РОТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ
ROTARY HYDROELECTRIC ENGINE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям, работающим на основе электрогидравлического эффекта, и может быть использовано для получения механической энергии вращательного движения, из энергии электрогидравлического удара и энергии текучей среды (жидкости).
Известны роторные электрогидравлические двигатели, предназначенные для преобразования энергии высоковольтного разряда в жидкости во вращательное движение ротора (см. SU 1435804 A, 07.11.1988). Эти двигатели имеют сложную конструкцию, наружные трубопроводы, а также дополнительные узлы: гидроаккумуляторы, насосы и т.д.
Известен роторный электрогидравлический двигатель (см. SU 629356 A, 25.10.1978), содержащий корпус с рабочей камерой, в которой оппозитно друг другу размещены электроды, и концентрично установленный в корпусе ротор. При подаче питания на электроды между ними возникает электрогидравлический разряд, ударный фронт которого взаимодействует с лопастями ротора, приводя последний во вращение. Недостатком известного двигателя является сложность его конструкции. Кроме того, подпружиненные лопасти, установленные в роторе, работают с большой нагрузкой, быстро изнашиваются и требуют периодической замены.
Наиболее близким к описываемому техническому решению является роторный электрогидравлический двигатель (см. RU 2041387, 09.08.1995), содержащий корпус с рабочей камерой, в которой размещен электрод, и концентрично установленный в корпусе ротор, согласно описываемому техническому решению камера выполнена в форме усеченного конуса, большее основание которого сопряжено со сферической поверхностью, например в форме купола, при этом в рабочей камере в плоскости сопряжения выполнено отверстие, оппозитно которому установлен электрод, а ротор выполнен в форме усеченного конуса с внутренней полостью и с тангенциальными отверстиями, равномерно расположенными по его окружности, и установлен соосно с рабочей камерой в полости корпуса, выполненной со стороны ротора с углублениями в форме выступов храпового колеса, при этом ротор и рабочая камера расположены сужающимися участками навстречу друг другу.
Кроме того, число тангенциальных отверстий в роторе меньше числа углублений в полости корпуса, выполненных в форме выступов храпового колеса, а в отверстие рабочей камеры, оппозитной электроду, может быть установлен обратный клапан.
Недостатком известного двигателя является отсутствие возможности получения большой удельной мощности двигателя при малых оборотах ротора (меньше 50 оборотов в секунду), что связано с тормозящим воздействием сил Кориолиса при движении жидкости (воды) от центра (оси) ротора к его периферии во время вращения ротора. Задачей изобретения является разработка конструкции двигателя, позволяющей исключить влияние сил Кориолиса на процесс центробежного движения жидкости в роторе при воздействии на нее электрогидравлического разряда в рабочей камере.
Технический результат достигается тем, что в роторном электрогидравлическом двигателе, содержащем корпус, электрод, размещенный в рабочей камере, выполненной в форме усеченного конуса, большое основание которого сопряжено с куполом, и ротор, при этом ротор и рабочая камера размещены в полости корпуса, выполненной со стороны ротора с углублениями в форме выступов храпового колеса, двигатель дополнительно содержит набор рабочих камер с электродами, размещенных в полости корпуса на диске и выполненных в форме усеченных конусов, большие основания которых сопряжены с набором куполов, а сужающиеся участки рабочих камер обращены в сторону диска, контактирующего с ротором, выполненным в форме цилиндра с размещенными в нем каналами, образующими относительно оси цилиндра конус, основание которого обращено в сторону диска, а рабочие камеры расположены на диске по окружности и сообщаются с каналами ротора через отверстия в диске, при этом в вершине конуса каналы соединены в общий сток, соединенный с набором колес Сегнера, изогнутые колена которых обращены открытыми отверстиями к выступам углублений в форме выступов храпового колеса полости корпуса, причем каналы, образованные этими углублениями, соединены с отверстиями в вершине куполов.
При этом в отверстиях вершин куполов установлены обратные клапаны, а в диске на окружности, на которой расположены рабочие камеры, между отверстиями, через которые каналы ротора сообщаются с рабочими камерами, расположены секторальные прорези с возможностью сообщения каналов ротора с каналами, образованными углублениями в форме выступов храпового колеса в полости корпуса, через каналы, расположенные между рабочими камерами.
Предлагаемая конструкция роторного электрогидравлического двигателя позволяет исключить влияние сил Кориолиса при движении жидкости (воды) от центра (оси) ротора к его периферии во время вращения ротора за счет изменения направления движения жидкости по образующей конуса от оси конуса к периферийной части его (согласно прототипа) на движение жидкости по образующей конуса от периферийной части его к оси конуса, а также введения в состав ротора центробежного насоса, функции которого выполняет набор колес Сегнера.
