Пневматичний двигун садковського

1. Пневматичний двигун, який має корпус статора і ротор з турбіною, впускними і випускними трубопроводами для підведення і відведення газоподібного робочого тіла, який відрізняється тим, що корпус статора має чашоподібну форму з поглибленням, виконаний пустотілим і розділений перегородками з утворенням ресивера і буферної ємності, при цьому з корпусом статора зв'язаний повітроподавальний пристрій, з'єднаний з ресивером, який за допомогою повітроводів з'єднаний із впускними трубопроводами, при цьому в поглибленні статора розташований резервуар, до якого за допомогою фіксуючих пристроїв закріплені впускні і випускні трубопроводи, виконані з можливістю зміни положення по вертикалі, причому резервуар частково заповнений робочою рідиною рідинною опорою ротора, що виконаний у вигляді ввігнутої ємності тіла обертання з позитивною плавучістю і порожнистими стінками, при цьому верхня вінцева частина ротора оснащена несучим кільцевим виступом, до якого за допомогою меха C2 2 (19) 1 3 яке підводиться в камеру згоряння. У камері згоряння спалюється природний газ, що подається через форсунки. Частина повітря бере участь у горінні природного газу, а інша частина охолоджує жарові труби камери згоряння і, змішуючись із продуктами згоряння, утворює газ необхідної температури, енергія якого використається в турбінах двигуна. З камери згоряння газ надходить у послідовно розташовані турбіни високого і низького тиску. У турбінах відбувається перетворення енергії гарячих газів у механічну роботу лопаткового апарата і передатних вузлів. Ця робота забезпечує функціонування основних вузлів, які забезпечують функціонування механічних агрегатів або генераторних енергетичних установок. Недоліком відомого пристрою є те, що відома турбіна являє собою масивну металоємну конструкцію з високим ступенем інерційності. Це визначає необхідність значних енергетичних витрат на її запуск. Крім того, робота турбіни пов'язана з необхідністю спалювання газу, що, крім підвищених витрат на експлуатацію пристрою, негативно позначається на екології за рахунок значних викидів шкідливих газоподібних продуктів в атмосферу. Відома турбіна являє собою складний комплекс взаємозалежних між собою вузлів. Це визначає підвищені вимоги до якості обслуговування турбіни, виконання технічних оглядів і поточних ремонтів. Робота агрегату обумовлена встановленими експлуатаційними режимами з вузьким діапазоном характеристик, що уможливлює використання агрегату тільки в спеціалізованих умовах. Найбільш близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є пневматичний турбінний двигун, що приводиться в робочий стан за допомогою тиску пари або газу. Теплова енергія пари спочатку перетворюється в соплових апаратах у кінетичну енергію (енергію потоку пари), а потім на робочих лопатках трансформується в механічну роботу, що обертає вал турбіни. Недоліком відомої конструкції пневматичного двигуна є складність його конструкції. Це обумовлено наявністю опорних підшипників, сопел, дисків, з вінцями робочих лопаток. Робота пристрою супроводжується високою експлуатаційною температурою, низькою екологічністю і високою вартістю палива, необхідного для створення пари високого тиску. Завданням винаходу є удосконалення конструкції пневматичного двигуна за рахунок розміщення його ротора у ванні заповненою рідиною, при цьому ротор безпосередньо пов'язаний зі статором генераторного пристрою. Робота двигуна може здійснюватися як за рахунок автономного джерела стисненого повітря як у циркуляційному режимі, так і при підключенні двигуна до магістрального повітропроводу. Реалізація винаходу дозволяє мінімізувати енергетичні витрати на подолання опору в тертьових вузлах при обертанні, зменшити собівартість вироблюваної електричної енергії, зробити роботу установки екологічно безпечною і універсальною при експлуатації. 