ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области гидромашиностроения и может быть использована в нефтяной и газовой промышленности при создании энергетически эффективных технологий и техники для добычи газа и жидких углеводородов.
Известен двигатель, содержащий 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 рабочей среды и с выходным каналом в статоре, а в полости корпуса соосно с ротором установлена вихревая камера, сообщающаяся с проточными каналами ротора и с выходным каналом в статоре (RU 192513, 2019).
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является двигатель, содержащий 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 рабочей среды и с выходным каналом в статоре, а в полости статора соосно с ротором установлена вихревая камера, сообщающаяся с проточными каналами ротора и с выходным каналом в статоре, входные сопла размещены в центральной части ротора с образованием циркуляционного кольцевого канала в зазоре между входными соплами и внутренними выступами, а в полости вихревой камеры и в циркуляционном кольцевом канале размещена подвижная регулирующая втулка (RU 203833, 2020).
Недостатком известных технических решений является высокая вероятность возникновения гидравлического удара при быстрой или экстренной остановке двигателя, что приводит к быстрому перекрытию рабочего потока, и, как следствие, отражается на безопасности эксплуатации двигателя, поскольку рабочая среда продолжает движение через проточные каналы ротора, которые имеют определенное гидравлическое сопротивление при экстренной остановке двигателя.
Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение безопасности работы двигателя на экстремальных режимах.
Указанная проблема решается тем, что в двигателе, содержащем 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 рабочей среды и с выходным каналом в статоре, в полости которого соосно с ротором установлена вихревая камера, сообщающаяся с проточными каналами ротора и с выходным каналом в статоре, входные сопла размещены в центральной части ротора с образованием циркуляционного кольцевого канала в зазоре между входными соплами и внутренними выступами, а в полости вихревой камеры размещена подвижная регулирующая втулка, в которой выполнены сквозные отверстия, через которые входные сопла сообщаются с проточными каналами ротора, с обеспечением при поворотном движении подвижной регулирующей втулки регулируемого перекрытия входных сопел в циркуляционном кольцевом канале, согласно полезной модели, на боковых сторонах нижнего торца регулирующей втулки в зоне расположения сквозных отверстий установлены дефлекторы с обеспечением направления потока из сопел непосредственно в вихревую камеру.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении сокращения времени на остановку или уменьшение скорости вращения ротора за счет регулирования направления потока на выходе из сопел и, соответственно, предотвращения пульсаций давления и гидравлических ударов при торможении и остановке ротора.
Сущность описываемой полезной модели поясняется чертежами:
на фиг.1 показана схема двигателя; на фиг.2 представлена схема, иллюстрирующая изменение направления потока на выходе из сопел; на фиг.3 показана схема регулирующей втулки, оснащенной дефлекторами с возможностью направления потока из сопла в вихревую камеру; на фиг.4 представлена схема ротора, выполненного в виде проницаемой объемной сотовой структуры.
Предлагаемый двигатель содержит статор 1 с входными соплами 2 и выходным каналом 3, размещенный в статоре 1 ротор 4, выполненный в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных 5 и внутренних 6 выступов с образованием между ними проточных каналов 7, гидравлически связанных с входными соплами 2 для подачи рабочей среды и с выходным каналом 3 в статоре 1.
В полости статора 1 соосно с ротором 4 установлена вихревая камера 8, сообщающаяся с проточными каналами 7 ротора 4 и с выходным каналом 3 в статоре 1. Входные сопла 2 размещены в центральной части ротора 4 с образованием циркуляционного кольцевого канала 9 в зазоре между входными соплами 2 и внутренними выступами 6. В полости вихревой камеры 8 размещена подвижная регулирующая втулка 10, в которой выполнены сквозные отверстия 11, через которые входные сопла 2 сообщаются с проточными каналами 7 ротора 4 с обеспечением при поворотном движении подвижной регулирующей втулки 10 регулируемого перекрытия входных сопел 2 в циркуляционном кольцевом канале 9. Подвижная регулирующая втулка 10 оснащена дефлекторами 12 с обеспечением возможности направления потока из сопла 2 в вихревую камеру 8, минуя проточные каналы 7 в роторе 4.
Положение подвижной регулирующей втулки 10 можно изменять, используя известные технологии, например, гидравлический привод или электромагнитный привод (на чертеже не показан).
Двигатель работает следующим образом.
Статор 1 с входными соплами 2 обеспечивают формирование потока (или нескольких потоков) рабочего тела (рабочей среды) по направлению к ротору 4 (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 внутренние выступы 6 ротора 4 и приводит ротор 4 в движение. Таким образом, кинетическая энергия потока рабочего тела преобразуется в механическую энергию при вращательном движении ротора 4. Для дальнейшей передачи энергии ротор 4 может быть связан с внешними механизмами, которые на фигурах не показаны. Также поток рабочего тела через проточные каналы 7 проникает в полость ротора 4, который выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры. Поток рабочего тела в этой части ротора 4 взаимодействует с твердыми стенками проточных каналов 7, внутренних 6 и наружных 5 выступов, что способствует преобразованию энергии. Возможно осуществление как непрерывной, так и импульсной подачи рабочего тела к ротору 4двигателя. За счет проницаемой объемной сотовой структуры ротора 4 обеспечивается преобразование энергии при различных свойствах рабочего тела, в том числе, при использовании газожидкостных смесей, отличающихся по плотности или вязкости. Через проточные каналы 7 в роторе 4, рабочее тело поступает в вихревую камеру 8 и далее отводится из статора 1, через выходной канал 3.Положение подвижной регулирующей втулки 10 и, соответственно, степень перекрытия сквозных отверстий 11 можно изменять. При повороте регулирующей втулки 10 часть потока, или весь поток, из входного сопла 2 направляют в вихревую камеру 8, с помощью дефлекторов 12, при этом минуя проточные каналы 7 в роторе 4.Дефлекторы 12 установлены непосредственно рядом со сквозными отверстиями 11 для обеспечения сокращения времени, требуемого на отключение (остановку) двигателя.
За счет углового перемещения подвижной регулирующей втулки 10 обеспечивается возможность регулирования расхода в потоке через проточные каналы 7 за счет частичного или полного перенаправления потока с помощью дефлекторов 12, и, соответственно, обеспечивается возможность регулирования режима работы двигателя. Кроме того, меняя положение сквозных отверстий 11 относительно сопла 2, обеспечивается возможность для поворота потока из сопла 2 в циркуляционный кольцевой канал 9 и далее в вихревую камеру 8, исключая гидравлические потери давления в проточных каналах 7, имеющих определенное гидравлическое сопротивление, и исключая потери энергии в целом.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает предотвращение пульсаций давления и гидравлических ударов при торможении и остановке ротора 4 за счет регулирования направления потока на выходе из сопел 2, поскольку подвижная регулирующая втулка 10 и дефлекторы 12 позволяют быстро изменить направление потока, исключив силовое воздействие струи на твердые стенки в каналах ротора 4.