Турбіна-двигун

Реферат: Винахід належить до енергетичного і двигунного машинобудування. Турбіна-двигун має пустотілий корпус, який містить кільця, вал вздовж корпуса, на якому закріплені насоси, робочі лопатки, компресори і має загороджувальні і направляючі апарати, трубки, камери, резервуари та перехідні канали. Корпус складений з конусних і циліндричних кожухів з прикріпленими фланцями та ущільнюючих профільних кілець між ними, стягнутих болтами, всередині корпуса знаходяться ізольовані від атмосфери три камери, вздовж яких в підшипники встановлений вал, на якому закріплені три насоси. До двох насосів закріплені конусні ободи, в яких їхні поверхні - направляючі апарати, до вала і внутрішніх конусних ободів закріплені попарно робочі лопатки в різних площинах обертання, де кожна пара зміщена від попередньої пари як зсередини вала в сторони, так і на кут проти направленого обертання вала. Кожна робоча лопатка складена з конусного стержня і пластини, прикріпленої до дотичної його поверхні зі сторін кінців вала. Кожний насос складений з маточини, двох дисків і дугоподібних трубок, одні кінці закріплені до маточини, а другі кінці направлені до внутрішніх стінок кожуха корпуса з поворотом в протилежну сторону обертання вала і зрізані під кутом зі сторони перехідного каналу. Зі сторони виходу кінця вала за межу бокової стінки корпуса, до поверхні диска насоса закріплені лопаті загороджувального апарата. Між внутрішніми поверхнями конусних кожухів і конусних ободів розміщені перехідні канали, поздовжній розріз яких подібний соплу Лаваля і конусу Маха. Простір між двома протилежними фронтальними поверхнями робочих лопаток і профільним кільцем - розподільна камера. У валу виконаний канал, який з'єднав розподільну камеру з допоміжною камерою через отвори до нього, за тильними сторонами робочих лопаток закріплені на валу компресори і насоси. UA 113254 C2 (12) UA 113254 C2 UA 113254 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до енергетичного і двигунного будування. Турбіна-двигун (ТД) належить до типу радіальних турбін, корпус якого складений з циліндричних і конусних кожухів і профільних кілець, скріплених болтами. Всередині корпуса знаходяться три камери, які з боків закриті дисками від атмосфери. Вздовж корпуса, через камери, в підшипники вставлений вал, в якому виконаний канал з отворами до нього. В кожній камері на валу закріплений насос (відкачуючий-втискувальний пристрій) реактивної дії. До двох з них прикріплені компресори і конусні ободи, то вони виглядають як конусні колеса, подібні стакану. В резервуарах стаканів до внутрішніх конусних ободів і до вала закріплені попарно робочі лопатки. Кожний насос складений з маточини, двох дисків, дугоподібних трубок в закріплювачі. Зі сторони виходу кінця вала за межу корпуса до поверхні диска насоса закріплені лопаті в радіальному напрямку з нахилом їх площин в протилежну сторону обертання вала, які є загороджувальним апаратом. Об'єм простору між фронтальними поверхнями робочих лопаток двох конусних коліс і профільним кільцем це - розподільна камера, а круговий простір між внутрішніми поверхнями кожухів корпуса і зовнішніми поверхнями конусних ободів, поздовжній розріз яких подібний соплу Лаваля і конусу Маха, - перехідні канали, а їх поверхні - направляючі апарати. Об'єми камер корпуса з'єднані каналом в валу через отвори до нього і отворами зовнішніх трубок. ТД частково подібна по конструкції іншим турбінам. Газова турбіна, патент SU 419054 МПК F01 D01/08 є прототипом винаходу. Турбіна має корпус, вал, доцентрове робоче колесо, безлопатевий направляючий апарат, направляючі апарати, робочі колеса з лопатками. Недолік такої турбіни в тому, що: - для того щоб вона працювала потрібно безперервно подавати енергоносії для приготування нового об'єму робочого тіла з великою потенційною енергією, яка більша, чим на один порядок, ніж потрібно для ТД винаходу; - вихід робочого тіла з камер корпуса в атмосферу створює великий шум і забруднює навколишнє середовище; - складна конструкція, дороге виготовлення великої кількості важких лопаток; - із-за малої питомої ваги робочого тіла ефективно використовувати її тільки при великій кінетичній енергії гарячого робочого тіла при вході його в турбіну; - гаситься кінетична енергія робочого тіла в направляючих апаратах, які змінюють напрямок руху. Винахід турбіни - двигуна патент UA 87712 МПК F01 D 01/06 є аналогом за подібністю конструкції. Турбіна-двигун має корпус, який з'єднаний двома пустотілими конусами і закріплені болтами. Камери корпуса відкриті зі сторін. Корпус містить: вал-барабан, з закріпленими на ньому робочими лопатками, направляючі і розподільні апарати. Недолік такої турбіни-двигуна в тому, що: - вона розвиває малу потужність від дії тиску робочого тіла на сумарну площу конусів робочих лопаток, закріплених на валу-барабані; - потрібно миттєво подати великий об'єм робочого тіла, щоб запустити ротор; - важко балансувати ротор, бо робочі лопатки закріплені на валу-барабані в одній камері балансуються з закріпленими робочими лопатками в другій камері. Турбіни поділяються на активні, які працюють на кінетичній енергії, і реактивні, які працюють одночасно на потенційній і кінетичній енергії гарячого робочого тіла. До цього часу турбін з ізольованими камерами від атмосфери і без розходу маси робочого тіла після її пуску немає. Задача даного винаходу в тому, щоб: - зробити ТД більш потужну, економічну, пожежобезпечну і безшумну на базі конструкції турбіни-двигуна аналога з подібними робочими лопатками; - не було втрат робочого тіла з камер корпуса після запуску вала в обертання; - дешево обходилось використовувати ТД в народному господарстві за рахунок незначних витрат енергоносіїв при приготовленні робочого тіла і незначних затрат часу на її обслуговування. Щоб вирішити цю задачу, створена нова конструкція ТД з новим принципом її роботи, яка працює тільки при установці насосів, в яких зворотна реакція на вихід робочого тіла з них направлена в сторону обертання робочих лопаток, які продуваються в доцентровому радіальному напрямку при дозвуковій швидкості руху робочого тіла, яким є стиснуте атмосферне повітря (холодне робоче тіло). Для приготування його потрібні незначні затрати енергії. 