Рисунок 1

Рисунок 2

После распада Советского Союза Украина унаследовала значительную инфраструктуру авиационного сектора, включающую предприятия, способные производить самолеты и компоненты к ним. Однако эта индустрия столкнулась с рядом серьезных проблем, таких как устаревание оборудования, нехватка финансовых ресурсов из – за отсутствия заказов на производство самолетов, что привело к полной остановке работы предприятий авиационного сектора. Однако в ходе проведения боестолкновений ВСУ Украины первыми применили небольшие БПЛА, которые зарекомендовали себя очень хорошо.

Отличаясь простотой и дешевизной при производстве, доказали свою высокую эффективность на поле боя, в первую очередь из-за отсутствия эффективных средств борьбы с ними.

Рисунок 3

Малозаметная цель из-за размеров и отсутствия эхопозитивных материалов в конструкции позволяет не только производить большое количество в короткое время (в том числе в непосредственной близости от лини боевого соприкосновения), но и организовывать атаки «роями» дронов (Одновременная атака большим количеством на один объект.) Отражать которые очень трудно в связи с отсутствием эффективных средств поражения во всех эшелонах ПВО.

Предлагаемый способ уничтожения дронов противника предназначен для применения в военном деле и основан на формировании обладающего высокой кинетической энергией, узконаправленного пучка продуктов сгорания от детонации заряда бризантного взрывчатого вещества (ВВ) специальной формы и конструкции в устройстве, имеющем камеру детонации сферической формы и волновод, обеспечивающий создание высоких уровней давления и температуры во фронте ударной волны (УВ) направленного действия.

Для этого осуществляется подрыв калиброванного заряда ВВ специальной конструкции, который инициируется заданным порядком точно в фокусе камеры детонации, с целью получения на выходе из волновода узконаправленный фронт УВ, имеющий высокую кинетическую энергию, возникшую в результате возбуждения ударного импульса сжатия УВ в специальном устройстве, позволяющем не только осуществить возбуждение калиброванного заряда специальной конструкции в фокусе камеры детонации, но и получить фронт УВ направленного действия, усиленный интерференцией УВ, отраженных от сферического отражателя камеры детонации, с наложением УВ, отраженных от стенок канала волновода.

Рисунок 4

Способ осуществляется в следующим устройстве: в стальном корпусе 1 выполнен канал волновода 2 с камерой детонации, стенки которой выполнены как сферический отражатель 9 ударной волны (в случае концентрации — цилиндрический фиг. 3), в центре которого имеется калиброванное отверстие для размещения заряда ВВ 10, специальной формы и конструкции. Этот заряд ВВ состоит из заряда бризантного ВВ 6, цилиндрической формы, выполненного в гильзе 8 из сгораемого материала, закрепленного на стальном поддоне 10, с зарядом инициирующего ВВ 7 внутри, заключенного в трубку из инертного материала 5, имеющего на одном конце капсюль-детонатор 11, разбиваемый ударником 13, выполненным внутри затвора 12 ударно-спускового механизма. На другом конце заряда инициирующее ВВ имеет прямой контакт с бризантным ВВ таким образом, чтобы очаг инициации заряда находился в фокусе камеры детонации. После подрыва заряда бризантного ВВ формируется ДВ 4, а дальнейшее возбуждение детонации идет вдоль оси камеры детонации, обусловленной формой этого заряда и тем, что слои внутри бризантного ВВ, разогретые инициирующим ВВ, становятся более чувствительными к детонации. Это приводит к тому, что все продукты детонации ВВ также формируют сферическую УВ, которая отражаясь от отражателя 9 камеры детонации и стенок волновода 2 в направлении, указанном стрелками 3, накладываются на первичную УВ 4 и по закону интерференции формируют узконаправленную ударную волну высокой кинетической энергии почти как в кумулятивном заряде выстрела к ручному противотанковому гранатомету РПГ- 7 (См. рис.)

Рисунок 5

Принцип действия кумулятивного заряда основан на формировании направленного потока продуктов детонации взрывчатого вещества (далее ВВ) заряда вместе с расплавленным материалом обкладки кумулятивной воронки (воронкообразной выборки в теле бризантного ВВ) высокой плотности, называемого кумулятивной струей. Этот эффект достигается благодаря конструкции боеприпаса, имеющего воронкообразное углубление, направленное в сторону бронированного объекта и детонационному процессу.

Рисунок 6

Обкладка кумулятивной воронки из металлического материала (обычно медь или сталь), подвергается воздействию ударной волны после подрыва, в результате которого металл обкладки расплавляется и деформируется, формируя тонкую направленную струю, движущуюся со скоростью несколько км/с. Кумулятивная струя обладает огромной кинетической энергией и поэтому способна проникать сквозь гомогенную броню толщиной до 500 мм, оставляя за собой отверстие диаметром около 5 см.