На фиг.1 изображен предлагаемый двигатель, вид сверху. На фиг.2 - осевой разрез А-А по фиг.1. На фиг.3 - разрез Б-Б по фиг.2, на фиг.4 - разрез В-В по фиг.2. На фиг.5-  разрез Г-Г по фиг.2, на фиг.6 -  разрез Д-Д по фиг.2.  На фиг.7 изображен описываемый двигатель с осевым разрезом Е-Е по фиг.8. На фиг.8 - разрез Ж-Ж по фиг.7. На фиг.9 -  разрез З-З по фиг.7.
Двигатель по фиг.1 и 2 содержит корпус 1, электроды 2-7, закрепленные в электроизоляционных вставках 8-13 и размещенные в рабочих камерах 14-19, выполненных в форме усеченного конуса, большее основание которого сопряжено с куполами 20-25, и ротор 26. Ротор 26 и рабочие камеры 14-19 размещены в полости корпуса 1, выполненной со стороны ротора с углублениями 27 в форме выступов 28 храпового колеса (см. фиг.3). Набор рабочих камер 14-19 с электродами 2-7, размещен в полости корпуса 1 на диске 29 (см. фиг.2 и 3). Сужающиеся участки рабочих камер 14-19 обращены в сторону диска 29, контактирующего с ротором 26, выполненным в форме цилиндра с размещенными в нем каналами 30-35 (см. фиг.2 и 5, сечение Г-Г), образующими относительно оси цилиндра конус, основание которого обращено в сторону диска 23 (см. фиг.2 и 3). Рабочие камеры 14-19, расположенные на диске 29 по окружности, сообщаются с каналами 30-35 ротора 26 через отверстия 36-41 в диске 29 (см. фиг.2 и 4), при этом в вершине конуса каналы 30-35 соединены в общий сток 42 (см. фиг.2 и 6, сечение Г-Г), соединенный с набором колес Сегнера 43-48 (см. фиг.2 и 6, сечение Д-Д), изогнутые колена 49-54 которых обращены открытыми отверстиями к выступам 28 углублений 27 в форме выступов 28 храпового колеса полости корпуса 1, причем каналы, образованные этими углублениями 27 в корпусе 1, соединены с отверстиями 55-60 (см. фиг.1 и 2, сечение А-А) в вершине куполов 20-25.
В отверстиях 55-60 установлены дисковые двустворчатые обратные клапаны 61-66, а в диске 29, на окружности которой расположены рабочие камеры 14-19, между отверстиями 36-41, через которые каналы 30-35 ротора 26 сообщаются с рабочими камерами 14-19, расположены секторальные прорези 67-72 (см. фиг.4 и 9) с возможностью сообщения каналов ротора с каналами, образованными углублениями 27 в форме выступов 28 храпового колеса в полости корпуса 1, через каналы 73-78, расположенные между рабочими камерами 14-19.
Рабочие камеры 14-19 и каналы 73-78 объедены в оправке 79 и могут быть созданы в ней, например, путем расточки. Оправка 79 жестко соединена с диском 29 через герметичную прокладку (не показана). Купола 20-25 закреплены на крышке 80, которая закреплена на корпусе 1. Соединения куполов 20-25 с камерами 14-19 и соединение крышки 80 с корпусом 1 также осуществляется 29 через герметичные прокладки (не показаны). В крышке 80 имеются каналы 81-86, выполненные с возможностью подачи жидкости (воды) из углублений 27 корпуса 1 в камеры 14-19 через отверстия 55-60 (см. фиг.1 и 2), сечение А-А в вершине куполов 20-25.
В крышке 80 имеются также набор каналов 87-92 для предварительного заполнения жидкостью (вода) всех пустот устройства, также выхлопные отверстия 93-98 для вывода воздуха и газов, образующихся при электрогидроударе, из пустот устройства.
Набор колес Сегнера 43-48 (см. фиг.2 и 6, сечение Д-Д) выполнен в виде диска 99 с осевым вылетом 100. Ротор 26 также имеет осевой вылет 101. Диск 99 и ротор 26 жестко связаны между собой и установлены в корпусе 1 на подшипниках 102, 103 с возможностью свободного вращения вокруг оси ротора 26. Зазор между диском 29 и ротором 26, а также между диском 99 (набор колес Сегнера 43-48) и корпусом 1 составляет не более 0.3 мм и заполнен уплотнительными кольцами 104-107 из графитовой смазки, позволяющей создать подвижное соединение между диском 29 и ротором 26, а также между диском 99 (набор колес Сегнера 43-48) и корпусом 1 и препятствующей вытеканию жидкости из зазоров, но не препятствующей совместному вращению ротора 6 и диска 99 (набор колес Сегнера).
На фиг.1 пунктиром обозначено взаимное расположение куполов 14-19, отверстий 54-60 в них, каналов 81-86 в крышке 80 и углублений 27 с выступами 28.
На фиг.4 и фиг.5 пунктиром обозначено положение каналов 30 - 35 и стока 42 ротора 26 в момент действия импульса электрогидроудара.
На фиг.6 обозначено положение набора колес Сегнера 43-48 в момент действия импульса электрогидроудара.
