RU167879U1

RU167879U1 - ENGINE

Info

Publication number: RU167879U1
Application number: RU2016123072U
Authority: RU
Inventors: Юрий Апполоньевич Сазонов; Михаил Альбертович Мохов
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2017-01-11

Abstract

Использование: 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. Сущность: двигатель содержит статор с входными соплами и выходным каналом, размещенный в статоре ротор, выполненный в виде проницаемой объемной сотовой структуры. Указанная структура состоит 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. Двигатель снабжен установленной соосно с ротором вихревой камерой. Внешняя часть корпуса выполнена в виде усеченного конуса с тангенциальным входным патрубком для подачи рабочей среды с твердой фазой, конец которой размещен в полости указанной части корпуса. Внутренняя часть корпуса 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 создании износостойкой конструкции двигателя, обеспечивающей очистку жидкости (или газа) в контуре циркуляции через проточные каналы ротора за счет исключения попадания твердых частиц в полость ротора. 3 ил.Usage: the utility model relates to the field of hydraulic engineering, in particular to the field of heat engines, and can be used in the oil, gas and other industries, including the creation of technologies and equipment for producing clean energy. Essence: the motor contains a stator with inlet nozzles and an output channel, a rotor located in the stator, made in the form of a permeable volumetric honeycomb structure. The specified structure consists of interconnected outer and inner protrusions with the formation of flow channels between them, hydraulically connected to the inlet nozzles for supplying a medium containing no solid phase, and the output channel in the stator. The engine is equipped with a swirl chamber mounted coaxially with the rotor. The outer part of the body is made in the form of a truncated cone with a tangential inlet pipe for supplying a working medium with a solid phase, the end of which is placed in the cavity of the specified part of the body. The inner part of the housing is made in the form of a cylindrical chamber, forming an output axial channel communicating with the flow channels of the rotor and through an annular channel formed between the rotor and the stator, with the output channel in the stator. Achievable technical result is to create a wear-resistant engine design that provides cleaning of the liquid (or gas) in the circulation circuit through the flow channels of the rotor by eliminating the ingress of solid particles into the rotor cavity. 3 ill.

Description

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.The utility model relates to the field of hydraulic engineering, in particular to the field of heat engines, and can be used in the oil, gas and other industries, including the creation of technologies and equipment for producing clean energy.

Известен двигатель, содержащий статор с соплами и размещенный в нем цилиндрический ротор с наружными выступами (RU №1273632, 1986).A known engine containing a stator with nozzles and placed in it a cylindrical rotor with external protrusions (RU No. 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.A disadvantage of the known engine is the wear of the outer protrusions in the presence of solid particles in the stream (liquid or gas) directed from the nozzle to the outer protrusions of the rotor.

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).Closer to the claimed technical solution is an engine containing a stator with nozzles and an output channel, a rotor located in the stator, made in the form of a permeable volumetric honeycomb structure consisting of interconnected external protrusions and internal protrusions. In this case, flow channels are made between the internal and external protrusions in the rotor, providing hydraulic communication of the flow channels in the rotor with nozzles and with the output channel in the stator (RU No. 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.A disadvantage of the known engine is the manifestation of hydroabrasive wear of the outer and inner protrusions in the presence of solid particles in the stream (liquid or gas) directed from the nozzle to the outer and inner protrusions of the rotor.

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее решение, является повышение стойкости ротора к гидроабразивному износу при наличии твердых частиц в потоке жидкости или газа.The technical problem to which this solution is directed is to increase the resistance of the rotor to hydroabrasive wear in the presence of solid particles in a liquid or gas stream.

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 статореThis problem is solved by an engine containing a stator with inlet nozzles and an output channel, a rotor located in the stator, made in the form of a permeable volumetric honeycomb structure consisting of interconnected outer and inner protrusions with the formation of flow channels between them, hydraulically connected to the inlet nozzles for feeding a solid phase-free medium and an output channel in the stator, and the rotor is equipped with a vortex chamber mounted coaxially with the rotor, the outer part of which is made in the form of a truncated cone with a tangential inlet pipe for supplying a working medium with a solid phase, the end of which is placed in the cavity of the specified part of the housing, and its inner part is made in the form of a cylindrical chamber forming an output axial channel communicating with the flow channels of the rotor and through the annular channel formed between the rotor and stator, with an output channel in the stator

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.The technical result achieved is to ensure the purification of a liquid (or gas) in the circulation loop through the flow channels of the rotor by eliminating the ingress of solid particles into the rotor cavity.

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).The essence of the described utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of the engine, section AA, in FIG. 2 shows a diagram of the engine, section BB along the stator, in FIG. 3 shows a rotor in isometry (one second part of the rotor is not shown in this figure, the secant plane is drawn through the axis of rotation of the rotor).

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.The described engine comprises a stator 1 with nozzles 2 and a rotor 3 located therein with external protrusions 4. The engine may have one, two or more nozzles. The rotor 3 is equipped with internal protrusions 5, while the rotor 3 is made in the form of a permeable volumetric honeycomb structure consisting of interconnected outer protrusions 4 and inner protrusions 5. The protrusions 4 and 5 have solid walls. Between the inner 5 and outer 4 protrusions in the rotor 3, flow channels 6 are made, providing hydraulic communication of the flow channels 6 in the rotor 3 with nozzles 2 in the stator 1. Stator 1 is equipped with an output channel 7. Nozzles 2 and output channel 7 can be located at different distances from the axis of rotation 8 of the rotor 3, taking into account the conditions of use of the inventive engine.