В предлагаемом устройстве тонкая, направленная струя, имеющая температуру более 3 000⁰ С не фокусируется в одной точке, а расходится расширяющейся струей и на удалении до 50 метров расплавленный метал превращается в мелкую дробь, которая сохраняет высокую кинетическую энергию, достаточную для уничтожения квадрокоптеров противника. Кроме того, детонационная волна на выходе из волновода превращается в ударную волну, которая так же производит ударное воздействие на объект атаки – БПЛА противника.

На данном фото видны сопла на концах лопастей пропеллера первого и на сегодняшний день единственного, серийно выпускавшегося французского вертолета SO-1221 Djinn., которые и создавали крутящий момент во время полета этого вертолета.

Отличаясь простотой и дешевизной при производстве, доказали свою высокую эффективность на поле боя, в первую очередь из-за отсутствия эффективных средств борьбы с ними.

Вертолет с воздушным приводом лопастей несущего винта французской фирмы Societe Nationale de Constructions Aeronautiques du Sud-Ouest — SO-1221 Djinn.

Единственный серийно производившийся вертолёт с реактивным приводом несущего винта. Турбокомпрессор его подавал сжатый воздух в лопасти винта и по воздуховодам он доходил до реактивных сопел на концах лопастей, которые и раскручивали винт.

Межконтинентальная крылатая ракета глобальной дальности 9М730

В «Буревестнике» используется прямоточная газовая турбина открытого типа. Это значит, что в соплах происходит нагревание воздуха ядерным реактором и за счёт адиабатического расширения нагретого воздуха в конфузорах Лаваля тепловыделяющие элементы, результате чего и появляется реактивная движущая сила.

Самый большой минус квадрокоптеров (далее БПЛА) — короткое время полета. Применение АКБ увеличенной ёмкости не только снижает полезную нагрузку БПЛА из – за большого веса АКБ, но и снижает самое главное достоинство БПЛА – его дешевизну при производстве, обслуживании и эксплуатации. Применение ДВС приводит не только к удорожанию конструкции, но и усложняет производство, обслуживание, эксплуатацию БПЛА с ДВС и предъявляет повышенные требования к квалификации обслуживающего персонала.

Предлагается использовать в качестве усилителя крутящего момента на валу лопастного движителя роторное, инерционное устройство в сочетании с установленным перед воздухозаборником этого устройства — ротором Дарье, ускоряющий поток набегающего воздуха, что в сочетании с центробежным ускорением воздуха из окружающей среды, плюс разгоняемого нагревом от тепло-выделительных элементов (далее ТВЭЛ) в диффузорах сопел Лаваля, позволяет увеличивать время полета БПЛА почти в 2 раза, или экономить расход топлива для БПЛА с ДВС за счет снижения лобового сопротивления пропеллеров и увеличения мощности на валу лопастей. Патент RU 232 240 U1, RU 239 569 U1.

Устройство в таком исполнении изготавливается из дюралюминия и состоит из корпуса 10, внутри которого монтируются два ротора, закрепленных на подшипниках качения 8 с угловыми шестернями 9 на концах осей 3, позволяющими не только передавать вращение от ведомого вала 12, с помощью закрепленной на нём шестерни 9 и вращаться на подшипниках качения 11, но и распределять это вращение таким образом, чтобы пропеллеры 1 на противоположных концах разных осей 3 вращались в разные стороны. Два одинаковых ротора, расположенных в корпусе 10 вдоль одной оси, вращения, состоят из нескольких одинаковых, но выполненных симметрично деталей: — ось 3 с закрепленным на ней пропеллером 1 и выполненным внутри этой оси воздуховодом 2 с воздухозаборником 5, выполненным внутри ротора Дарье 4 и соединенным с воздуховодом 2 , соединяющим сопла Лаваля 6 с ротором Дарье, поперечины которого имеют в разрезе форму крыла самолета, закрепленные между двумя алюминиевыми дисками неразъемными соединениями с углом атаки α = 7-9 град и выполненные на оси вращения пропеллеров 1.

Предложенная мной полезная модель приводится в действие и разгоняется до заданных параметров электродвигателем 26 с помощью разгонной муфты 18 с приводной шестеренкой 19, которые работают по принципу обычного стартера, как показано на рисунке. Для начала разгона замыкается выключатель 28.

После чего напряжение с АКБ 27 подается на втягивающее реле 31, а затем на удерживающее реле 30 через приборы контроля 29, благодаря чему якорь 32, втягиваясь в реле, перемещает вперед рычаг привода 21 разгонной муфты 18, которая движется по специально подготовленному для неё отверстию 23 овальной формы, в корпусе 14. Внутри разгонной муфты 18 на подшипниках 20 закреплена приводная шестеренка 19, которая своими шлицами входит в зацепление со шлицами ведомого вала 16 и фиксирует шлицевые соединения ведущего 22 и ведомого 16 валов. После достижения заданного числа оборотов втягивающее реле отключается, шестеренка 19 возвращается в исходное положение.

