Генератор тепла й обертального руху і.м. федоткіна

1. Генератор тепла й обертального руху, що містить ротор у формі зрізаного конуса, розміщений вертикально і коаксіально з циліндричним резервуаром більшим торцем догори, з гвинтовими канавками та соплами, який відрізняє ться тим, що має суцільний вал із нижньою і верхньою муфтами відповідно для приєднання електромотора на одному кінці та насоса - на другому, на бічну поверхню основного конічного ротора посаджено коаксіально з ним і закріплено допоміжний конічний ротор з гвинтовими канавками, який на відміну від основного ротора не має тонкостінного конічного кожуха, цей ротор розміщено коаксіально в конічному тонкостінному стакані із зазором від 0,15 до 0,5мм з можливістю обертання без контакту з конічним стаканом, до конічного стакана приварено меншим торцем догори конічну обичайку, більший 2. Генератор за п. 1, який відрізняється тим, торець якої приварено до днища резервуара. що останні ¼-½ оберту гвинтової канавки ротора, розміщеного в конічному стакані з зазором, прикрито сегментною пластиною ззовні з утворенням круглого каналу, який закінчується соплом, а верхній край нерухомого конічного стакана розміщено нижче рівня сопел, які виходять із гвинтових канавок допоміжного ротора. 3. Генератор за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що вал основного ротора має пристрій для регулювання величини зазору між бічною поверхнею виступів канавок допоміжного ротора та внутрішньою поверхнею нерухомого конічного стакана від 0,15 до 0,5 мм, при цьому за допомогою цього пристрою вал ротора може переміщатися в осьовому напрямку. 4. Генератор за пп. 1-3, який відрізняється тим, що площа поперечного перерізу гвинтових канавок допоміжного ротора в 2-6 раз менша, ніж площа поперечного перерізу основного ротора, та при однакових площах одиночних канавок їх кількість 2 (19) 1 3 38811 Корисна робота належить до енергетики, а саме до автономних генераторів тепла й обертального руху, та може бути використаний в енергетиці, в промисловості, на транспорті, в комунальному господарстві. Широко відомі різноманітні типи роторних і вихрових теплогенераторів [2, 3]. Проте в жодному з них не передбачається повернення затраченої обертальної енергії. Вироблення обертальної енергії зверх затраченої було здійснено лише в відомому двигуні Ричарда Клема [1, 2, 3]. Між тим, ніхто досі не повторив цей винахід. Причиною цього є те, що досі не створені методи розрахунку процесів у пристроях такого роду. Вирішення цих задач полегшується роботами заявника [17-21] і [21-24]. В патентах [5-16] пропонуються роторні кавітаційні теплогенератори, в яких передбачається вироблення надлишкової теплової енергії, ні в одній з цих конструкцій не вказується на можливості повернення затраченої обертальної енергії. В цих патентах використовуються ротори різних конструкцій із приводом від електромотора і з використанням насосів. Спільних ознак у конструкціях роторів з заявляємим генератором енергії у них немає. Основний недолік теплогенераторів за патентами [5-17] і в роботах [2, 3] полягає в тому, що всі вони лише споживають обертальну енергію, а не виробляють її. Аналогами заявляемого генератора є енергогенератори по заявках [22, 23, 24]. Найближчими аналогами можна вважати двигун Р. Клема [1, 2, 3] і нагнітальний насос із ротором у вигляді зрізаного конуса по патенту США №3697190 Вальтера Д. Хентйенса [4]. Спільними ознаками заявляємого генератора енергії з найближчими аналогами [1, 4] і аналогами [22, 23, 24] є: - Конічна форма ротора; - Наявність гвинтових