Турбіна-двигун

1. Турбіна-двигун, що містить корпус, встановлений в корпусі на підшипниках вал-барабан, на якому закріплено робочі лопатки, та розміщений в 3 Недолік такої турбіни в тому, що: - для роботи їй потрібні енергоносії, щоб утворити і довести робоче тіло до великої кінетичної енергії; - вихід використаного робочого тіла з камер в атмосферу створює великий шум і забруднює навколишнє середовище; - конструкція складна, дороге виготовлення великої кількості лопаток і направляючих апаратів, які мають велику вагу; - із-за малої питомої ваги робочого тіла потрібно доводити його до великої швидкості, а це веде до великих обертів ротора; - втрачається значна частина кінетичної енергії в направляючих апаратах при зміні в них напрямку руху. Мета даного винаходу в тому, щоб: - зробити економічну турбіну-двигун, для роботи якої робочим тілом була б стиснута маса повітря, яка видавала б потужність з потенційної енергії цього тіла через постійну діючу силу тиску на поверхні конусів за рахунок того, що: стінки корпуса є направляючі апарати, встановлені робочі лопатки являються направляючими апаратами, а послідовне їх зміщення в сторону обертання валабарабана спонукають одна одній утворювати допоміжну попутну тягу; - зменшити її вагу та спростити конструкцію за рахунок: кріплення на валу-барабані кожної робочої лопатки в різних площинах камер, відсутності багатьох важких направляючих апаратів (бо стінки корпуса і робочі лопатки замінюють їх) і відкритих камер в атмосферу; - турбіна-двигун була б пожежобезпечна і не забруднювала навколишнє середовище при роботі за рахунок використання стиснутої маси повітря як робочого тіла; - дешевше обходилось використання турбінидвигуна в народному господарстві за рахунок менших витрат на її виготовлення, обслуговування та незначних витрат енергоносіїв для виготовлення робочого тіла. Робота турбіни-двигуна не спирається на класичну теорію переходу кінетичної енергії в механічне обертання ротора, а спирається на нову теорію, яка формулюється як боротьба двох рівних сил одна проти одної і одночасно разом боротьба їх проти третьої сили, якою є потенційна енергія робочого тіла, яка їх приводить в боротьбу, а ротор в обертання. Суть винаходу в тому, що робота турбінидвигуна базується на теорії аеродинамічного процесу махаючого крила птаха в корпусі подібного до "літальної тарілки НЛО". Турбіна-двигун працює від подачі стиснутої маси повітря (робочого тіла). Діаметр поперечного розрізу корпуса від середини на сторони послідовно зменшується. Корпус складається з двох пустотілих конусовидних камер, внутрішні стінки яких являються направляючими апаратами та стиковані їхніми більшими в діаметрі сторонами кромок та закріплені болтами. Камери посередині розділені двома дисками в вигляді тарілок без дна, а з сторін ці камери відкриті в атмосферу. Диски закріплені до внутрішніх стінок камер. Між стінками дис 87712 4 ків і камерами знаходиться об'ємна кільцева камера (розподільний апарат). Кожна робоча лопатка є направляючий апарат і складається з конуса і однієї пластини. Пластина закріплена нерухомо по дотичній прямій лінії до поверхні конуса з протилежної сторони подачі робочого тіла (яка не виходить за межі площини обертаючої поверхні конуса), для направлення його сповзання від внутрішньої поверхні корпуса до вала-барабана. Від середини на дві сторони на валу-барабані закріплені робочі лопатки по спіралі по два (можна більше) витки. Кожна робоча лопатка в таких умовних витках при обертанні з валомбарабаном утворює навколо нього перпендикулярну фантомну площину. Щоб запобігти двигтіння ротора в противагу кожній робочій лопатці на валу-барабані в одній камері закріплена їй подібна робоча лопатка в протилежному напрямку в другій камері, відповідно, однієї висоти і ваги, з віддаленням від попередньої (починаючи від середини вала-барабана на сторони), до величини розміру діаметра основи даного її конуса та з рівним кутовим зміщенням її в заплановану сторону обертання ротора до послідовного закриття площини видимих секторів з сторін корпуса та до досягнення балансування ротора. Протилежно конструкції аналога і прототипу з середини на сторони послідовно зменшується висота робочих лопаток, закріплених на