И роторный усилитель крутящего момента авиадвижителя переходит на самовращение. В этом случае не прекращается подача электроэнергии от постороннего источника (АКБ или генератор) по двум проводам 17, + и – через токосъемники на токо- приёмные кольца 26 на валу 2 и далее до тепловыделяющих элементов 25, представляющие собой два или три витка нихромовой проволоки в керамической оболочке. В случае снижения числа оборотов ниже заданных, втягивающее реле 31 срабатывает вновь, разгоняя ротор усилителя в автоматическом режиме.

В предложенном проекте техническая задача решается тем, что в самом узком месте сопел Лаваля установлены тепловыделяющие элементы, нагреваемые электроэнергией, поступающей от постороннего источника (генератора, или аккумулятора), а в качестве рабочего тела используется воздух из окружающей среды, который ускоряется под действием нагрева тепловыделяющими элементами в диффузорах сопел Лаваля.

Прежде чем перейти к описанию методики расчета, хочу напомнить одну интересную ситуацию, которая происходит с каждым человеком, который утром (а иногда и не только утром) пьёт чай… Ну или кофе… Но перед этим размешивает сахар в стакане ложечкой. Примерно вот так, как на фото ниже:

Скорей всего все видели воронку, которая образуется на поверхности напитка, но мало кто задумывался почему жидкость возле стенок стакана (или кружки) вдруг начинает подниматься и лезет вверх на стенки… А в центре стакана поверхность воды начинает опускаться… Раз жидкость поднимается, значит растет её внутренняя энергия, которая характеризуется давлением. Но откуда взялось это давление в отдельно взятом стакане, причем только вдоль стенок?

И для этого рассмотрим графическое распределение нагрузок во вращающемся открытом сосуде высотой Zn, наполненного. на высоту Zo, на чертеже ниже:.

Рассмотрим вращение жидкости в незаполненном цилиндре, а в полученную формулу подставим значения плотности воздуха. На рисунках хорошо видно распределение нагрузок и инерционных сил в цилиндре высотой Zп, заполненном жидкостью на высоту Z₀, вращающемся вокруг своей оси с угловой скоростью ώ. На жидкость будут действовать силы атмосферного давления, момент сил инерции кругового движения, а на дно цилиндра ещё и вес этой жидкости. При вращении сосуда вокруг вертикальной оси с угловой скоростью ώ на каждую частицу жидкости массой т, кроме силы тяжести g, действует инерционная сила (центробежная) f=т ώ²r, Н/м; ( 1 )

Где:
f – центробежная сила, Н/м;
т – масса элементарного объема, выбранного для проведения расчетов, кг;
ώ – угловая скорость, с^-1;
r – расстояние до центра вращения, м.

Вот под действием этой центробежной силы свободная поверхность искривляется – в центре жидкость опускается, а у стенок поднимается. Свободная поверхность принимает форму параболоида вращения, описываемую уравнением ( 2 ):

Где:
Z – высота динамического подъема жидкости, в зависимости от радиуса вращения и максимальной она будет непосредственно у стенки вращающегося сосуда, м;
Z₀ – первоначальная высота налива жидкости в цилиндре, м;
r – расстояние до центра вращения, м;
ώ – угловая скорость, с^-1.

Из данной формулы видно, что от плотности рабочей жидкости не зависит на какую высоту поднимется у стенок цилиндра параболоид верхнего зеркала жидкости, а зависит только от величины угловой скорости и радиуса вращения.

Подставляя значения, определенные по уравнению (1) в дифференциальное уравнение неразрывности потока жидкости Бернулли и интегрируя его с учетом того, что при больших угловых скоростях атмосферное давление — P_атм в цилиндре ротора не существенно влияет на величину получаемого давления, мы можем пренебречь его значением и для практического применения получим уравнение, с помощью которого можно определить давление рабочей среды в любой точке вращающегося сосуда:

Где:
Р_м – давление жидкости, Па;
ρ – плотность жидкости, кг/м³;
g – ускорение свободного падения, м/с²;
ώ – угловая скорость единицы объема,с^-1;
r – радиус вращения рассматриваемой единицы объема, м;
z – высота столба жидкости в роторе, м.

В центре цилиндра уровень жидкости понижается на величину:

Давление на днище цилиндра Р_ст на оси вращения не зависит от скорости вращения цилиндра, соответствует гидростатическому и зависит только от высоты столба жидкости.