1 UA 113254 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Недолік газових турбін в тому, що вони працюють від дії кінетичної енергії гарячого робочого тіла з великим тиском і високою температурою на робочі лопатки турбін всередині камер корпуса. Для приготування його, а потім постійного поповнення, витрачається багато енергоносіїв, щоб вал постійно обертався. На шляху руху гарячого робочого тіла в турбінах встановлюють продувні робочі лопатки, де від дії кінетичної енергії, через силу виниклого тертя його об їх поверхні, відбулось обертання вала. Суть винаходу в тому, що ТД побудована на основі діючих фізичних процесів, які відбуваються: - в кумулятивному снаряді для пропалювання броні танка; - при руху холодного робочого тіла по каналу подібного соплу Лаваля і виходу з його кінця подібного конусу Маха; - при дутті повітря в трубу музичного духового інструмента; - при накачуванні автомобільної покришки колеса ручним насосом атмосферним повітрям через отвір золотника; - в відкритому конусному каналі труби, при його продувці повітрям лопатним вентилятором при подачі в більший в діаметрі отвір початку каналу, то при подальшому русі іде його гальмування; - з дерев'яним сірником, вставленим в півлітрову пляшку, заповнену водою по її вінця, де від тиску пальцем руки зверху на воду сірник рухається до її дна; - в протидії і зупинці повітряного потоку в його напрямку, при подачі його на робочі лопатки, розміщені на валу під розгорнутим кутом в одній площині їх обертання, кожна з яких виготовлена з конусного стержня і прикріпленої пластини (деклараційний патент на винахід UA 44426, патенти на винахід UA 86244 і UA 100949; - в обертаючому бумерангу при польоті в повітрі вектор сили тертя направлений в сторону його обертання в деяких його положеннях відносно до напрямку руху; - в фарах автомобіля світловий потік відбивається в сторону більшого розміру діаметра її конуса; - при маху крила птаха, при польоті в повітрі, досягається як максимальний опір, так і максимальна якість крила; - в замкнутій серцево-судинній системі кровообігу крові у живому організмі. Аналізуючи ці процеси вони дали ідею на побудову на їх основі нової конструкції ТД. Щоб вирішити таку задачу без виходу робочого тіла з камер корпуса в атмосферу, корпус склали з чотирьох кожухів з трьома в ньому камерами, які закрили їх з боків дисками. Вздовж корпуса в підшипники встановили вал, на який закріпили в кожній камері насос, до двох з них, в суміжних камерах корпуса, в резервуарах коліс до конусних ободів і до вала закріпили попарно робочі лопатки під розгорнутим кутом одна проти одної, то в цілому вони виглядають як конусні колеса. Кожне конусне колесо має резервуар з входом до нього і виходом з нього робочого тіла. Між протилежними фронтальними площинами пар робочих лопаток і профільним кільцем знаходиться розподільна камера, через яку примусово іде кругообіг робочого тіла та з неї розділяється на три напрямки руху. Щоб ТД безперервно працювала, треба спочатку надати ротору великих первинних обертів (так запускають і авіаційну турбіну) і створити різницю тиску робочого тіла між фронтальними і тильними сторонами поверхні робочих лопаток. Але щоб не зрівнявся їх тиск (бо ТД не буде працювати) в камерах корпуса, в валу і поза корпусом зробили обхідні канали, щоб йшло переміщення робочого тіла по кругообігу, через розподільну камеру і перехідні канали, в яких кінетична енергія перейшла в потенційну енергію. Тобто, збільшили тиск, а його ще рухомою масою продути робочі лопатки з фронтальних їх сторін в радіальному напрямку. Для руху робочого тіла по кругообігу по чотирьох шляхах руху і щоб зійшлись в перехідних каналах в місцях, де найменший тиск, підходить тільки холодне робоче тіло, яке по аеродинамічній характеристиці протилежно відрізняється від гарячого робочого тіла, при дозвуковій швидкості руху по каналах і камерах зі змінною величиною поперечного їх розміру. Щоб відбулось постійне обертання вала: - застосували непродувні робочі лопатки та закріпили їх на валу в вигляді півшнеків, які направили холодне робоче тіло в радіальні напрямки руху, таким чином стримали його прохід за тильні сторони робочих лопаток з розподільної камери; - зробили внутрішні поверхні кожухів корпуса і зовнішні поверхні ободів коліс конусними, щоб їхні поверхні стали направляючими апаратами; - закріпили на маточинах насосів компресори, які знизили тиск холодного робочого тіла з тильних сторін робочих лопаток і одночасно подали його в насоси; 2 UA 113254 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - встановили в насоси дугоподібні трубки замість крильчаток, які направили потоки холодного робочого тіла на виході з них в протилежну сторону обертання вала, таким чинок зворотна реакція на його вихід зменшила опір обертання і збільшила обертовий момент вала; - добудували допоміжну камеру до корпуса та встановили в ній насос, який ще збільшив тиск вже рухомого холодного робочого тіла до нього під тиском, через виконаний канал у валу, та подав його по ходу в перехідні канали через отвори двох трубок, який став рушієм ТД у двох великих кругообігах направленого його переміщення. Розмір діаметра обхідних каналів в різних місцях руху по них холодного робочого тіла виконаний змінним, щоб відбувся перехід енергій руху з одного виду в інший і таким чином з'єднали чотири окремих замкнутих течій по круговому руху, де питома потенційна енергія