валубарабані. Робочі лопатки закріплені стрижнями конусів до вала-барабана перпендикулярно та зміщені між собою під кутом 120°, (можливі інші варіанти), в різних площинах кожної камери. Рухаюче робоче тіло, зіткнувшись з такими робочими лопатками гальмується, віддавши частину своєї енергії в стискання його перед пластинами, а потім як по лотку сповзає в радіальному напрямку і вдаряє об поверхні внутрішніх стінок корпуса під кутом, який менший від 90° з сторін відкритих камер з атмосферою і більший 90° в сторони дисків. При зіткненні напрямок руху направляється в сторону меншого опору, тобто, в сторону послідовного збільшуючого діаметра камер. Так стінки корпуса стають направляючим апаратом, які направляють робоче тіло в зворотний напрямок руху. Ротор обертається при незначній втраті робочого тіла і відходить від стандартних рішень переходу кінетичної енергії з рухаючого робочого тіла в механічне обертання ротора уже не через постійну силу тертя, а через постійну силу тиску від примусового його руху проти збільшуючого кута підйому поверхні пластин робочих лопаток при відцентровому його руху. Турбіна-двигун показана на Фіг.1 в розрізі корпуса, дисків, підшипників, патрубка і показаний рух робочого тіла від балона та дія його на робочі лопатки і стінки камер. На Фіг.2 показаний розріз корпуса по А-А на Фіг.1, а на Фіг.3 показана робоча лопатка в розрізі по Б-Б на Фіг.2. Турбіна-двигун має корпус 1, в якому в підшипниках 2 обертається вал-барабан 3. На ньому закріплені робочі лопатки, які позначаються в одній камері як a, b, c, d, e, f, а в другій камері як a', b', c', d', e', f', і муфта 4. Висота кожної робочої лопатки в камерах рівна віддалі від поверхні вала 5 барабана 3 до стінки корпуса 1 в даній площині їх закріплення. Дві конусовидні камери закріплені болтами 5. Між стінками дисків 6 і внутрішніми стінками конусовидних камер знаходиться об'ємна кільцева камера (розподільний апарат) 7. На корпусі 1 над камерою 7 закріплений випускний клапан 8 і патрубок 9, на якому встановлений кран-редуктор 10, який трубкою 11 з'єднаний з балоном 12. Робоча лопатка складається з конуса 13, пластини 14 і стрижня 15. Турбіна-двигун підключена трубкою 11 до балона 12 з стиснутим повітрям (робочим тілом) працює так: з відкритого крана-редуктора 10, під тиском робоче тіло з балона 12 по трубці 11 через кран-редуктор 10, патрубок 9 з великою швидкістю потрапляє в розподільний апарат 7 і заповнює його об'єм, витісняючи вперед повітря з його об'єму між стінки дисків 6 в радіальному напрямку до вала-барабана З, де розділяється над ним на дві течії в направлені відкритих камер. В двох камерах на шляху руху робочого тіла стоїть загород з робочих лопаток, які закріплені по спіралі навколо вала-барабана 3. Робоче тіло, потрапивши на нахилені поверхні пластин 14 робочих лопаток, які знаходяться в різних площинах, сповзає по них між конусом 13 і стінкою корпуса 1 до центру, див. Фіг. 1 і Фіг.2. Від зміни напрямку руху виникає тиск на робочі лопатки. Решта маса робочого тіла, не зустрівши опір, вільно проходить між робочими лопатками за межі корпуса 1 в атмосферу. Тиск робочого тіла на пластини 14 і поверхні конусів 13, з сторони закріплених пластин 14, через стрижні 15, закріплених на валу-барабані 3, обертає ротор в підшипниках 2 в сторону закріплених конусів 13 по відношенню до пластин 14. При сповзанні робочого тіла по пластинах 14 понад поверхнями конусів 13, діаметр яких послідовно збільшується до основи, приводить до збільшення сили тертя об їхні поверхні, що додає допоміжний додатковий обертовий момент і збільшує оберти ротора. При запуску турбіни-двигуна іде втрата великого об'єму робочого тіла з балона 12 в атмосферу, бо обертання ротора відбувається через малу силу тертя при обтіканні повз поверхні конусів 13 при незначній його швидкості і питомої ваги. Після сходу з поверхні пластин 14, перших на шляху робочих лопаток а і а' робоче тіло по інерції вдаряє об поверхні стінок корпуса під кутом a, який менший від прямого (90°) в сторони відкритих камер, див. Фіг.1. Від постійного підходу робочого тіла з балона 12, воно продовжує стискатись, а потім сковзувати по внутрішній поверхні камер корпуса 1 в сторону більшого кута, (до послідовно збільшуючого