канавок у роторі; - Наявність сопел; - Наявність зубчатих вінців; - Поєднання валів генератора, насоса й електромотора муфтами. Відмінними ознаками є: - Використання конічного барабана з гвинтовими канавками без конічного тонкостінного кожуха в якості допоміжного ротора; - Розміщення конічного барабана в нерухомому конічному стакані з зазором 0,15-0,5мм і закріплення його коаксіально на тонкостінному кожусі основного ротора; - З'єднання конічного стакана меншим торцем з меншим торцем конічної обечайки, закріпленої на днищі резервуару. - Обидва ротори обернені більшим торцем догори, а меншим - вниз; - Встановлення зворотного клапана на конічній обичайці всередині резервуару з можливістю його закривання при напорі від насоса в порожнині конічної обечайки та відкривання при виключеному насосі; 4 - З'єднання валів генератора і насоса за допомогою роз'ємної муфти для можливості відключення насоса; - Установка пристрою для осьового переміщення вала основного та допоміжного роторів; - Зменшення глибини гвинтових канавок прямокутної форми від менших торців конічних барабанів роторів до більших - пропорційно збільшенню радіусів конічних барабанів, при цьому ширина канавок лишається незмінною, а при канавках будь-якої форми - зменшення площі поперечного перерізу пропорційно збільшенню радіуса ротора; - Установка на одному з кінців вала генератора електромотора, здатного обертатися електрогенератором; - Передбачення в конструкції роторів можливості зміни напрямку обертання шляхом перестановки сопел на 180°; - Закриття гвинтових канавок конічного барабана допоміжного ротора з більшого торця на ½-¼ оберту ззовні круговою пластиною з установкою на виході з гвинтової канавки сопел; - Наявність суцільного вала у генератора енергії. Недоліками найближчих аналогів [1, 4] й аналогів [22, 23, 24] є невикористання поєднання їх можливостей і зумовлена цим недостатня ефективність. Задачею корисної моделі є створення генератора енергії для збільшення ефективності роботи та кількості виробляємої енергії. Поставлена задача вирішується тим, що генератор енергії має суцільний вал з верхньою і нижньою муфтами відповідно для приєднання електромотора на одному кінці та насоса - на другому, на бічну поверхню основного конічного ротора коаксіально з ним установлено і закріплено допоміжний конічний ротор, який не має зовнішнього тонкостінного кожуха, цей ротор поміщено коаксіально в конічний тонкостінний стакан із зазором від 0,15 до 0,5мм і з можливістю обертання без контакту з конічним стаканом, до конічного стакана приварено меншим торцем догори конічну обечайку, більший торець якої приварено до днища резервуар у, останні ¼-½ оберту гвинтови х канавок ротора, розміщеного в конічному стакані з зазором, прикрито пластиною ззовні та виконано у вигляді круглого каналу, який закінчується соплом, порожнину, обмежену конічною обечайкою всередині резервуару, з'єднано зворотним клапаном з рідинним простором резервуару, суцільний вал генератора сполучено з насосом роз'ємною муфтою. На Фіг.1 приведена схема генератора енергії з основним і допоміжним роторами, розміщеними коаксіально в циліндричному резервуарі. Фіг.2 ілюструє можливість зміни напрямку обертання роторів перестановкою сопел на 180° для випадків короткого та довгого роторів з різним співвідношенням моменту від сил тертя рідини в гвинтових канавках, який обертає ротор в один бік, до моменту від реакцій затоплених стр уменів, який обертає ротор в інший бік, що визначається експериментально. 