перейшла в питому кінетичну енергію потоку і навпаки, питома кінетична енергія потоку перейшла в питому потенційну енергію. Для цього ще в ТД застосували робочі лопатки, подібні аналогу, але закріплені попарно під розгорнутим кутом одна проти одної в одній площині їх обертання, які склали з двох частин кожну, конусного стержня і пластини, прикріпленої до його дотичної поверхні. При зміні величини відношення висоти конуса і його діаметра основи змінюється аеродинамічна характеристика робочої лопатки. Конусний стержень виконує роль тяги при тиску на нього, а пластина виконує роль направлення руху холодного робочого тіла, (копіює аеродинаміку крила птаха при його маху в польоті). Виходячи із аеродинамічної формули якості крила літака підйомна сила дорівнює Р=R*K, (опір помножений на якість). А так як крило птаха як зверху, так і знизу його, уходить від опору при руху і сили тертя при маху в польоті, а створює тільки тиск під крилом, виникає при цьому тяга вперед зверху, то виходить опір створює мах крила, а це і є тиск, R=Т. Тоді піднімальна сила крила птаха буде Р=Т*К. Виходячи із формули, тягу виконує конусний стержень, а якість виконує пластина. Для двох безкінцевих кругових рухів холодного робочого тіла в камерах корпуса, два об'ємні конусні колеса з насосами виконані так, що між внутрішніми поверхнями кожухів корпуса і зовнішніми поверхнями конусних ободів коліс утворили перехідні канали, з розширенням їх в сторони розподільної камери, в яких всі потоки з кінетичною енергією перейшли в потенційну енергію. Робочі лопатки встановили на шляху після з'єднання малих і великих безкінцевих колах руху (де сама велика потенційна енергія) від дії тиску холодного робочого тіла. Зі сторін від розподільної камери всі робочі лопатки закріплені основою конусних стержнів до вала, а вершини їх закріплені до ободів конусних коліс. Ті, робочі лопатки, що йдуть за ними, закріплені зміщеними на валу в сторони від попередніх на віддаль не менше розміру діаметра основи конусного стержня та зміщені ще на кут в сторони протилежно обертанню ротора до перекриття площі незакритих секторів кругів конусних коліс. При відкритті випускного крана, а потім впускного крана, холодне робоче тіло вийшло з балона в розподільну камеру, а з неї до отворів каналу в валу по фронтальних поверхнях робочих лопаток зі сторін розподільної камери. Сповзаючи по поверхнях пластин понад конусними поверхнями стержнів, від вершин до їх основи, під сповзаючий потік з рухомих (обертових) спереду робочих лопаток, витиснули його до розподільної камери. Закріплені робочі лопатки на валу у вигляді двох розірваних півшнеків з кожної сторони розподільної камери стримали рух холодного робочого тіла до компресорів і насосів в цих секторах їх розміщення. Малий крок зміщення їх в сторони кінців вала привів до більшого шляху і часу проходу, тому і збільшився тиск в розподільній камері на фронтальні поверхні робочих лопаток. Від великого тиску збільшилась його потенційна, але зменшилась кінетична енергія холодного робочого тіла на поверхні конусних стержнів, що зумовило обертатись вал з великим обертовим моментом. Площини обертових ступінчатих півшнеків з валом стали заслоном на рухоме на них холодне робоче тіло, а з тильних їх сторін, з резервуарів, відкачали його компресори і насоси. Холодне робоче тіло, рухаючись по поверхнях пластин і понад поверхнями конусних стержнів робочих лопаток з великим тиском, одночасно по ходу руху всмоктав обертовий насос в канал вала через отвори до нього, розміщений в допоміжній камері, тому вал збільшив ще оберти і обертовий момент. Кожний насос складений з маточини, двох суцільних дисків і дугоподібних трубок, закріплених між цими дисками. Дугоподібні трубки подібні по формі і аеродинамічній характеристиці при руху холодного робочого тіла по їх отворах, при їх обертанні до бумеранга. В двох суміжних камерах корпуса до маточин насосів закріплені компресори, які обертаючись разом з валом відкачали холодне робоче тіло з резервуарів і по ходу втиснули його в об'єми маточин, де від них надійшло в об'єми дугоподібних трубок. При обертанні їх навколо осі вала, на цю в них масу холодного робочого тіла подіяла ще відцентрова і коріолісова сила, які збільшили ще його кінетичну енергію і втиснули кінцями дугоподібних трубок в перехідні канали. 3 UA 113254 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 З них воно вийшло в атмосферу через випускний кран, який з'єднаний з об'ємами трубок (до яких він закріплений), каналом в валу і допоміжною камерою. При досягненні максимальних початкових обертів вала випускний кран закрили. Від різниці тиску між об'ємом балона і всіма об'ємами камер корпуса в них піднявся тиск холодного робочого тіла. Від створеного тиску в камерах корпуса, регулюючий клапан відкрився і холодне робоче тіло знову вийшло в атмосферу вже з більшою кінетичною енергією і більшою силою тертя його об поверхні робочих лопаток, тому вал набрав максимальні оберти. Досягнувши великих обертів вала, більші розрахункових і щоб не витрачати більше холодне робоче тіло з балона, впускний кран закрили. А компресори і насоси, обертаючись разом з валом, постійно відкачували холодне робоче тіло з розподільної камери в атмосферу доти, поки не понизився в ній тиск до того рівня тиску, коли в перехідні канали насоси змогли втиснути холодне робоче тіло чи стримати його зворотний прохід до резервуарів, при якому регулюючий клапан автоматично закрився. Закривання і відкривання випускних і впускних кранів та регулюючого клапана при запуску ТД потрібно робити, щоб утворити між двома обертовими конусними колесами (в розподільній камері) підвищений, а в резервуарах знижений тиск холодного робочого тіла або різниці тиску між фронтальними і тильними поверхнями робочих лопаток, яка приводить вал в примусове обертання. Коли