Проведя анализ формулы (3), мы видим, что давление среды, используемой в качестве рабочей в цилиндре ротора, при его вращении возрастает по мере удаления от центра вращения. Причем – если радиус вращения единицы объема увеличится в 10 раз, потенциальная энергия её возрастает примерно в 50 раз при той – же скорости вращения.

Это видно на Фиг. 4 — эпюры давлений на крышку, стенку и дно герметичного, вращающегося, полностью заполненного жидкостью цилиндра ротора. В центре вращающегося цилиндра ротора возникает разрежение, которое поможет циркуляции рабочей жидкости внутри полезной модели, если жидкость из цилиндра будет выходить через специальные форсунки. Поэтому входные окна с крыльчаткой подпорного вентилятора располагаются в максимальном приближении к центру вращения цилиндра. Однако, из анализа формулы ( 3 ) мы видим, что именно плотность используемого в качестве рабочего тела продукта имеет существенное значение для получения эффективного момента силы.

Учитывая то, что плотность окружающего воздуха составляет примерно 1,2 кг/куб. м., чтобы получить существенную величину давления воздуха на выходе из цилиндра ротора – на входе в форсунки, необходима большая угловая скорость вращения цилиндра ротора. При вращении цилиндра ротора с угловой скоростью ώ_{угловая} в направлении, как показано на рисунке , единица рабочей среды (воздуха) на входе в форсунку имеет давление Р, согласно формулы (3). Зная давление рабочей среды (воздуха) на входе в форсунку, можно рассчитать реактивную силу R, действующую на внутреннюю стенку, при повороте канала на 90⁰ в форсунке, в объеме, обозначенном на рис. между двумя штриховыми линиями, по формуле ( 5 ):

Где:
R – реакция стенки канала на изгибе, Н/м;
P – давление рабочей среды (воздуха), мПа;
_π – постоянная, равная 3,14;
d –диаметр канала форсунки, м;
α – угол поворота канала форсунки;

Эффективность работы ротора Дарье характеризуется его способностью увеличивать скорость ветрового потока, этот коэффициент задается отношением полезной мощности ротора N к мощности потока N_f в поперечном сечении ротора:

Где:
ρ — плотность среды, кг/м³;
S — площадь поперечного сечения ротора, м²;
V — скорость ветрового потока, м/с;
ω – угловая скорость вращения ротора.

Степень повышения давления внутри ротора Дарье F, удобно определять через безразмерный коэффициент момента

Где:
C_N – коэффициент использования энергии ветрового потока;
Z = ωR/V;

Где:
Z – безразмерный коэффициент быстроходности ротора;
R – радиус вращения, м; ω – угловая частота вращения ротора;
V – скорость ветрового потока.
V = √2gР_п;
Q_мрв = 0,67d²P_п Оптимальные геометрические размеры находим по формулам; общая площадь ротора – S = n_rDl, хорда крыла – λ = l/b, коэфициент заполнения σ = n_bb/D.

Зная, какой нужно получить массовый расход и давление воздуха на входе в каналы сопла Лаваля, можно приблизительно рассчитать геометрические размеры ротора Дарье, расположенного вокруг заборных окон оси ротора. Зная динамическое давление Р, которое должен создавать указанный вентилятор, можем рассчитать площадь входного отверстия вентилятора на оси ротора, используя для решения формулу ( 11 ) и решив её как дифференциальное уравнение:

Где:
Q – объёмный расход воздуха, м³/сек;
ρ – плотность воздуха, кг/м³ ;
S – площадь входного отверстия вентилятора на оси ротора с крыльчаткой ротора Дарье с наружи, м².

Также можно найти скорость воздушного потока V на выходе, по формуле ( 12 )

Где:
Q – объёмный расход воздуха, м³/сек;
S – площадь поперечного сечения ротора Дарье по наружному диаметру, м².

По мере движения воздуха по соплу, его температура и давление снижаются за счет адиабатического расширения в канале форсунки после диффузора, а скорость истечения воздуха (в самом узком сечении канала сопла) возрастает, за счет чего внутренняя энергия воздуха преобразуется в кинетическую энергию движущегося воздуха. И если мы подведем дополнительное тепло с помощью тепловыделяющего элемента ( см. фиг. 9) к сужающейся части сопла Лаваля, то расширяющийся газ даст дополнительную энергию форсунке, а значит и всему ротору. И тогда в наименьшем по размеру сечении внутреннего канала форсунки, между сужающейся и расширяющейся частью сопла Лаваля происходит переход от дозвукового течения воздуха к сверхзвуковому. При этом параметры потока, также как и само сечение называют «критическим».