5 38811 6 На Фіг.3 зображено розрахункову схему для В барабані 17 допоміжного ротора 16 гвинтові щілинної кавітації в допоміжному роторі. канавки 18 також при прямокутній формі мають На Фіг.4 показано варіант конструкції пристрою змінну глибину, яка зменшується вздовж канавки для регулювання зазору між конічним барабаном пропорційно діаметру ротора, а при канавках іншої допоміжного ротора і стаканом. форми - пропорційно до діаметру ротора зменшуДо складу генератора енергії входять насос, ється їх площа поперечного перерізу. приєднаний до одного кінця вала генератора, сам В верхній частині у більшого торця барабана генератор і електромотор, приєднаний до другого 17 на ½-¼ останнього оберту гвинтової канавки її кінця вала генератора. Насос і електромотор на прикриває ззовні сегментна пластина, і канавка Фіг.1 не показано. переходить у канал круглого перерізу, в кінці якого Вал електромотора приєднано до вала геневкручується сопло 25. ратора дисковою муфтою, а насос - роз'ємною Верхній рівень конічного стакана 19 установмуфтою. люється нижче рівня розташування сопла 25. Генератор енергії містить циліндричний резеГвинтові канавки в основному 7 і допоміжному рвуар 1 з верхньою кришкою 2 і днищем 3, в яких 16 роторах виконуються таким чином. У допоміжрозміщено верхній опорно-ущільнювальний вузол ному роторі кількість канавок в 2-4 рази менша за 4 і нижній - 5. В опорних вузлах 4, 5 розміщається їх кількість в основному роторі. суцільний вал 6 генератора. У зв'язку з цим крок гвинта в допоміжному роНа валу 6 закріплено основний ротор 7 генеторі також буде відповідно меншим у 2-4 рази, ратора. Основний ротор 7 має форму зрізаного меншими будуть і кути нахилу канавок до горизонконуса і складається з внутрішнього конічного батальної площини (р, обчислені за наведеною вище рабана 8, на бічній поверхні якого нарізано гвинтоформулою. ві канавки 9. Канавки мають прямокутну форму Допоміжний ротор виконує декілька функцій: (можуть бути й іншої форми - трикутні, трапецієви1) створює пряму реакцію струменів, що витідні, округлі). Ширина канавок постійна по всій їх кають з сопел 25; довжині, а глибина - зменшується вздовж канавки 2) утворює зворотні реакції від удару ци х від меншого торця до більшого пропорційно до струменів по зубцях 26 зубчатого вінця 27; збільшення діаметра ротора. 3) утворює ударно-струминну кавітацію; Нарізка канавок виконується за формулою 4) створює рушійний момент від сил тертя рідини, що рухається по гвинтових канавках; h tg j = 5) утворює рушійний момент від сили КоріоліpD са, яка зумовлюється наявністю радіальної складе h - постійний крок гвинта, D - змінний діадової швидкості руху рідини в канавках. метр ротора, j - кут нахилу канавки до горизонтаЦі всі функції ще в більшій ступені притаманні льної площини. основному ротору 7. Конічний барабан 8 розміщено всередині тонАле, крім цих функцій, допоміжний ротор 16 костінного конічного кожуха 10 і закріплено в ньостворює ще гідродинамічну силу втягнення рідини му. На валу 6 конічний барабан фіксується шпонзазором і щілинну кавітацію. кою 11. Гідродинамічна сила в зазорі утворюється До конічного тонкостінного кожуха 10 на більаналогічно мастильному шару в підшипниках і зушому торці приварюється циліндрична кільцева мовлює виникнення високого тиску. камера 12 з соплами 13. Щілинна кавітація в зазорі виникає згідно з КуЗ вн утрішньою поверхнею циліндричної кільеттовським розподілом швидкостей (Фіг.3). цевої камери 12 контактують ролики 14, які сприйЗа законом Ньютона маємо величину тангенмають радіальне навантаження. ціальної здвигової напруги: На рівні сопел розміщено зубчатий