На фиг.2 стрелками обозначено направление движения жидкости в момент действия импульса электрогидроудара.
k
На фиг.5 и фиг.6 стрелками обозначено направление сил Кориолиса f в каналах 30-35 ротора 26 и насосной части колес Сегнера 43-48 соответственно.
ц
На фиг.6 стрелками обозначено направление центробежных сил fв насосной части колес Сегнера 43-48.
На фиг.8 и фиг.9 пунктиром обозначено положение каналов 30-35 и стока 42 ротора 26 в момент прохода секторальных прорезей 67-72 входными отверстиями 108-113 каналов 30-35.
На фиг.7 стрелками обозначено направление движения жидкости в момент прохода секторальных прорезей 67-72 входными отверстиями 108-113 каналов 30-35.
Двигатель работает следующим образом.
Жидкость (вода) из бака (не показан) через каналы 87-92 подается самотеком в рабочие камеры 14-19. Далее через отверстия 36-41 в диске 29 (см. фиг.2 и 4), каналы 30-35 ротора 26, сток 42 и набор колес Сегнера 43-48 попадает в каналы, образованные этими углублениями 27 в корпусе 1 двигателя, по которым поднимается до уровня, определяемого расположением выхлопных отверстий 93-98, через которые периодически осуществляется отвод пара и газов.
При подаче высокого напряжения одновременно на электроды 2-7 между ним и металлическими стенками рабочих камер 14-19 возникают электрогидравлические разряды, ударный фронт которых имеет направление к сужающимся частям рабочих камер 14-19. Жидкость приходит в движение и под давлением совершает движение по первому контуру, а именно: вытекает из камер 14-19 в каналы 30-35 ротора 26 попадает сток 42 и далее через набор колес Сегнера 43-48 и каналы, образованные этими углублениями 27 в корпусе 1 двигателя, поднимается до отверстий 55-60 куполов 20-25 и далее сливается снова в камеры 14-19, т.к. выхлопные отверстия 93-98 на момент действия ударного фронта закрываются специальной системой клапанов, которая на фигурах не показана. Скорость движения жидкости по данному контуру достаточно высокая и может достигать 30 м/с.
При этом ротор 26 вращается в направлении стрелки по фиг.1, так как жидкость вытекающая из изогнутых колен 49-54 набора колес Сегнера 43-48 под действием центробежных сил, возникающих в насосной части колес Сегнера 43-48, отталкивает ротор 26 от выступов 28 корпуса 1 в направлении вращения по фиг.1. Вытеснение жидкости из отверстий 55-60 куполов 20-25 в каналы 81-84 крышки в момент гидроудара отсутствует, т.к. в этот момент обратные клапана автоматически закрываются. Отсутствует вытеснение жидкости и через каналы 87-92, так как они имеет четыре изгиба под углом 90 градусов, что является достаточным условием гашения гидроудара (изгибы на фиг.1 не показаны).
В интервале между импульсами движение жидкости происходит следующим образом. Ротор 26 вместе с колесами Сегнера 43-48 продолжают вращение. При этом вместе с ротором 26 перемещаются и каналы 30-35, входные отверстия 108-113 которых проскакивают перемычку между отверстиями 36-41 и секторальными прорезями 67- 2 и попадают в зону этих секторальных прорезей 67-72 (см. фиг.7 и 8, а также фиг.9). В этой зоне под действием скоростного напора в каналах 30-35, полученного от электрогидроудара, и под действием центробежных сил насосной части колес Сегнера 43-48 жидкость движется по второму контуру, включающему: каналы 30-35, сток 42, набор колес Сегнера 43-48, углубления 27 в корпусе 1, каналы 73-78 и секторальные прорези 67-72 в диске 29.
При продолжении поворота ротора 26 вместе с колесами Сегнера 43-48 входные отверстия 108-113 каналов 30-35 проскакивают следующую перемычку между отверстиями 36-41 и секторальными прорезями 67-72 и снова попадают в зону отверстий 36-41 (см. фиг.1 и 2, а также фиг.3 и фиг.5). Снова на электроды 2-7 подают высокое напряжение, снова в камерах возникает электрогидроудар, процесс поворота и вращения ротора 26 вместе с колесами Сегнера 43-48 повторяется.
k
k
В процессе вращения ротора 26 вместе с колесами Сегнера 43-48 в каналах 30-35 ротора 26 возникает сила Кориолиса f, направленная по направлению вращения ротора 26 вместе с колесами Сегнера 43-48 и, следовательно, увеличивающая скорость вращения ротора 26 вместе с колесами Сегнера 43-48. С другой стороны в насосной части колес Сегнера 43- 48 возникает сила Кориолиса f, направленная против вращения ротора 26 вместе с колесами Сегнера 43-48 и, следовательно, уменьшающая скорость вращения ротора 26 вместе с колесами Сегнера 43-48. Эти две силы равны, а их влияние на скорость вращения ротора 26 вместе с колесами Сегнера 43-48 в предлагаемом устройстве отсутствует, что позволяет увеличить мощность на валу двигателя особенно при скорости вращения ротора 26 меньше 50 оборотов в секунду.