поперечного діаметра камер). Частина цих відбитих потоків тисне на стінки дисків 6 вже на другі їх сторони, а решта маса з цих течій протидіють одна проти одної. Робоче тіло, яке потрапило на робочі лопатки b i b', які менші по висоті від робочих лопаток а і а' та ще зміщені від них в сторону обертання вала-барабана 3, сповзає з них, відповідно, під пластини робочих лопаток (де відбувається затінення течії) а і а' і утворює під ними подушки з стиснутого цього ж робочого тіла 87712 6 та ще перешкоджає сповзати робочому тілу з їхніх пластин 14. Відбулось корисне блокування руху в осьовому направленні вздовж вала-барабана 3 в секторах їх розміщення, що збільшило на них тиск. Робоче тіло, яке сповзає з пластин 14, робочих лопаток с і с', направлене під пластини робочих лопаток, відповідно, b і b'. Під ними також утворилися подушки з робочого тіла, а потім при зіткненні з конусовидними поверхнями камер робоче тіло направляється в сторону їх розширення. Робоче тіло, що сповзає з робочих лопаток d і d' також утворює подушки з робочого тіла, під пластинами 14, відповідно, робочих лопаток с і с', а також блокує вздовж поверхні вала-барабана 3 рух і не дає сповзати робочому тілу, відповідно, з пластин робочих лопаток а і b в одній камері і з а' і b' в другій камері. Утворені подушки під робочими лопатками не тільки блокують вихід робочого тіла з камер в атмосферу, а ще створюють їм допоміжну попутну тягу в сторону їх обертання. При такій конструкції ротора і форми стінок корпуса кожна менша обертаюча робоча лопатка створює подушку з стиснутого робочого тіла для разом обертаючих перед ними (за рухом ззаду) більшим робочим лопаткам, від чого вздовж впереді кромок поверхностей конусів 13 утворюють заслін з тонкого шару робочого тіла, протилежно направленому руху робочого тіла вздовж поверхні вала-барабана 3. Аналогічний аеродинамічний процес відбувається при маху крила птаха чи польоті планера над висхідними потоками Землі. При зміні величини відношення висоти конуса до його діаметра основи змінюється аеродинамічна характеристика робочої лопатки. Початком кріплення робочих лопаток d і d' в других витках спіралі на валу-барабані 3 є продовження того самого напрямку їх зміщення в сторону в середині видимих секторів, між конусами робочих лопаток, відповідно, с і а в одній камері і між с' і а' в другій камері і далі до рівномірного розміщення їх в секторах між робочими лопатками перших витків в камерах. Блокування рухаючого робочого тіла відбувається перед кожною робочою лопаткою не тільки в площі сектора їх розміщення, а і в умовних їх площинах, які утворились від їхнього обертання. Всі обертаючі робочі лопатки з валом-барабаном 3 при нахилу пластин 14 до осі обертаючих конусів 13, утворюють фантомні тарілки, які стають заслонами на рухаюче на них робоче тіло над валомбарабаном 3. При зіткненні робочого тіла з такими фантомними тарілками утворюються дискові ореоли з цього тіла і їх буде така кількість, скільки робочих лопаток закріплено на валу-барабані 3. Блокування рухаючого робочого тіла в середині камер збільшує тиск на робочі лопатки і ротор постійно збільшує оберти. Ротор буде збільшувати оберти доти, поки тиск робочого тіла в умовному об'ємі, між обертаючими робочими лопатками а і а' не зрівняється з тиском робочого тіла, яке виходить через відрегульований на тиск кран-редуктор 10. Тиск робочого тіла в умовних об'ємах між умовними площинами, які утворили обертаючі лопатки, від розширеного до звуженого поперечного розміру камер, понижується. В умовному об'ємі між умовними площинами робочих лопаток е і f чи 7 е', f кожної камери, тиск робочого тіла менший, ніж в умовному об'ємі між обертаючими робочими лопатками а і а'. Робоче тіло при сповзанні з всіх пластин 14 вдаряє об внутрішні стінки корпуса 1, які являються направляючими апаратами, відбиваються під кутом в напрямку дисків 6 і не дає виходити в атмосферу. Відбувається акумулятивна дія мас з двох сторін, які направлені назустріч одна одній, тому турбіна-двигун працює безшумно. При зустрічі двох потоків, тиск робочого тіла в середині корпуса 1 ще збільшується, дія якого на поверхні конусів з сторони кріплення пластин 14 збільшує оберти ротора. Діючі сили при аеродинамічному процесі