Массовый расход воздуха m, в канале, определяется по формуле ( 6 ):

Где:
ρ – плотность воздуха, кг/м³;
V – скорость потока воздуха в канале сопла, м/с;
S – площадь сечения канала, м² ;

Исходя из того, что массовый расход воздуха m постоянен во всех сечениях сопла Лаваля, определяем геометрические размеры самого узкого сечения канала, называемого «критическим», по формуле ( 7 ); — квадратные метры;

Где:
S_* – площадь «критического» сечения канала, м²;
m – массовый расход воздуха в канале, кг/с;
T₀ – температура торможения газа в сопле из-за аэродинамического сопротивления сужающейся сечения канала (определяется опытным путем и при нормальных условиях равен 1120 К), К;
B – коэффициент сжимаемости воздуха. Показывает величину изменения давления воздуха при изменении температуры и скорости истечения. При нормальных условиях равен 0,04041с× K^0,5/м;
ρ₀ – полное давление в самом узком сечении канала сопла Лаваля, Па.

Теперь диаметр самого узкого сечения канала сопла Лаваля, которое называют «критическим», найдем по формуле (8): в м.

Где:
S_* – площадь «критического» сечения канала, м²;
π – математическая постоянная.

Определив скорость истечения потока из выходного сечения канала и зная массовый расход воздуха в этом канале сопла Лаваля, можно определить момент силы тяги в нем. Для этого воспользуемся формулой Циолковского (9):

Где:
F – момент силы тяги сопла Лаваля, Н;
V_в – скорость течения воздуха по каналу сопла, м/с;
m_в – масса воздуха, протекающая по каналу сопла в единицу времени, кг/с;
t – время, сек.

Расход топлива в структуре издержек любого авиаперевозчика занимает лидирующее положение, поэтому гарантированное снижение расхода топлива на 50% привлечет потенциальных клиентов. На сегодня в стране и за рубежом нет ни одного производителя подобных авиационных движителей.

Отличаясь простотой и дешевизной при производстве, доказали свою высокую эффективность на поле боя, вНа сегодняшний день в нефтедобывающей отрасли возникли серьёзные проблемы с разработкой разведанных запасов. В связи с выработкой легких фракций нефти, из существующих скважин и всё более глубоким залеганием разрабатываемых пластов, появилась категория запасов, которые относят к трудноизвлекаемым. По оценке Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых, общий объём трудноизвлекаемых запасов нефти в России (далее ТРИЗ) на начало 2023 года составлял 16,5 млрд. тонн и к 2030 году, по прогнозам первого заместителя министра энергетики Павла Сорокина, доля ТРИЗов в российских запасах может достичь 80%. первую очередь из-за отсутствия эффективных средств борьбы с ними.

Основная причина отнесения запасов к категории ТрИЗ — несоответствие существующих технологий геологическим особенностям пласта, что делает разработку экономически неэффективной.

Основные проблемы с извлечением трудноизвлекаемых запасов нефти (ТрИЗ) можно сгруппировать по ключевым геологическим и технологическим факторам.

Высоковязкая нефть (более 100 сПз):

• низкая подвижность в пласте;
• сложности подъёма на поверхность и транспортировки;
• необходимость дорогостоящих технологий (закачка горячей воды/пара, электрические обогреватели, винтовые насосы).

Низкопроницаемые коллекторы (менее 4 мД):

• нарушение закона Дарси, нелинейная фильтрация;
• потребность в начальном градиенте сдвига для начала фильтрации;
• требование специальных технологий (например, горизонтальные скважины с многозональным ГРП).

Подгазовые зоны и нефтяные оторочки:

• неконтролируемые прорывы газа к нефтяным скважинам;
• разгазирование нефти при незначительном снижении пластового давления (большое выделение растворенных в пластовых жидкостях газов, что приводит к невозможности осуществлять перекачку таких нефтей центробежными насосными агрегатами);

Рисунок 1

Решить Указанные проблемы и должен запатентованный инновационный, бесклапанный насос объёмного типа. Изобретение относится к насосостроению, точнее к области гидравлических насосов объёмного вытеснения, в частности к погружным, бесштанговым, многоплунжерным насосам, предназначенным для подъёма тяжелых, высоковязких сред со значительными механическими примесями с больших глубин, так называемых трудноизвлекаемых запасов нефти.

Целью изобретения является повысить надежность работы погружного насоса, повысить его энергоэффективность и увеличить межремонтные сроки при работе предлагаемого насоса.