регулюючий клапан закрився, то холодне робоче тіло вже з більшим тиском продовжило рух з розподільної камери через канал в валу до насоса, розміщеного в допоміжній камері, який збільшив ще його тиск і вже в зворотному напрямку руху втиснув в отвори трубок, які з'єднані з перехідними каналами в місцях найменших їх розмірів проходу. Так оберти вала стабілізувались. В цьому насосі при обертанні виникла зворотна реакція на вихід холодного робочого тіла з дугоподібних трубок, яка подіяла в попутні їх напрямки обертання. Кінетична енергія, створена такими трубками, складена з суми двох векторних сил, результативна яких направлена в протилежну сторону їх обертання, то заблокували його прохід через їхні отвори до резервуарів конусних коліс з перехідних каналів, а зворотна реакція від них збільшила оберти вала. Кожних резервуар має вхід до них і вихід з них холодного робочого тіла. Перехідні канали подібні до каналу труби Лаваля, а їх кінці до конуса Маха. Холодне робоче тіло, пройшовши через такі канали, розмір між стінками яких плавно збільшений, а кінці їх подібні конусу Маха, то в них зменшувалась на шляху руху швидкість, а на виході з них збільшився тиск. На виході з таких каналів в розподільну камеру, а також виході з перехідного каналу, розміщеного в третій допоміжній камері корпуса, до двох перехідних каналів з короткими шляхами кругообігу, через під'єднані трубки тиск став більший, ніж діяв він на робочі лопатки до входу в канал вала. Тобто, ще збільшилась повна енергія відносно розподільної камери, від чого ще збільшились оберти вала і його обертовий момент (такий ефект отримується, коли вдувати повітря в трубу духового музичного інструмента, де від постійно збільшення поперечного діаметра каналу по довжині труби збільшується тиск на виході отвору і дія його на атмосферне повітря створює сильний звук). Так два великих магістральних канали під'єднані до двох малих каналів кругообігу холодного робочого тіла, відбувсь рух через три камери корпуса, пройшло по розподільній камері понад робочими лопатками, через два резервуари, канал вала, компресори, отворів дугоподібних трубок насосів і перехідні канали. Ці чотири шляхи кругообігу копіюють подібну природну серцево-судинну систему безперервного кровотоку живого організму. При застосуванні гарячого робочого тіла ТД працювати не буде, бо в перехідних каналах на виході не створиться більший тиск, ніж був в розподільній камері до входу в канал вала, а відбудеться протилежний процес, швидкість в них буде збільшуватись від розширення каналу, а тиск зменшуватись (як в конусі Маха). Холодне робоче тіло рухалось по перехідних каналах до розподільної камери, відбившись від поверхні внутрішніх стінок кожухів корпуса і зовнішньої поверхні стінок конусних ободів, то його вся кінетична енергія перейшла в потенційну енергію. Тобто, відбулись акумулятивні процеси, які збільшили обертовий момент вала. Вихід холодного робочого тіла з перехідних каналів, які різко розширені перед розподільною камерою (подібні конусу Маха), створили акумулятивний процес потоків, які направлені один проти одного, загальмував цей рух, від чого різко збільшився тиск на поверхні профільного кільця, поверхні конусних стержнів і пластин робочих лопаток і поверхні каналу вала, то вал набрав ще більші оберти. Подібний процес відбувається всередині закритого корпуса атомної бомби при відбиванні нейтронів внутрішніми його стінками з кінців камери, чи так само в адронному колайдері. 4 UA 113254 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Кінетичну енергію рухомого робочого тіла збільшували на його шляху всі обертові дугоподібні трубки насосів, кінці яких виглядають як овали. Ці зрізані під кутом кінці трубок, втиснули холодне робоче тіло в перехідні канали. Від зворотної реакції тиску холодне робоче тіло пройшло шпаринами між внутрішньою поверхнею конусного кожуха корпуса і торцем великого у діаметрі суцільного диска насоса, направлене вийти в атмосферу через шпарини в підшипнику. Закріплені в радіальному напрямку до великих суцільних дисків насосів лопаті, з нахилом їх площин в протилежну сторону їх обертання вала, щоб відійти від дії зворотної реакції на них тиску. При обертанні вони розкрутили цю масу холодного робочого тіла. Дія відцентрової сили на цю масу відкинула її від підшипників в радіальному напрямку по кругу і заблокувала вихід з перехідного каналу в атмосферу через шпарини в підшипнику. На фіг. 1 показаний поздовжній розріз корпуса ТД, в якому видно кожухи корпуса, профільні кільця, вал закріплений в підшипниках з півмуфтою, розподільну камеру, колеса з робочими лопатками, резервуари, компресори, насоси, лопаті загороджувальних апаратів, рух холодного робочого тіла від балона до розподільної камери і розділення його на чотири течії, рух його над поверхнями робочих лопаток і прохід через резервуари і дугоподібні трубки, перехідні канали і регулюючий клапан. На фіг. 2 показані робочі лопатки, при розрізу корпуса по лінії А-А на фіг. 1. На фіг. 3 показаний насос при розрізу кожуха корпуса по лінії В-В на фіг. 1. На фіг. 4 показані лопаті загороджувальних апаратів при розрізу кожуха по лінії С-С на фіг. 1. На фіг. 5 показані лопаті загороджувальних апаратів при розрізу по лінії D-D на фіг. 4. На фіг. 6 показані з торця дугоподібні трубки з косими зрізами між двома дисками при розрізу по лінії Е-Е на фіг. 3. ТД має корпус, який складений з чотирьох кожухів 1, скріплених болтами 2 разом з профільними кільцями 3, до одного з них закріплений штуцер 4. Вздовж корпуса в підшипники 5 встановлений вал 6 з трьома колесами 7, які розміщені в двох камерах 8 і в допоміжній камері 9 з насосами 10. В камерах 8 насоси 10 коліс 7 складені з маточини 11, дугоподібних трубок 12, двох дисків 13, лопатей 14 і конусного обода 15. До маточин прикріплені компресори 16, а до