вінець 15, dW який сприймає удар стр уменів, що витікають з со, t = -m пел 13, і створює зворотну реакцію і ударноdy y = 0 струминну кавітацію. На бічній поверхні основного ротора 7 розтаде m - в'язкість рідини (динамічна), dW , - граdy шовано та закріплено допоміжний ротор 16. Цей дієнт швидкості в шарі рідини всередині зазору. ротор також має конічний барабан 17 з гвинтовими Профіль швидкості при течії Куетта, яка виниканавками 18, але, на відміну від основного ротокає: ра, не має тонкостінного кожуха і розміщається з зазором 0,15-0,5мм всередині конічного нерухомоæ yö W = uç 1 - ÷ , го стакана 19. hø è До нижнього меншого торця конічного стакана де u=pDn - лінійна окружна швидкість обер19 приварено меншим торцем конічну обечайку тання ротора, h - величина зазору. 20, більший торець якої приварено до днища 3 Диференціюючи цей вираз, отримуємо градірезервуару 1. єнт: В простір, обмежений конічною обечайкою 20, подається в період пуску по патрубках 21 або 22 через колектор 23 робоча рідина під напором насоса. Після зупинки насоса робоча рідина засмоктується дією основного і допоміжного роторів з резервуару 1 через зворотний клапан 24. dW u = - . dy y = 0 h Підставляючи в першу формулу, отримуємо здвигову напругу в рідині: 7 38811 8 тових канавок 9 ротора 7, чи сила тертя рідини, m ×u . t= яка рухається в гвинтови х канавках ротора 7. h Для цього можна в експериментальному зразДля виникнення щілинної кавітації ця напруга ку генератора використати дзеркальне розміщення повинна бути більша за кавітаційну міцність робосопел 13 (1) і 13 (2) в тілі 37 обечайки циліндриччої рідини на розрив Qк , тобто отримуємо умову ної кільцевої камери 12 (Фіг.2). При цьому виходи з виникнення щілинної кавітації в зазорі: канавок 38 відповідно корегуються. Для зміни наmu прямку обертання сопла 13 (1) разом з прокладt= ñ sк , h ками 39 переставляються в положення 13 (2), а або, переходячи до безрозмірної форми: отвори 13 (1) заглушуються. mu При наявності основного 7 і допоміжного 16 ñ 10 , , роторів перевага має бути за силами тертя рідини, hs к протікаючої в гвинтових канавках, і тому ротори де mг = Fe - число Федоткіна [19, 17]. передбачливо обертати вправо за рухом рідини в рsк гвинтових канавках, а сопла 13 і 25 - спрямовувати Для води при температурі t=20°: вліво в протилежному напрямку. В цьому випадку sк =0,3МПа=30000кг/м 2, сила реакції затоплених струменів, що ви ходять із m=102×106кг×с/м 2, гвинтових канавок 9 ротора 7 у циліндричну камеu=pDn=3,14×0,2×50=31,4м/с, ру 12, будуть чинити опір обертанню ротора. величина зазору буде: Генератор працює наступним чином. Запускається електромотор з насосом, їх вали з'єднані -6 mu 102 × 10 × 3,14 муфтою з валом 6 генератора, який набирає оберh= = = 1× 10 - 4 м = 0,1 . мм sк 30000 ти. З ростом температури величина sк (t) зменшуРезервуар 1 заповнено робочою рідиною ється, при t=90° маємо: зверх рівня вводу рідини в канавки 9 ротора 7. Рідина з резервуару 1 по патрубку 40 поступає на 90 s к = 30000 × = 13500 , всмоктуючий патрубок насоса і під напором насоса 20 подається через патрубки 21 або 22 в простір, обі величина зазору для виникнення щілинної межений конічною обечайкою 41, а звідти - до кавітації буде: входу в гвинтові канавки 9 і 18 основного 7 і допо30000 міжного 16 роторів генератора. По гвинтових канаh = 1 × 10 - 4 = 2,2 × 10 - 4 м = 0,22мм . 