Цель достигается путем отказа от цилиндров, клапанов и упрощения конструкции погружного, объёмного насоса. Решение указанной технической задачи обеспечивается тем, что рабочие цилиндры объёмного насоса меняются на более простые по конструкции, следовательно и более надежные в работе — плунжера. В корпусе из стали устанавливается не менее трёх, но оптимальнее, для сокращения объёмных потерь в насосе – пяти плунжеров, отличающихся тем, что конфигурация кромок позволяет самоочищаться посадочным местам плунжеров от налипания механических примесей из перекачиваемого продукта, в процессе работы. Кроме того, привод плунжеров гидравлический от центробежного насоса, установленного на поверхности, что позволяет использовать насос небольшой мощности, поскольку необходимое давление в гидравлической системе создаётся за счет геометрической высоты положения насоса. Порядок работы – опускание и подъём плунжеров регулируется по специальной программе, заложенной в блок управления плунжерного насоса, который одновременно с этим служит распределителем электроэнергии, поступающей с поверхности, по соленоидам, открывающим и закрывающим гидравлические золотники – распределители непосредственно на каждом плунжере. Возврат в исходное положение плунжера (открытое) осуществляется возвратной пружиной.

Рисунок 2

Многоплунжерный, бесклапанный, объёмный насос состоит из стального, прочного корпуса 11 в котором выполнены прорези с посадочными пазами10 для плунжеров 9. Плунжера с приводами в виде соленоидов, объединены в блок плунжеров и заключены в облегчённый, технологический корпус 3, на котором закреплен блок управления 1. Питание к блоку управления 1 подаётся с поверхности по электрической линии 12. Далее в блоке питания импульс электроэнергии распределяется между соленоидами по проводам 2, в порядке, согласно порядку работы плунжеров насосного агрегата. При поступлении импульса на обмотку 6 соленоида, сердечник 7 из ферромагнитного сплава, внутри корпуса 4 втягивается в обмотку 6 соленоида в направлении, указанном стрелкой 8 и полностью перекрывает проходное сечение многоплунжерного, бесклапанного, объёмного насоса, двигаясь по пазам 10. В исходное (открытое) положение плунжер возвращает возвратная пружина 5.

Предлагаемый многоплунжерный, бесклапанный объёмный насос работает следующим образом. Перед началом работы этот насос необходимо полностью заполнить перекачиваемым продуктом, или предлагаемый объёмный насос должен быть опущен в перекачиваемую среду таким образом, чтобы во всасывающем патрубке создавался подпор (давление выше атмосферного) поскольку предлагаемый многоплунжерный, бесклапанный объёмный насос не самовсасывающий, не имеет клапанов, а все плунжера в нормальном положении открытые.

С началом работы подается импульс электрической энергии на первый, самый нижний соленоид – привод первого плунжера. Как только проходное сечение насоса перекрыто, импульс электроэнергии подается на следующий, расположенный выше плунжер. При этом нижний плунжер остается закрытым до момента полного перекрытия проходного сечения насоса следующим, расположенном выше, плунжером. В момент перекрытия проходного сечения насоса средним плунжером, нижний плунжер открывается под действием возвратной пружины, поскольку импульс электроэнергии с обмотки его соленоида снимается, а на обмотку расположенного ещё выше, третьего соленоида – привода третьего плунжера, подаётся напряжение и этот плунжер начинает закрываться. При этом, в момент перекрытия проходного сечения насоса самым верхним – третьим плунжером, начинает открываться средний плунжер, а самый нижний начинает закрываться под действием импульса электроэнергии, который подается на обмотку соленоида привода этого, самого нижнего плунжера. И далее процесс работы плунжеров повторяется в указанном порядке.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к насосостроению и предназначено как для перекачки обычной воды или её смесей, имеющих загрязнения различного характера, так и агрессивных или ядовитых технических жидкостей с приданием перекачиваемому продукту высокого давления и проведения попутного обеззараживания или отделения растворенных газов в перекачиваемой жидкости.

Электрогидравлический насос предназначен для создания высоких и сверхвысоких давлений, пульсирующего, или постоянного потока перекачиваемой жидкости и может быть использован при резке, шлифовании, полировании материалов тонкой струей жидкости, додавливание изделий, штампуемых на гидропрессах, штамповке изделий на гидропрессах с резиновым пуансоном, штамповке утяжеленной струей жидкости, электрогидравлической очистке изделий, подаче рабочих жидкостей в химических аппаратах высоких давлений. См. Рис. 1.

Рисунок 1

Объемный насос состоит из корпуса, разделенного на три секции – напорная 1, рабочая 4 и впускная 9. Рабочая секция 4 имеет рабочую камеру и два электрода – минусовый 7 и положительный 8, герметизированные изоляторами в стенках рабочей камеры секции 4 и разделенные герметичными перегородками с патрубками 2 и каналами 10 внутри каждого патрубка 2 и обратными клапанами закрытыми крышками 12. Все секции соединены болтами 3. В крышке каждого обратного клапана 5 выполнены наклонные каналы 11 для прохода перекачиваемой жидкости таким образом, чтобы во время движения жидкости создавалось вращательное движения крышки обратного клапана 5 с целью равномерного износа посадочных поверхностей в патрубке 2, имеющего канал 10 с притертой, фасонной поверхностью и крышкой обратного клапана 5.