конусних ободів 15 і вала 6, в двох резервуарах 17, камерах 8 закріплені штирями 18 пари робочих лопаток а, b, с в одному резервуарі і а', b', с' в другому резервуарі 17. Кожна робоча лопатка пари складена з конусного стержня 19 і пластини 20. ТД підключена до штуцера 4 трубкою 21 до балона 22 через впускний кран 23. Посередині корпуса, між двома резервуарами 17 і профільним кільцем 3 знаходиться розподільна камера 24. Між зовнішніми поверхнями конусних ободів 15 і внутрішніми поверхнями кожухів 1 корпуса знаходяться перехідні канали 25. Об'єм допоміжної камери 9 з'єднаний з перехідними каналами 25 трубками 26. До них під'єднаний випускний кран 27 і регулюючий клапан 28. На кінцях вала 6 закріплена півмуфта 29. Дугоподібні трубки насосів залиті між двома його дисками 13 закріплювачем 30. ТД працює так: відкрили випускний кран 27 (якщо він був закритий), а потім відкрили впускний кран 23. Холодне робоче тіло, раніше приготовлене в балоні 22, від сили великого тиску і його потенційної енергії в ньому, рушило з балона 22 по отвору трубки 21 до розподільної камери 24 (де атмосферний тиск), через штуцер 4, який закріплений на профільному кільці 3 під кутом до його поверхні (див фіг. 1 і фіг. 2), в розподільній камері 24 в ній розділившись на три напрямки руху, два в резервуари 17 і перехідні канали 25, а третій до отворів в канал вала 6. Кінетична енергія цього руху подіяла на велике плече від осі вала 6 з тиском на поверхні конусних стержнів 19 і пластин 20, пар робочих лопаток а, b, с і а', b', с', поверхні яких мають рівні кути нахилу, як до осі конусних стержнів 19, так і в сторони кінців вала 6, то воно сповзло по їх поверхнях в канал вала 6 через отвори до нього. При сповзанні його виникла сила тертя об їхні поверхні і через штирі 18, закріплених до вала 6 і направляючих конусних ободів 15, ротор прийшов в обертання в підшипниках 5, навколо осі вала 6, в сторону закріплених конусних стержнів 19, відносно закріплених до них пластин 20. Потрапивши в канал вала 6, холодне робоче тіло під тиском дійшло до насоса 10, розміщеного в допоміжній камері 9 і заповнило цим тілом об'єми дугоподібних трубок 12. Цей обертаючий насос 10 разом з валом 6, від створеної їм відцентрової сили, втиснув його спочатку в перехідний канал 25, а з нього в об'єм допоміжної камери 9 і тіло вийшло з неї через випускний кран 27 в атмосферу. Одночасно вал 6 обертаючись з компресорами 16 і двома насосами 10, розміщених в камерах 8, відкачали холодне робоче тіло з двох резервуарів 17 в розподільну камеру 24 через перехідні канали 25. Коли вал 6 набрав максимальні первинні оберти, випускний кран 27 закрили. Від створеної великої різниці тиску холодного робочого тіла між об'ємом балона 22 і розподільною камерою 24, воно заповнило її об'єм і в ній піднявся його тиск. Від тиску в розподільній камері 24 воно розділилось на різні напрямки руху. Але на шляху їхнього руху до резервуарів 17 стоїть загородження з пар робочих лопаток а, b, с і а', b', с', які 5 UA 113254 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 стримали рух, бо одночасно потрапило на всі робочі лопатки, так як знаходилось в фронтальній їх відкритості. Холодне робоче тіло, яке потрапило на ближче розміщені до розподільної камери 24 пари робочі лопатки а і а', загальмувалося на поверхнях стержнів 19 і пластин 20, віддавши частину кінетичної енергії в його стискання, сповзло до вала 6, див фіг. 1 і фіг. 2, і минувши його, зіткнулось з внутрішньою поверхнею конусних ободів 15 і коліс 7. При сповзанні холодного робочого тіла по пластинах 20 над поверхнями конусних стержнів 19, розмір діаметра яких від вершини до основи послідовно збільшений, то виник опір його руху, який привів до більшого тиску на їх поверхні, ротор продовжив обертатись, відійшовши від стандартного переходу кінетичної енергії з рухомого робочого тіла в механічне обертання вала уже не через постійну силу тертя, а і через збільшення на них тиску при примусовому зміщенні його в сторони по поверхнях конусних стержнів 19 робочих лопаток рухаючись до поверхні вала 6. Холодне робоче тіло, яке потрапило на дві пари робочих лопаток b і b', які зміщені відносно пар робочих лопаток a і a' в сторони кінців вала 6 і на кут протилежно обертання його, сповзло по поверхнях з їх пластин 20 (так як пластини 20 закріплені зміщеними від центра осі конусного стержня 19), під рухому масу з флангу, що сповзло з пар робочих лопаток а і а', вижавши його до розподільної камери 24, заблокувавши його рух до резервуарів 17, де ще тиск атмосферний, направивши ці потоки рухатись до каналу в валу 6. Від цього ще збільшився тиск в розподільній камері 24, який подіяв з більшим тиском на поверхні конусних стержнів 19, пар робочих лопаток а і а', що збільшило оберти і обертовий момент вала 6. Холодне робоче тіло, яке потрапило на пари робочих лопаток с і с', які закріплені в інших площинах обертання, то з їх пластин 20 сповзло вже під рухому масу з пар робочих лопаток b і b', витиснувши його теж до розподільної камери 24. I ці пари робочих лопаток заблокували прохід в об'єми резервуарів 17. Це також призвело ще до більшого тиску в розподільній камері 24, зі сторін якої розміщені робочі лопатки. Незначна частина об'єму холодного робочого тіла продовжила рух в об'єми резервуарів 17, звідки компресори 16 і насоси 10 втиснули в перехідні канали 25. Таке блокування виходу холодного робочого тіла з розподільної камери 24, без затрати енергії, збільшило оберти і обертовий момент вала 6. Підпір рухомого холодного робочого тіла кожною ззаду парою таких робочих лопаток, з рухомих спереду робочих лопаток, від такого їх кріплення на валу 6, кожна пара створила умовну фантомну площину перекриття, які стали заслоном на рух холодного робочого тіла до компресорів 16 і насосів 10. Від великих обертів всіх робочих лопаток, компресорів 