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.The stator 1 contains a vortex chamber 9 installed coaxially with the rotor. The outer part of the casing of the vortex chamber 9 is made in the form of a truncated cone with a tangential inlet pipe 10 for supplying a working medium with a solid phase, the end of which is placed in the cavity of the indicated part of the housing, and its inner part is made in the form of a cylindrical chamber forming the output axial channel 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.The vortex chamber 9 is installed coaxially with the rotor 3, and the axial output channel 11 of the vortex chamber 9 communicates with the output channel 7 through the flow channels 6 in the rotor 3 and through the annular channel 12 formed between the rotor 3 and the stator 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.The engine may have a design in which the rotor 3, made in the form of a permeable volumetric honeycomb structure, is formed of mesh material, where outer 4 and inner 5 protrusions are formed by filaments of mesh material. The mesh cells are combined into flow channels 6 between the outer 4 and inner 5 protrusions. The rotor 3 may have a cylindrical or conical shape.

Двигатель работает следующим образом.The engine operates as follows.

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.The stator 1 with nozzles 2 provide the formation of the flow (or several flows) of the working fluid towards the rotor 3 (Fig. 1). The working fluid may be a liquid, gas-liquid mixture, or gas (including steam or high-temperature combustion products of a fuel-air mixture). The flow of the working fluid acts on the outer protrusions 4 of the rotor 3 and drives the rotor 3. Thus, the kinetic energy of the flow of the working fluid is converted into mechanical energy during the rotational movement of the rotor 3. For further energy transfer, the rotor 3 can be connected with external mechanisms, which are not shown in the figures. Also, the flow of the working fluid through the flow channels 6 penetrates into the cavity of the rotor 3, which is made in the form of a permeable bulk honeycomb structure. The flow of the working fluid in this part of the rotor 3 interacts with the internal protrusions 5, which contributes to the conversion of energy, since with a decrease in the speed of the flow of the working fluid, the flow can move closer to the axis of rotation of the rotor 3. It is possible to carry out both continuous and pulsed supply of the working fluid to the rotor 3 engine. Due to the permeable volumetric honeycomb structure of the rotor 3, energy is converted under various properties of the working fluid, including when using gas-liquid mixtures that differ in density, viscosity or in the content of solid particles in the stream. Through the flow channels 6 in the rotor 3, the working fluid is discharged from the stator 1, through the output channels. The output channels can be made in the stator 1 near the axis of rotation 8 of the rotor 3 or in the area closer to the periphery of the rotor 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.The working fluid or gas may come to the engine from different energy sources, while the properties of the working fluid may differ for different energy sources. A liquid or gas not containing solid particles in the stream is directed to the nozzles 2. A liquid stream containing solid particles is sent to the tangential inlet channel 10. The stator 1 contains a vortex chamber 9 with a tangential inlet channel 10 and an axial outlet channel 11, a vortex chamber 9 mounted coaxially with the rotor 3, and the axial output channel 11 of the vortex chamber communicates with the output channel 7 through the flow channels 6 in the rotor 3 and through the annular channel 12 between the rotor 3 and the stator 1. With this design of the engine in the vortex chamber 9 with rotational when moving liquid (or gas), solid particles are driven by centrifugal forces to the walls of the vortex chamber 9, and then through the outlet channel 11 and the annular channel 12, solid particles moving along the wall of the vortex chamber 9 are discharged to the output channel 7. In this direction of movement, the solid particles do not interact with the outer 4 and with the inner 5 protrusions, thereby protecting the rotor 3 from hydroabrasive wear. In the central part of the vortex chamber 9, a rotational movement of the liquid (or gas) forms a zone of reduced pressure, where a stream rushes from the central part of the rotor 3. A circulation loop is formed, free of solid particles of liquid (or gas). In FIG. 2, this circulation circuit is shown by arrows. In this case, the vortex chamber 9 is mounted coaxially with the rotor 3 for efficient energy conversion. In the vortex chamber 9, the liquid flow entering through the tangential inlet channel 10 provides a constant supply of energy to the circulation circuit passing through the rotor 3. When the liquid (or gas) purified from solid particles moves through the flow channels 6 in the rotor 3, hydraulic energy is converted into mechanical energy.

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.With the proposed design, the input of the flow of the working fluid into the rotor 3 can be carried out in various zones, at different distances from the axis of rotation 10 of the rotor 3, including in the zones along the end surface of the rotor 3. In this case, energy conversion can be ensured under the conditions parameters (flow rate, in particular for the working fluid or for several working fluids) differ at the exits from one and the other nozzle 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.Thus, the described utility model provides for the purification of a liquid or gas in the circulation circuit through the flow channels of the rotor, which leads to the protection of the specified rotor from hydroabrasive wear in the presence of solid particles in the liquid or gas flow by eliminating the ingress of solid particles into the rotor cavity.

Claims

An engine comprising a stator with inlet nozzles and an output channel, a rotor located in the stator, made in the form of a permeable volumetric honeycomb structure consisting of interconnected external and internal protrusions with the formation of flow channels between them, hydraulically connected to the inlet nozzles for medium supply, containing a solid phase, and an output channel in the stator, characterized in that it is equipped with a vortex chamber mounted coaxially with the rotor, the outer part of the body of which is made in the form of a truncated cone with tangent an ial inlet pipe for supplying a working medium with a solid phase, the end of which is placed in the cavity of the indicated part of the housing, and its inner part is made in the form of a cylindrical chamber forming an output axial channel communicating with the flow channels of the rotor and through the annular channel formed between the rotor and the stator , with the output channel in the stator.