91458 4 Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що пневматичний двигун містить корпус статора і ротор з турбіною, впускні і випускні трубопроводи для підведення і відведення газоподібного робочого тіла. Відповідно до винаходу, корпус статора має чашоподібну форму тз поглибленням, виконаний пустотілим і розділеним перегородками з утворенням ресивера і буферної ємності. З корпусом статора зв'язаний повітроподавальний пристрій з'єднаний із ресивером, що за допомогою повітроводів з'єднаний із впускними трубопроводами. У поглибленні статора розташований резервуар, до якого за допомогою фіксуючих пристроїв закріплені впускні і випускні трубопроводи, які виконані із можливістю зміни положення по вертикалі. Резервуар частково заповнений робочою рідиною - рідинною опорою ротора, який виконаний у вигляді ввігнутої ємності тіла обертання з позитивною плавучістю і порожніми стінками. Верхня вінцова частина ротора постачена несучим кільцевим виступом, до якого за допомогою механічних сполучних елементів закріплена турбіна, що являє собою колесо, внутрішні і зовнішня бічні частини якого постачені зовнішніми і внутрішніми робочими пазами, що взаємодіють з повітряним потоком. Турбіна перебуває усередині кільцевої нагнітальної камери, що закріплена до фіксуючих пристроїв та до якої примикають впускні і випускні трубопроводи. По вертикальній осі ротора встановлений опорний вал, який нижньою частиною зафіксований у донній частині статора пневматичного двигуна, а верхня частина опорного вала має шліци, до яких приєднаний підшипник ротора, виконаний з можливістю поздовжніх вертикальних переміщень по шліцах опорного вала. Ротор пневматичного двигуна за допомогою опорної пластини взаємодіє з несучим валом якоря електрогенератора, статор якого закріплений до резервуара. Несучий вал у верхній і нижній частині має шліци, які взаємодіють із верхнім і нижнім підшипниками, при цьому у верхній частині несучого вала якоря електрогенератора вище нього розміщений обмежник вертикальних переміщень, що складається з верхньої і нижньої стаканів з'єднаних між собою різьбою, усередині яких розташована шайба-поршень, яка закріплена до несучого вала, при цьому простір усередині обмежника вертикальних переміщень над шайбоюпоршнем і під нею заповнені консистентним мастилом. При використанні газоподібного робочого тіла, яке поступає від магістральної повітряної системи, буферну ємність корпусу статора двигуна постачають розвантажувальним отвором постаченим запірним пристроєм у вигляді болта - заглушки або клапанного механізму. Заявлений винахід ілюструється кресленнями, де на Фіг.1 показана вертикальна проекція пневматичного двигуна; на Фіг.2 - вид збоку на турбіну і нагнітальну камеру; на Фіг.3 - вид зверху на турбіну і нагнітальну камеру. 5 Пневматичний двигун складається з корпуса статора, що виконаний пустотілим і розділеним перегородками з утворенням ресивера 1 і буферної ємності 2. Статор має чашоподібну форму з поглибленням. З корпусом статора зв'язаний повітроподавальний пристрій 3 у вигляді компресора або магістрального повітропроводу, з'єднаного з ресивером 1, що за допомогою повітропроводів (на малюнку не показані) з'єднаний із впускними трубопроводами 4. Ресивер 1 забезпечує зниження ступеня пульсації повітря перед його подачею на обертові елементи пневматичного двигуна. У поглибленні корпуса статора розташований резервуар 5, до якого за допомогою фіксуючого пристрою 6 закріплені впускні 4 і випускні 7 трубопроводи. Кріплення трубопроводів 4, 7 виконують таким чином, щоб, залежно від експлуатаційних умов, можна було за допомогою регулювальних гвинтів 8 змінювати їхнє положення по вертикалі. Резервуар 5 частково заповнений робочою рідиною, що являє собою рідинну опору 9 для ротора 10 пневматичного двигуна. Ротор 10 виконаний у вигляді тіла обертання з позитивною плавучістю і являє собою ввігнуту ємність, стінки якої виконують порожніми. Це підвищує ступінь плавучості ротора 10 й, відповідно, робить його більше стійким при обертанні під дією повітряного потоку. Верхня вінцева частина ротора 10 постачена несучим кільцевим виступом 11, до якого, за допомогою механічних сполучних елементів 12 (болти або шпильки), кріпиться турбіна 13. Турбіна 13 являє собою колесо, внутрішні і зовнішня бічні частини якого постачені зовнішніми 14 і внутрішніми 15 робочими пазами взаємодіючими з повітряним потоком. Параметри робочих пазів 14, 15 і їхня просторова конфігурація визначається, виходячи із забезпечення максимальної площі їхньої взаємодії зі спрямованим повітряним потоком. Турбіна 13 перебуває усередині нагнітальної камери 16, що складається