16 і насосів 10 утворилась різниця тиску між розподільною камерою 24 і резервуарами 17, або між фронтальними і тильними поверхнями робочих лопаток. Але коли вал 6 збільшував оберти, то в цей час холодне робоче тіло заповнило об'єми двох резервуарів 17 та допоміжну камеру 9 через канал в валу 6 і трубки 26. Щоб вал 6 не зупинився від вирівнювання тиску, регулюючий клапан 28 автоматично відкрився, коли обертові насоси 10 вже неспроможні втиснути холодне робоче тіло в перехідні канали 25. При відкритті регулюючого клапана 28, холодне робоче тіло з розподільної камери 24 під більшим тиском через канал в валу 6 і насос 10, розміщеного в допоміжній камері 9 вийшло в атмосферу. При виході в атмосферу холодного робочого тіла, в розподільній камері 24 знизився його тиск і одночасно з резервуарів 17 насоси 10 разом з компресорами 16 ще відкачали його в перехідні канали 25, то і в них знизився тиск і перші пари робочих лопаток а і а', ближче розміщених до розподільної камери 24, при великих їх обертах заблокували самі вихід холодного робочого тіла з розподільної камери 24 в резервуари 17. Останні пари робочих лопаток b і с з однієї сторони і b' і с' з другої сторони обертались вхолосту. Постійний тиск на пластини 20 і конусні стержні 19 від підходу нового об'єму з великою кінетичною енергією холодного робочого тіла з балона 22 додало валу 6 ще більших обертів і обертового моменту. Досягнувши великих обертів вала 6, які більші розрахункових, і щоб не витрачати більше холодне робоче тіло з балона 22, впускний кран 23 закрили. Обертаючі компресори 16 і насоси 10, продовжували відкачувати холодне робоче тіло в атмосферу з резервуарів 17, з розподільної камери 24, перехідних каналів 25 і трубок 26, тому в цих об'ємах знизили тиск. Від зниження в них тиску до розрахункового, регулюючий клапан 28 автоматично закрився тоді, коли в шпаринах перед перехідними каналами 25 тиск став менший або рівний тиску, що створили компресори 16 разом з насосами 10 при їх обертанні. Коли регулюючий клапан 28 закрився, то насос 10, розміщений в допоміжній камері 9, підійшовши до нього з розподільної камери 24 в робоче тіло підтиском через канал вала 6, втиснув його через допоміжну камеру вже в об'єми трубок 26, які з'єднані з перехідними каналами 25, де найменша ширина шпарин (див. фіг. 1). Прохід холодного робочого тіла в цих місцях відбувся з найбільшою кінетичною 6 UA 113254 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 енергією. А це привело до пониження тиску в цих шпаринах, то виникла інжекція холодного робочого тіла, що подали насоси 10, які відкачали його компресори 16 з двох резервуарів 17. Затрати сили на переміщення (якому фактично немає опору руху), стиснутого холодного робочого тіла насосом 10 по великих замкнутих шляхах руху з допоміжної камери 9 і подачу компресорами 16 в насоси 10 та втискування цими насосами 10 в перехідні канали 25, через які проходять і малі замкнуті шляхи руху, пішли незначні в відсотковому відношенні затрати енергії до потужності, що видала ТД. А ще компенсувалось в другому: По-перше, з одних сторін крильчаток при відкачуванні холодного робочого тіла з резервуарів 17 компресорами 16, отримали більшу різницю тиску між фронтальними і тильними сторонами поверхні робочих лопаток. Таким чином збільшили оберти і обертовий момент вала 6. По-друге, з других сторін цих крильчаток, при закачуванні ними холодного робочого тіла в об'єми дугоподібних трубок 12 насосів 10 з тиском, воно стало по них рухатись в радіальні, а потім протиобертові напрямки руху, то подіяла на нього по ходу руху ще відцентрова і коріолісова сила. Протидіюча їм реакція на рух, направлена в сторону обертання вала 6. Сума векторів кінетичних сил при руху холодного робочого тіла по отворах дугоподібних трубок 12 стала більшою, ніж відкачували б насоси зі звичайними крильчатками, бо вони відкидають робоче тіло в радіальні напрямки і в сторону обертання вала, від чого виникає погана протидіюча сила опору обертанню вала і погана сила його тертя об поверхні крильчаток, які знижують коефіцієнт їх роботи. При виході холодного робочого тіла з отворів дугоподібних трубок 12 в протиобертовому напрямку, ці насоси 10 стали як приводні колеса турбін, так як дія зворотної реакції цьому руху направлена в сторону обертання вала 6, а це зменшило навантаження на вал 6 при втискуванні ними його в перехідні канали 25. Таким чином, встановлені компресори 16 і пари робочих лопаток а, b, с і a' b', с' та насоси 10 спрацювали в унісон. Це основна вимога, щоб вал 6 постійно обертався в закритих від атмосфери камерах корпуса. Частина потенційної енергії холодного робочого тіла перейшла в розподільну камеру 24 з балона 22, через впускний кран 23 для того щоб привести вал 6 в обертання і накопичити її в ній внутрішню потенційну енергію, для створення різниці тиску між розподільною камерою 24 і резервуаром 17 обертаючими робочими лопатками. При створенні і постійному підтримуванні різниці тиску між розподільною камерою 24 і резервуарами 17 виникла умова для обертання вала від протидії робочих лопаток на його зрівняння. Є два шляхи руху до резервуарів 17 з розподільної камери. Один і найкоротший шлях до них - це рухатись холодному робочому тілу на робочі лопатки в двох протилежних напрямках, а другий шлях, рухатись в обхід через перехідні канали 25, дугоподібні трубки 12, маточини 11 і між крильчатками компресорів 16. Пройти в обхід до резервуарів 17 цим шляхом є протишерстним і неможливим. Бо, по-перше, площа найменшого розміру поперечних перехідних каналів 25 в декілька разів менша від площі входу в резервуари 17 між шпаринами робочих лопаток. Від розподільної камери 24 до дугоподібних трубок 12 насосів 10, величина поперечного розміру перехідних каналів 25 мають декілька різких змін тиску та плавно звужені по довжині, які