Рисунок 2

В случае необходимости перекачки токо — проводящей жидкости, в рабочей секции 4 устанавливается герметичный, закрепленный с корпусом секции 4 неразъёмным соединением, отсек 13, с двумя толкателями 15, соединёнными друг с другом двумя направляющими 14 и пружиной 6. В этот отсек выходят концы электродов 7 и 8, загерметизированные изоляторами, выполняющими одновременно роль пробок, для слива и налива диэлектрической, рабочей жидкости, обеспечивающей рабочий процесс насоса. Таким образом сам насос не только обладает дешевизной, надежностью и хорошей ремонтопригодностью, но может выполнять функции измельчителя и обеззараживателя перекачиваемого продукта при работе на очистных сооружениях как городских поселений, так и при осуществлении переработки отходов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных на агропромышленных предприятиях.

Рисунок 3

При создании внутри объема жидкости импульса высоковольтного электрического разряда, в зоне последнего развиваются сверхвысокие давления, которые можно широко использовать в практических целях так, впервые в 1950 г. Л. А. Юткиным был сформулирован предложенный им новый способ трансформации электрической энергии в механическую, названный автором электрогидравлическим эффектом.

Принцип работы любого электрогидравлического насоса основан на действии электрогидравлического удара в жидкости, при котором образуется кавитационная полость и жидкость с огромной скоростью выбрасывается через напорный клапан под действием сверхвысоких давлений, верхний предел которых ограничен только мощностью силовой электрогидравлической установки, прочностью камеры насоса и ресивера. Электрогидравлические насосы любой конструкции отличаются простотой и компактностью, отсутствием движущихся частей, легкостью управления и регулирования, большим диапазоном действия.

Насос объёмного типа, работающий за счет электрогидравлического эффекта, может быть одноступенчатым и тогда обратный переток из камеры ресивера в камеру нагнетания устраняется с помощью обратных клапанов, а регулирование подачи и напора производится простым увеличением мощности электрического импульса, подаваемого на рабочие электроды. См. рис. 1

Рисунок 4

Насос объёмного типа, работающий за счет электрогидравлического эффекта, может быть многоступенчатым и представляет собой цилиндрическую гидравлическую камеру, разделенную на отсеки. При этом рабочие искровые промежутки располагаются на определенном расстоянии друг от друга в общей камере или в каждом из отсеков рабочей камеры, между которыми устанавливаются обратные клапаны. СМ. рис. 2

Рисунок 5

В данном случае на рисунке изображен многоступенчатый прямоточный насос с герметичными, изолирующими, гибкими элементами из полимера, или искусственного каучука, позволяющими перекачивать огнеопасную жидкость. Однако в такой конструкции есть недостаток, свойственный работе всех насосов объёмного типа – пульсация давления. Погасить её можно с помощью включения на выходном патрубке насоса дополнительного элемента – демпфера. См. рис. 3.

Рисунок 6

Насос объёмного типа, работающий за счет электрогидравлического эффекта, является по сути оригинальным гидравлическим «линейным ускорителем» жидкости, а будучи выполненным в виде замкнутого кольца, явится своеобразным гидравлическим «циклотроном». См. рис. 7.

Рисунок 7

Объемный насос, работающий за счет электрогидравлического эффекта ( рис. 4) состоит из корпуса 1, разделенного на четыре секции с рабочей камерой 15 в каждой секции и двумя электродами — положительным 6 и отрицательным 7, выполненных неразъёмным соединением на изоляторах в стенках каждой рабочей камеры 15, отделенных перегородками с крышкой обратного клапана 4, посаженной на патрубок 10, с внутренним каналом 5 в каждой из перегородок, рабочее положение клапанов – нормально закрытое. Кроме того, в трёх угловых патрубках, соединяющих рабочие камеры 15 размещены газоотделители 2, в форме циклонов, отводящих и закручивающих часть потока перекачиваемой жидкости, для лучшего отделения паров и газов из перекачиваемой жидкости, отведенных от основного потока перекачиваемой жидкости, за счет тороидальной формы корпуса насоса, с калиброванными по весу стальными шариками отсекателей 3, вес которых рассчитан так, что они всплывают в перекачиваемой жидкости, перекрывая канал 18 в верхней опоре шарика. Шарики отсекателя свободно лежат на опорах 17, позволяя свободно выходить накопившимся газам, которые накапливаются в газоотделителях во время работы объёмного насоса. Но как только полость газоотделителя наполняется перекачиваемой жидкостью, шарик отсекателя всплывает и перекрывает канал 18, предотвращая утечку перекачиваемой жидкости. См. рис. 8.