із зовнішньої 17 і внутрішньої 18 циліндричних стінок. Ізоляція нагнітальної камери 16 досягається за рахунок кришки 19 у її верхній частині, а нижня частина нагнітальної камери 16 ізольована внутрішнім 20 і зовнішнім 21 кільцевими клапанами. У зовнішніх 17 і внутрішніх 18 бічних стінках виконані отвори (на малюнках не показані), до яких примикають впускні 4 і випускні 7 трубопроводи. Кількість трубопроводів 4, 7, їхній діаметр і розташування визначаються залежно від конструктивних особливостей пневматичного двигуна і його технічних характеристик. Горизонтальні зсуви ротора 10 пневматичного двигуна попереджуються за рахунок того, що по його вертикальній осі встановлений опорний вал 22, який нижньою частиною закріплений до донної частини корпуса статора пневматичного двигуна, а верхня частина опорного вала 22 має шліци, з якими взаємодіє підшипник 23 ротора 10, виконаний з можливістю поздовжніх вертикальних переміщень. Ротор 10 пневматичного двигуна за допомогою опорної пластини 24 взаємодіє з несучим валом 25 якоря 26 електричного генератора. Це досягається тим, що несучий вал 25 закріплюють в 91458 6 отворі опорної пластини 24 за допомогою різьби або іншого механічного з'єднання. Статор 27 електрогенератора є нерухомим за рахунок того, що він закріплений до резервуара 5 (на малюнках не показано). Як варіант, кріплення статора 27 генератора здійснюється за рахунок з'єднання несучого кронштейна 28 з резервуаром 5 за допомогою перемичок різних конструкцій. Обертання якоря 26 генератора щодо його нерухомого статора 27 забезпечується за рахунок того, що несучий вал 25 у верхній і нижній частині має шліци, які взаємодіють із верхнім 29 і нижнім 30 підшипниками. Положення несучого вала 25 визначає взаємодія електромагнітної системи 31 статора 27 і електромагнітної системи 32 якоря 26 електрогенератора. Постійна просторова орієнтація цих електромагнітних систем 31, 32 генератора визначають одержання його необхідних електричних характеристик. Виходячи з цього, стабілізація положення статора 27 генератора, щодо його якоря 26 забезпечується за допомогою обмежника вертикальних переміщень. Обмежник розташований на верхній частині несучого вала 25 якоря 26 над електрогенератором і прикріплений до кронштейна 28, що з'єднаний перемичками (на малюнках не показані) з резервуаром 5. Обмежник складається з верхнього 33 і нижнього 34 стаканів з'єднаних між собою різьбою. Усередині обмежника розташована шайба-поршень 35, яка закріплена до несучого вала 25, наприклад, за допомогою фіксуючої гайки 36. Положення шайби-поршня 35 визначається оптимальним положенням електромагнітної системи 31 статора 27 генератора щодо електромагнітної системи 32 його якоря 26. Фіксація положення шайби-поршня 35 забезпечується за рахунок того, що простір усередині обмежника над шайбою-поршнем 35 і під нею заповнюють консистентним мастилом 37. Зовнішній діаметр шайби-поршня 35 вибирається з розрахунку вільного обертання в нижньому або верхньому стакані при роботі генератора. Пневматичний двигун працює в такий спосіб. Пневматичний двигун використовується в якості мобільної електрогенераторної установки, що приводиться в рух за допомогою спрямованого повітряного потоку, створюваного за допомогою компресора або за рахунок підключення двигуна до магістральної мережі, по якій рухається повітря під високим тиском. Незалежно від конструктивного виконання, джерело повітря в описі роботи пневматичного двигуна іменується як повітроподавальний пристрій 3 який тим або іншим способом механічно пов'язаний з корпусом статора пневматичного двигуна. Від повітроподавального пристрою 3 повітря надходить у ресивер 1, у якому згладжується його пульсація за рахунок створення надлишкового тиску. У поглибленні корпуса статора розміщують резервуар 5, до якого за допомогою фіксуючих пристроїв 6 закріплюють впускні 4 і випускні 7 трубопроводи разом з нагнітаючою камерою 16. 