направлені на відрив пластин 14 від поверхні конусів 13, розрив болтів 5, згинання стрижнів 15 і обертання ротора. При зрівнянні тиску робочого тіла в середині корпуса з тиском відрегульованого кранаредуктора 10, ротор набере максимальні оберти. Від великих обертів ротора в камерах на масу робочого тіла діє відцентрова сила, яка направлена проти сповзання його по пластинах 14 в напрямку до вала-барабана З, що приводить до зменшення сили тертя об їхні поверхні до його зникнення. Від зменшення сили тертя збільшується сила тиску на поверхні пластин 14 і поверхні конусів 13, бо робоче тіло примусово рухається по них назад проти збільшуючого кута поверхні. Збільшення тиску робочого тіла на пластини 14 зумовлює більший тиск робочого тіла на поверхні конусів 13. Від запуску турбіни-двигуна до розрахункових обертів ротора іде перехід її роботи від кінетичної енергії робочого тіла через силу тертя на потенційну енергію через силу його тиску. Коли робоче тіло спрямоване на зворотній рух понад стінками камер з двох сторін в середину корпуса, крайні робочі лопатки е і f та е', f' розвантажуються і обертаються вхолосту. Коли надати додаткове навантаження через муфту 4, ротор зменшить оберти. Спереду робочі лопатки вже не встигають перехопити робоче тіло, яке намагається постійно вирватись з камер. Дійшовши до робочих лопаток е і f з однієї сторони і е' і f' з другої сторони вала-барабана 3, вони знову підпадуть під навантаження і спрямують його на напрямні апарати, якими є внутрішні стінки корпуса 1 і зупинять вихід його в атмосферу. Подальше навантаження на муфту 4 приводить до розходу робочого тіла з балона 12, так як перекриття виходу його стає недостатнє, щоб його утримати. При дотриманні розрахункових обертів і розрахунковій кількості закріплених робочих лопаток на валу-барабані 3, 87712 8 турбіна-двигун працює і не випускає стиснуте повітря в атмосферу. Вектори діючих сил робочого тіла на поверхні пластин 14 в різних камерах направлені в протилежні сторони, які рівні по величині і протилежні по напрямку, тому врівноважені і на вал-барабан 3 діють сили на його розрив. Сума направлених діючих сил тиску на площу поверхні конусів 13, з сторін закріплених пластин 14, помножений на пройдений шлях мітки на 1/3 висоті середнього с них конуса за одну секунду визначає потужність турбіни-двигуна. Оберти ротора регулюють величиною тиску на робочі лопатки, відкриваючи і закриваючи кран-редуктор 10. Щоб зупинити турбіну-двигун потрібно закрити кран-редуктор 10 і відкрити клапан 8. В турбіні-двигуні ротор при роботі не дає зворотну реакцію на корпус 1, а тому вона не потребує підсиленої рами для кріплення як для турбін аналога чи прототипу. Турбіна-двигун дешева в виготовленні і обслуговуванні, працює безшумно, не потребує енергоносіїв для її роботи. Потенційна енергія, яка накопичена в стиснутій масі повітря і знаходиться в балоні 12, після запуску в межах розрахункових обертах не витрачається. Турбіна-двигун має властивість збільшувати свою потужність при умові сталого тиску робочого тіла в камерах і зменшені атмосферного тиску повітря за відкритими сторонами камер. Цю властивість доцільно використовувати в двигунах на літальних апаратах при польотах на великих висотах. З'єднання турбін-двигунів з ел.генераторами в агрегати дасть можливість перейти на автономне вироблення ел.енергії для підприємств, населених пунктів і житлових будинків, що дасть можливість обійтись без високовольтних ліній електропередач і трансформаторних підстанцій. Маючи такі турбіни-двигуни можна дешево використовувати змінну і нестабільну вітрову енергію, закачуючи повітря під тиском в балони з допомогою вітроустановок. Турбіна-двигун пожежобезпечна і безшумна, тому можна встановлювати в автомобілях, підводних човнах, електротранспорті, на літальних чи космічних апаратах. Застосування турбін-двигунів в побуті і народному господарстві скоротить видобуток з надрів Землі вугілля, нафти і газу. Масове застосування турбін-двигунів ліквідує екологічні і енергетичні проблеми на Землі і дасть можливість наблизити екологію в первинний стан до початку масового використання енергоносіїв. 9 Комп’ютерна верстка О. Рябко 87712 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601