13500 вках 9 і 18 рідина піднімається до їх ви ходу і поДля олії буде потрібний більший зазор. ступає в сопла 13 і 25. В соплах перегріта Виникає необхідність регулювання величини низькокип'яча компонента робочої суміші (рідини) зазору. Для цього у генератора передбачається вскипає і пришвидшує р ух реактивних струменів у спеціальний пристрій. соплах. Після виходу з сопел 13 і 25 реактивні Пристрій для поздовжнього переміщення вала струмені контактують з зубцями 26 зубчатих вінців 6 генератора може бути виконано в різних варіан15 і 27 і створюють зворотні реакції. тах. Ротори 7 і 16 набирають обороти, робоча ріВ нижньому опорно-ущільнювальному вузлі 5 дина перегрівається. можливий варіант пристрою для поздовжнього Прискорення руху роторів 7 і 16 і перерозподіл переміщення вала, зображений на Фіг.4. витрат енергії обертання з електромотора на роВал 6 має на тонкому кінці нарізну частину 28, тори 7 і 16 відбувається під дією таких сил: на яку накручується гайка 29 з контргайкою 30. 1. Сили тертя рідини при протіканні під напоГайка 29 контактує торцевою поверхнею з втулкою ром насоса і відцентрових сил у гвинтови х канав31, яка посаджена на вал 6 з ковзною посадкою і з ках. можливістю поздовжнього пересування. 2. Різниці обертальних моментів на більшому і Втулка 31 своїм бунтом 32 опирається на внуменшому торцях роторів, обумовлених зростанням трішнє кільце 33 радіально-опорного підшипника окружної швидкості обертання за рахунок збіль34, запресованого своїм зовнішнім кільцем у коршення діаметра та зростання швидкості рідини в пусі 35. Втулка 31 сумісно з внутрішнім кільцем 33 канавках внаслідок зменшення їх глибини. підшипника 34 і гайкою 29 з контргайкою 30 обер3. Реактивних сил витікаючих із сопел струметається разом з валом 6. Вал 6 разом з роторами нів. 7 і 16 опираються за допомогою бунта 32 на внут4. Сил зворотних реакцій від удару реактивних рішнє кільце 33 підшипника 34 під дією своєї власструменів по зубцях зубча тих вінців. ної ваги. 5. Сил Коріоліса в роторах, які утворюються за Для зміни величини зазору між конічним барарахунок радіальної компоненти швидкості рідини в баном 17 і стаканом 19 - вал 6 утримується гаєчканавках, обумовленою конусністю роторів. ним ключем за площадки 36 квадратного перерізу, 6. Сили захоплення рідини зазором між баравідпускається контргайкою 30, і прокручується гайбаном 17 і конічним стаканом 19 з утворенням вика 29, при цьому величина зазору змінюється в сокого тиску. потрібному напрямку. Нагрів робочої рідини в генераторі викликаНеобхідність зміни напрямку обертання ротоється діями: рів 7 і 16 виникає в зв'язку з потребою експериме1. Відцентрової кавітації в роторах 7 і 16. нтального визначення, яка з сил більша - сила 2. Щілинної кавітації в зазорі між барабаном реакції затоплених стр уменів, що ви ходять з гвин17 і конічним стаканом 19. 9 38811 10 3. Ударно-струминної кавітації, що виникає 8. Патент РФ №2085273 МПК В01Р7/00 / Клапри ударі реактивних струменів, які виходять із дов А.Ф. Бюл. №21, 1997г. сопел 13 і 25 по зубцях 26 зубчатих вінців 15 і 27. 9. Патент РФ №2116583 МПК F24J3/00. СпоПід дією тиску насоса зворотний клапан 24 засоб нагрева жидкости / Порсев Е.Г. // приор. от критий, і циркуляція робочої рідини йде через на29.06.96. Внесен в Госреестр 27.07.98. сос. 10. Патент РФ №2061195 МПК F24J3/00 / СпоПо мірі того, як ротори 7 і 16 набирають оберсоб тепловыделения в жидкости / Душкин А.П. и ти, робоча рідина перегрівається і вскипає в сопдр. // Приор. от 21.06.95. Внесен в Госреестр лах, навантаження, пов'язане з обертанням насо27.05.96. са і роторів, переходить від електромотора до 11. Патент РФ №2142604 МПК F24J3/00. Спороторів. Насос разом із електромотором відключасоб получения энергии и резонансный насосється, муфта, яка з'єднує вал 6 генератора з ватеплогенератор / Петраков А.