7 Попередньо, перед запуском пневматичного двигуна, в резервуар 5 наливають рідину, таким чином створюють рідинну опору 9 ротора 10 двигуна. Кількість рідини визначається залежно від параметрів поглиблення в статорі двигуна, а також маси ротора 10. Ця кількість повинна забезпечувати позитивну плавучість ротора 10 при його обертанні. До виступу 11 у верхній вінцевій частині ротора 10 шпильками 12 закріплюють турбіну 13. Ізолюють турбіну 13 утворенням нагнітальної камери 16, що складається із зовнішньої 17 і внутрішньої 18 циліндричних стінок із кришкою 19, а також внутрішнім 20 і зовнішнім 21 кільцевими клапанами. Нагнітальна камера 16 закріплена до фіксуючих пристроїв 6. Після того, як турбінна частина ротора змонтована, до зовнішньої 17 і внутрішньої 18 циліндричним стінкам, постаченим отворами, підводять впускні 4 і випускні 7 трубопроводи. Положення трубопроводів 4, 7 разом з нагнітаючою камерою 16 змінюють за допомогою регулювальних гвинтів 8. Стиснене повітря надходить із ресивера у впускний трубопровід 4 і далі - у нагнітальну камеру 16. У нагнітальній камері 16 стиснене повітря входить у зіткнення з робочими пазами 14, 15 розташованими із зовнішньої і внутрішньої частини турбіни 13. Під дією реактивної складової стисненого повітря турбіна 13 починає своє обертання й, відповідно, обертає ротор пневматичного двигуна. Кількість впускних 4 та випускних трубопроводів визначають відповідно до геометричних параметрів двигуна, та його потужності. Встановлено, що при діаметральному розміщенні трубопроводів однакового призначення забезпечується стабільність механічних характеристик двигуна, а також стабільність його електричної складової, що формується його генераторною частиною. Перебуваючи в плавучому стані, ротор 10 обертається навколо опорного вала 22 за допомогою підшипника 23. При обертанні ротора 10 виникають коливання, що демпфірують, які згладжуються за рахунок переміщення підшипника по шліцах опорного вала 22. Обертаючий момент від ротора 10 передається через опорну пластину 24 на несучий вал. Це забезпечує обертання якоря 26 електричного генератора щодо його нерухомого статора 27. Фіксоване положення статора 27 щодо обертаючого якоря 26 забезпечують за рахунок того, що на не 91458 8 сучому валу 25 якоря на шліцах закріплюють верхній 29 і нижній 30 підшипники. Обертанням електромагнітної системи 32 якоря 26 щодо електромагнітної системи 31 статора 27 генерують електричний струм, який далі передають по проводам споживачеві. Обертання якоря 26 може викликати вертикальні коливання несучого вала, які можуть привести до порушення параметрів генеруючого електричного струму. Попередження значних коливань забезпечують за допомогою обмежника вертикальних переміщень. Для цього порожнину між верхнім 33 і нижнім 34 стаканами, розділену шайбоюпоршнем 35, заповнюють консистентним мастилом 37, яке, за рахунок високої густоти попереджає швидке перетікання мастила з верхньої порожнини в нижню і навпаки. Цим забезпечують стабілізацію положення несучого вала і мінімізують його значні коливання при обертанні. При обертанні турбіни 13 відвід повітря здійснюють по випускним трубопроводам. Якщо пневматичний двигун працює від стисненого повітря отриманого при роботі компресора, то далі відпрацьоване повітря подають у буферну ємність 2. У буферній ємності повітря акумулюється і подається знову назад у компресор для наступної подачі під високим тиском на робочі пази 14, 15 турбіни 13. Якщо пневматичний двигун працює від магістрального стисненого повітря і немає необхідності його акумулювати, то його випускають в атмосферу. Для цього буферну ємність 2 корпусу статора двигуна постачають розвантажувальним отвором постаченим запірним пристроєм у вигляді болта заглушки або клапанного механізму 38. Виконані дослідження показали, що використання заявленого пневматичного двигуна дозволяє досягти високих технічних експлуатаційних результатів, а саме: - за рахунок рідинної опори двигун має низку інерційність і мінімальні втрати енергії на подолання опору викликаного обертанням ротора; - двигун, забезпечуючи виробіток електричної енергії, не потребує значної витрати робочого тіла, яке забезпечує обертання ротора; - ефективним є використання пневматичного двигуна як генераторної установки в умовах, де розвинена система пневматичних комунікацій, які забезпечують роботу основного і допоміжного устаткування, наприклад, у шахті та у інших підземних спорудах. 9 91458 10 11 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 91458 Підписне 12 Тираж 26 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