гальмують рух холодного робочого тіла при їх наближенні до насосів 10. Подруге, кругові внутрішні поверхні кожухів 1 корпуса і зовнішні поверхні конусних ободів 15 коліс 7 - є направляючі апарати і вектори протидіючої реакції від них, направлені в сторону розподільної камери 24. Та проти цього руху, ще рухається холодне робоче тіло з більшою кінетичною енергією з трубок 26, ніж повна енергія діє з розподільної камери 24. Ще щоб потрапити холодному робочому тілу через перехідні канали 25 до об'ємів резервуарів 17 треба пройти через отвори трубок 12, які виконані дугоподібними, в яких радіальні напрямки направлені в протилежну сторону обертання вала 6 (див. фіг. 1). Так як вже ротор набрав великі оберти в підшипниках 5 разом з насосами 10 відцентрова сила подіяла спочатку на масу повітря, що знаходилась в об'ємах отворів дугоподібних трубок 12, а потім на холодне робоче тіло, що підійшло, відкинувшого лопатками компресорів 16. Це змусило його примусово надійти вже під тиском по отворах трубок 12. Відцентрова сила, діюча на цю рухому масу холодного робочого тіла, збільшила їй додаткову велику швидкість руху з великою кінетичною енергією до кінців отворів дугоподібних отворів 12. При руху його в напрямку протилежно обертанню ротора, маса холодного робочого тіла, що знаходилась в їх об'ємах, перейшла в перехідні канали 25. На ці маси подіяли сили, які складені з вектора руху Fk коріолісової сили, направленої протилежно обертанню вала 5, та вектори руху і сил Fp, направлених в радіальних напрямках. Складова цих векторних сил і швидкостей Fc направлені в протилежну сторону їх обертання (див. фіг. 3). 7 UA 113254 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Тобто, маса холодного робочого тіла, рухомого в отворах трубок 12, отримала ще добавку кінетичної енергії, що призвело до "розриву" цих потоків. А так як розірвати потоки неможливо то всмоктало холодне робоче тіло з резервуарів 17, знизивши тиск з тильних сторін лопаток компресорів 16. З великою швидкістю і дією великої кінетичної енергії, холодне робоче тіло кінцевими отворами трубок 12, які зрізані навкіс, втиснули в перехідні канали 25 навколо обертових з ними конусоподібних ободів 15 коліс 7. Зрізи кінців трубок 12 подібні фігурі овалу, а коли іде вихід через їх холодне робоче тіло, то вони вже виглядають як поверхні овалів, які направлені під кутом до площини їх обертання. Втискування холодного робочого тіла кінцями трубок в перехідні канали 25 вібдулось під кутом. При втиску в перехідні канали 25 кінцями трубок 12 (які мають кутові зрізи), сила кінетичної енергії холодного робочого тіла на виході з них подіяла в двох напрямках. В лінійному напрямку Fл і в перпендикулярному напрямку F п, якій протидіяв тиск холодного робочого тіла зі шпарин перехідних каналів 25 перпендикулярно площинам овалів (див. фіг. 6). Сума цих векторних сил Fe стала більшою, ніж були б зрізи перпендикулярними, та ще не змінили б вони напрямок руху прямо в перехідні канали 25. Тобто, одержали таким чином в цих кінцях дугоподібних трубок 12 теж допоміжну кінетичну енергію. Сума двох додаткових кінетичних сил при такій конструкції дугоподібних трубок 12 насосів 10 дала приріст кінетичної енергії, які є головним рушієм ТД в чотирьох замкнутих кругообігах руху стиснутого холодного робочого тіла. З цього приросту кінетичної енергії незначна частина її пішла на втискування в перехідні канали 25 і на обертання маси ротора. Рух холодного робочого тіла по дугоподібних трубках 12 при обертанні їх навколо осі вала 6 прирівняний до аеродинамічної характеристики польоту бумеранга в повітрі. Компресори 16 і насоси 10 з мінімальною затратою енергії відкачали холодне робоче тіло з резервуарів 17 спочатку в атмосферу, а потім перейшли в режим стримування його з перехідних каналів 25. А тому холодне робоче тіло не може потрапити в резервуари 17 в обхід через перехідні канали 25 і отвори дугоподібних трубок 12, а направлене з розподільної камери 24 в сторону пар робочих лопаток а, b, с і а', b', с', закріплених на валу 6. Від створеного великого тиску в розподільній камері 24, холодне робоче тіло через отвори тіла вала 6 потрапило в його канал, а далі в обертовий насос 10 (подібний двом іншим, закріплених в камерах 8), який розміщений в допоміжній камері 9. З допоміжної камери 9, через під'єднані дві окремі трубки 26 до неї (розміщені ззовні корпуса), холодне робоче тіло потрапило в два перехідні канали 25 (в авіаційних повітряно-реактивних двигунах в такі камери подається пальне) з більшою кінетичною енергією, ніж була до цього повна енергія холодного робочого тіла в розподільній камері 24. А так як трубки 26 закріплені до кожухів 1 корпуса ТД в звужених місцях перехідних каналів 25, то відбулась інжекція на холодне робоче тіло, що надійшло з резервуарів 17 через компресори 16 і насоси 10. При руху холодного робочого тіла по цих каналах, з їх розширенням до розподільної камери 24, кінетична енергія перейшла в них в потенційну енергію з великим тиском навколо зовнішніх обертових поверхонь конусних ободів 15, коліс 7 і внутрішніх кожухів 1 корпуса, які є направляючими апаратами в цих напрямках руху. На виході з перехідних каналів 25 і вході в розподільну камеру 24, ці потоки холодного робочого тіла декілька разів до цього потрапляли в різні діаметри каналів, а на виході з каналів подібного конусу Маха, тому тиск ще збільшився. Тобто, відбулась акумуляція потоків за кожним перехідним каналом 25. Зустріч цих акумулятивних сил, які направлені один проти одного, привела до різкого великого тиску по всьому кругу навколо розподільної камери 24 і він став в ній більший, ніж був до входу в канал вала 6. Великий тиск подіяв з силою на внутрішні стінки кожухів 1 корпуса, поверхні конусних стержнів 19 і пластин 20 та профільне кільце 3 і вал 6 збільшив ще оберти і обертовий