Д. // Бюл. №34, 1998. лами насоса й електромотора роз'єднується, і ге12. Патент РФ №2159901 МПК F24J3/00. Ронератор деякий час працює в режимі торный насос-теплогенератор / Петраков А.Д. // самообертання. Бюл. №33, 2000. При цьому з відключенням насоса тиск у прос13. Патент України №50608А МПК F24J3/00. торі, обмеженому конічною обечайкою 41, спадає, Нагрівач рідини / Потапов Ю.С., Фомінський Л.П., і зворотний клапан 24 відкривається. Після цього Потапов С.Ю. // Бюл. №6, 2000. циркуляція робочої рідини відбувається лише все14. Патент України №47535 МПК F24J3/00. редині резервуару 1. Робоча рідина під дією відСпосіб одержання тепла / Потапов Ю.С., Фомінсьцентрових сил самозасмоктується роторами 7 і 16 кий Л.П. // Бюл. №7, 2002, пріор, від 18.05.2000. з рідинного простору резервуару 1 через зворот15. Патент РФ №2165054 МПК F24J3/00. Споний клапан 24, який в цьому випадку відкривається соб получения тепла / Потапов Ю.С., Фоминский у зв'язку з відсутністю напору насоса. Засмоктана Л.П., Талмачев Г.Ф. // Бюл. №10, 2001. рідина поступає в гвинтові канавки 9 і 18, звідти - в 16. Патент України №50605А. Спосіб і пристрій сопла 13 і 25, а з них - у рідинний простір резервудля нагрівання рідини. / Фомінський Л.П., Потапов ару 1, звідки - знову засмоктується через зворотЮ.С, Потапов С.Ю. // Бюл. №10, 2002. ний клапан 24. 17. Федоткин И.М., Г улый И.С. Кавитация, каНаступний цикл запуску насоса може виникнувитационная техника и технология, их использоти через проміжок часу, який визначається темпом вание в промышленности (теория, расчеты и консохолодження робочої рідини від відбору тепла в трукции КА) - К.: "Полиграфкнига", 1997 - 840с., систему опалення, а може і взагалі не виникнути Часть I. при малому відборі тепла. 18. Федоткин И.М., Г улый И.С. Кавитация, каДжерела інформації: витационная техника и технология (теоретические 1. Роберт Кунц. Мотор Ричарда Клема и кониосновы производства избыточной энергии, расчет ческий насос. "Новая энергетика", №2, 2003г., и конструирование кавитационных теплогенератос.61-64. ров). - К.: АО "ОКО", 2000г. - 898с., Часть ІІ. 2. Фоминский Л.П. Роторные генераторы да19. Федоткин И.М., Боровский В.В. Избыточрового тепла. Черкассы, "ОКО-Плюс", 2003г. ная энергия и физический вакуум. Винница, 2004г. 346с. - 352с. 3. Фоминский Л.П. Сверхединичные теплоге20. Ткаченко А.Н., Федоткин И.М., Тарасов нераторы против Римского клуба. Черкассы, В.А. Производство избыточной энергии. - К.: "Тех"ОКО-Плюс", 2003г. - 424с. ніка", 2002. - 329с. 4. Патент США Haentjens №3697190 від 10 21. Ткаченко А.Н., Федоткин И.М., Тарасов жовтня 1972р. Нагнітальний насос з ротором у В.А. Кавитационная техника и технология. - К.: вигляді зрізаного конуса // Walter D. Haentjens / "Техніка", 2001г. - 462с. RD1, Sugarloaf, Pa, 18201, Fo1d5/00. 22. Заявка а200713837 від 10.12.2007р. (Укр.) 5. Патент США №5188090 кл. 126/247 // Griggs Багатоступеневий генератор тепла і обертового J.L. // от 23.02.93. руху. / І.М. Федоткін. 6. Патент СССР №1329629 МПК F24J3/00. На23. Заявка а200800925 від 25.01.2008р. Енерсос нагреватель текучей среды / Махмет Р. Гексен гогенератор І.М. Федоткіна. // Бюл. №29, 1987. 24. Заявка U200802785 від 03.03.2008. Бага7. Патент РФ №2054604 МПК F24J3/00. Спотороторний суперкавітаційний генератор енергії / соб получения энергии / Кладов А.Ф. // приор. от І.М. Федоткін. 02.07.93. 11 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 38811 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601