 4 представлен вариант исполнения ротора из сетчатого материала.
Двигатель, по фигурам 1-4, содержит статор 1 с соплами 2 и размещенный в нем ротор 3 с наружными выступами 4. В конструкции двигателя может быть одно, или 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. А 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.
Двигатель может иметь исполнение, в котором ротор 3 с его проницаемой объемной сотовой структурой сформирован из сетчатого материала, где нитями 7 сетчатого материала сформированы наружные 4 и внутренние 5 выступы. А ячейки сетчатого материала объединены в проточные каналы 6 между наружными 4 и внутренними 5 выступами.
Ротор 3 может быть выполнен цилиндрической формы или конической формы, как и в известных гидравлических машинах динамического типа.
Двигатель может иметь исполнение, в котором статор 1 оснащен, по крайней мере, одним входным каналом 8 для перекачиваемой среды и одним выходным каналом 9. Причем входной канал 8 для перекачиваемой среды и выходной канал 9 гидравлически связаны между собой через проточные каналы 6 в роторе 3, который имеет проницаемую объемную сотовую структуру. Сопла 2, входной канал 8 и выходной канал 9 могут располагаться на различном расстоянии от оси вращений 10 ротора 3, с учетом условий применения заявляемого двигателя.
Двигатель работает следующим образом.
Статор 1 с соплами 2 обеспечивают формирование потока (или нескольких потоков) рабочего тела по направлению к ротору 3, фигура 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. Ротор 3, для дальнейшей передачи энергии, 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 повышению эффективности преобразования энергии, поскольку с уменьшением скорости течения рабочего тела поток может смещаться ближе к оси вращения ротора 3. Кроме того, обеспечивается многократное взаимодействие отдельных порций рабочего тела с выступами 4 и 5 в роторе 3, что позволяет повысить мощность двигателя при неизменных габаритах ротора 3 и статора 1, что, в свою очередь, способствует расширению области применения заявляемого двигателя. Рассматриваются как возможности непрерывной подачи рабочего тела, так и возможности импульсной подачи рабочего тела к ротору 3 двигателя. За счет проницаемой объемной сотовой структуры ротора 3 обеспечивается высокая эффективность преобразования энергии при различных свойствах рабочего тела, в том числе при использовании газожидкостных смесей, отличающихся по плотности, вязкости или по содержанию газовой фракции. Как следствие, достигается технический результат по созданию более совершенной конструкции двигателя, с обеспечением роста эффективности преобразования энергии в проточной части двигателя, для широкого спектра свойств рабочего тела. Пройдя через проточные каналы 6 в роторе 3, рабочее тело отводится из статора 1, как и в известных двигателях через выходные каналы. Выходные каналы, как и в известных технических решениях, могут быть выполнены в статоре 1 вблизи оси вращения 10 ротора 3 или же в зоне ближе к периферии ротора 3.
Двигатель может иметь исполнение, в котором ротор 3 с его проницаемой объемной сотовой структурой сформирован из сетчатого материала, где нитями 7 сетчатого материала сформированы наружные 4 и внутренние 5 выступы, фигура 4. А ячейки сетчатого материала объединены в проточные каналы 6 между наружными 4 и внутренними 5 выступами. С учетом скорости и свойств рабочего тела можно подбирать соответствующие сетчатые материалы, отличающиеся размерами нитей 7, размерами ячеек в сетке и отличающиеся конструкционными материалами для изготовления нитей (или проволок, или лент) 7 (к примеру, такие материалы, как полимеры; металлы; жаропрочные конструкционные материалы; стекловолокно, базальтовое волокно, кевлар и другие сверхпрочные материалы). Отдельные части ротора 3 могут быть выполнены из плоской сетки. Для формирования проницаемой объемной сотовой структуры ротора 3 может быть использован и сетчатый материал, поставляемый в рулонах, при этом сама объемная сотовая структура ротора 3 также может быть сформирована в виде рулона из этого сетчатого материала, путем намотки сетчатого материала по спирали вокруг оси вращения 10 ротора 3. Или, к примеру, ротор 3 может содержать концентрично расположенные оболочки цилиндрической формы, расположенные одна в другой, с образованием слоев из сетчатого материала. Заявляемая более совершенная, и более технологичная конструкция двигателя позволяет использовать расширенный спектр конструкционных материалов и сетчатых материалов. Также могут быть использованы возможности трехмерной печати изделий из металлов и полимеров, с применением соответствующих принтеров. Подобная технологичность при производстве и при ремонте двигателя способствует расширению области применения таких двигателей.
Ротор 3 выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных выступов 4 и внутренних выступов 5. А 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. При таком исполнении ротора 3 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 более эффективное 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.
Учитывая, что машины динамического типа являются обратимыми машинами (обратимая гидравлическая машина может использоваться и как двигатель, и как насос), заявляемое техническое решение может быть использовано также при создании насосов, компрессоров, вентиляторов (а также турбонасосов, турбокомпрессоров, турбовентиляторов). Это, в дополнение, способствует расширению области применения заявляемого технического решения. Так, к примеру, при работе заявляемого двигателя в центральный канал (входной канал 8 для перекачиваемой среды), где давление наименьшее, можно подвести поток перекачиваемой среды, фигура 2. Далее эта перекачиваемая среда частично заполнит проточные каналы 6 ротора 3. Ротор 3 за счет внутренних выступов 5 оказывает силовое воздействие на перекачиваемую среду, вовлекая ее во вращательное движение. А за счет центробежных сил перекачиваемая среда будет перемещаться в сторону выходного канала 9, а смесь перекачиваемой среды и рабочего тела отводится из статора 1 через выходной канал 9, при этом в роторе 3 реализуются одновременно два рабочих процесса, это турбинный (двигательный) процесс и насосный рабочий процесс. Массовый расход рабочего тела, к примеру, может быть уменьшен до нуля, но если при этом ротор 3 вращать за счет энергии от внешнего источника, то в камере статора 1 будет реализован только насосный рабочий процесс. Описанная выше универсальность полезной модели способствует расширению области применения заявляемого технического решения.