момент. Великий тиск в розподільній камері 24 подіяв з силою і на овальні "площі" кінців дугоподібних трубок 12 насосів 10, з яких виходило холодне робоче тіло, на бокові внутрішні поверхні дисків кожухів 1 корпуса та на поверхні більших по діаметру суцільних дисків 13 насосів 10. А так як кінці дугоподібних трубок 12 зрізані під кутом до площини їх обертання (див. фіг. 3 і фіг. 6), і виглядають як лопаті гвинта, то дія тиску на них в сторону обертання збільшила ще оберти і обертовий момент вала 6. Тобто, насоси 10 в суміжних камерах 8 корпуса стали вже як силові колеса турбін, бо вектор сили тиску діє на овальні "поверхні" в попутному напрямку обертання вала 6. Холодне робоче тіло, пройшовши крізь шпарину між внутрішньою поверхнею кожуха 1 корпуса, торцем більшого у діаметрі суцільного диска 13 і маточиною 11 направлене вийти через шпарини в підшипнику 5 в атмосферу. Закріплені лопаті 14 до суцільного великого диска 13, обертаючись разом навколо осі вала 6, розкрутили цю масу і відцентровою силою відкинули по кругу в радіальні напрямки і заблокували вхід з перехідного каналу 25 до підшипників 5. Всередині камер 8 ТД іде декілька разів перехід задіяної в них енергії холодного робочого тіла 8 UA 113254 C2 5 10 15 20 25 30 при його руху через них кінетичної енергії в потенційну енергію і навпаки, яка не витрачається, а тому подібна внутрішній енергії, яка змінюється в молекулярно-атомній структурі тіла матерії, від дії на її температури. При навантаженні на півмуфту 29, вал 6 (ротор) зменшить оберти. Маса холодного робочого тіла зрушиться з розподільної камери 24 до пар робочих лопаток b, b', с і с', які обертались вхолосту і подіє на них з тиском та приймуть на себе це навантаження. Збільшиться тиск в резервуарах 17 і отворах дугоподібних трубок 12, насосів 10, розміщених в спарених двох камерах 8 корпуса, які втиснуть більшу кількість маси в перехідні канали 25 і піднімуть знову тиск в розподільній камері 24. Від більшого тиску на робочі лопатки, вал 6 знов набере стабільні оберти. Подальше збільшення навантаження на півмуфту 29 веде до зменшення обертів вала 6 і зменшення різниці тиску між розподільною камерою 24 і резервуарами 17, що призведе до зупинки вала 6. Вектори діючих сил холодного робочого тіла на поверхні пар робочих лопаток а, b, с і а', b', с' в різних камерах 8 направлені в протилежні сторони, дія яких рівна по величині, тому на вал 6 діють сили на його розрив. Щоб зупинити ТД, потрібно відкрити випускний кран 27. В ТД ротор при обертанні не дає зворотну реакцію на корпус, а тому вона не потребує посиленої рами для її кріплення. ТД дешева в виготовленні і обслуговуванні, працює безшумно, не потребує енергоносіїв для її роботи і рідкого мастила для змащення підшипників 5. З'єднання ТД з електрогенераторами в агрегати дасть можливість перейти на автономне вироблення ними електроенергії для підприємств, населених пунктів і житлових будинків і обійтись без високовольтних ліній електропередач та їх трансформаторних підстанцій і так позбутись електромагнітної сорочки над Землею. ТД може конкурувати по потужності з авіаційними турбодвигунами, так як вона не обмежується, бо залежить від різниці тиску холодного робочого тіла між фронтальними і тильними сторонами робочих лопаток, потужності компресорів 16 і насосів 10, та міцності корпуса і її деталей. Вона може працювати в воді і при будь-якій температурі і атмосферному тиску повітря. ТД пожежобезпечна, тому її можна встановлювати в електроавтомобілях, підводних човнах, на літальних чи космічних апаратах, в трамвайно-тролейбусному транспорті і потягах. Масове застосування ТД в народному господарстві і побуті скоротить видобуток з надрів Землі вугілля, нафти і газу, ліквідує екологічні і енергетичні проблеми на Землі, і дасть можливість наблизити екологію в первинний стан до початку масового використання енергоносіїв. 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 Турбіна-двигун, що має пустотілий корпус, який містить кільця, вал вздовж корпуса, на якому закріплені насоси, робочі лопатки, компресори і має загороджувальні і направляючі апарати, трубки, камери, резервуари та перехідні канали, який відрізняється тим, що корпус складений з конусних і циліндричних кожухів з прикріпленими фланцями та ущільнюючих профільних кілець між ними, стягнутих болтами, всередині корпуса знаходяться ізольовані від атмосфери три камери, вздовж яких в підшипники встановлений вал, на якому закріплені три насоси, до двох з них закріплені конусні ободи, в яких їхні поверхні - направляючі апарати, до вала і внутрішніх конусних ободів закріплені попарно робочі лопатки в різних площинах обертання, де кожна пара зміщена від попередньої пари як зсередини вала в сторони, так і на кут проти направленого обертання вала, кожна робоча лопатка складена з конусного стержня і пластини, прикріпленої до дотичної його поверхні зі сторін кінців вала, кожний насос складений з маточини, двох дисків і дугоподібних трубок, одні кінці закріплені до маточини, а другі кінці направлені до внутрішніх стінок кожуха корпуса з поворотом в протилежну сторону обертання вала і зрізані під кутом зі сторони перехідного канала, зі сторони виходу кінця вала за межу бокової стінки корпуса, до поверхні диска насоса закріплені лопаті загороджувального апарата, між внутрішніми поверхнями конусних кожухів і конусних ободів розміщені перехідні канали, поздовжній розріз яких подібний соплу Лаваля і конусу Маха, простір між двома протилежними фронтальними поверхнями робочих лопаток і профільним кільцем - розподільна камера, у валу виконаний канал, який з'єднав розподільну камеру з допоміжною камерою через отвори до нього, за тильними сторонами робочих лопаток закріплені на валу компресори і насоси. 9 UA 113254 C2 10 UA 113254 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11