Рисунок 8

Обратные клапана 4 крепятся в перегородках каждой секции на патрубках 10, имеющих канал 5, заканчивающихся специальной фаской, предназначенной для плотной посадки крышки обратного клапана 4. В крышке обратного клапана 4 выполнены наклонные каналы 8 для прохода перекачиваемой жидкости в момент создания давления в рабочей камере 15 таким образом, чтобы во время этого движения создавалось вращательное движения крышки обратного клапана 4 с целью равномерного износа посадочных поверхностей крышки обратного клапана 4. Каждый патрубок 10, имеющий канал 5 оборудован специальными фасками для крепления возвратной пружины 9, которая может быть посажена либо просто внатяг, либо по резьбовым каналам, выполненным на посадочных поверхностях каждой крышки обратного клапана 4 и патрубка 10.

В корпусе объёмного насоса 1 выполнен всасывающий патрубок 11, расположенный во всасывающей полости корпуса 1 объёмного насоса, отделенной от напорной полости этого насоса с напорным патрубком 14, перегородкой 12. В центре предлагаемого объёмного насоса выполнен блок управления 13, в котором расположен генератор импульсов тока (См. Рис. 9) с блоком управления (на схеме не показан).

Рисунок 9

Пока идет рабочий процесс в двух противоположных камерах, в блоке управления проводящая полоска 21, на вращающемся распределителе импульсов электроэнергии 20 замыкает контакты 22 следующих противоположных рабочих камер, в которых повторяется рабочий цикл, описанный выше. Таким образом, подача предлагаемого объёмного насоса зависит от скорости вращения распределителя импульсов электроэнергии, а величина напора — от мощности импульса электрического разряда в перекачиваемой жидкости.

Предлагаемый объёмный насос работает следующим образом. Перед началом работы этот насос необходимо полностью заполнить перекачиваемой жидкостью, или предлагаемый объёмный насос должен быть подключен к лини перекачки жидкости таким образом, чтобы во всасывающем патрубке создавался подпор (давление выше атмосферного) поскольку предлагаемый насос не самовсасывающий, а все обратные клапана в нормальном положении закрытые. С началом работы подается импульс электрической энергии на положительный и отрицательный электроды двух противоположных секций. В результате электрического разряда, в жидкости развивается стример, протягивающийся от положительного до отрицательного электрода, температура внутри которого достигает 40 000 градусов по Цельсию, что способствует превращению жидкости в пар. Однако время жизни этого канала измеряется в микросекундах и настолько мало, что только небольшая часть жидкости, по которой прошел канал стримера превратилась в насыщенный пар, однако внутри этого стримера создалось давление до 2000 МПа.

Этапы развития электрического заряда в ионопроводящей жидкости:

б) «молодого» — начало развития стримера; в) в конце импульса (Рис. 10).

Рисунок 10

В момент создания давления обратный клапан, отделяющий рабочую камеру от меж секционного патрубка, открывается и выпускает в него порцию перекачиваемой жидкости. После этого импульса, также в течении короткого промежутка времени, измеряемого микросекундами, выделившее тепло поглощается перекачиваемой жидкостью и в рабочей камере создается разрежение, которое теперь воздействует на оба обратных клапана. С напорной стороны закрывает, а с всасывающей стороны открывает. И новая порция перекачивающей жидкости поступает в рабочую камеру.

В случае, если важна работа объёмного насоса без пульсаций давления в напорной полости этого насоса, в конструкцию добавляется ресивер с демпфером 23, наполненным инертным газом или воздухом, с герметичной, гибкой перегородкой 24, которая и будет сглаживать скачки давления в напорном патрубке предлагаемого объёмного насоса. Как показано на рис. 11.

Рисунок 11

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, точнее к авиастроению, в частности к авиационным транспортным средствам с винтовыми движителями, использующими в качестве привода для своей работы роторные, инерционные устройства, которые, в свою очередь, используют экологически чистую, возобновляемую энергию силы инерции в сочетании с моментом силы центробежного ускорения воздуха из окружающей среды, что позволяет увеличивать момент силы вращательного движения вала лопастного движителя авиационного транспортного средства с минимальными затратами электроэнергии. Самый большой минус квадрокоптеров (далее БПЛА) — короткое время полета. Применение АКБ увеличенной ёмкости не только снижает полезную нагрузку БПЛА из – за большого веса аккумуляторов (далее АКБ), но и снижает самое главное достоинство БПЛА – его дешевизну при производстве, обслуживании и эксплуатации.

Применение двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС) приводит не только к удорожанию конструкции, но и усложняет производство, обслуживание, эксплуатацию БПЛА с ДВС и предъявляет повышенные требования к квалификации обслуживающего персонала.

Фото 1

В данном проекте предлагается использовать в качестве усилителя крутящего момента на валу лопастного движителя роторное, инерционное устройство в сочетании с установленным перед воздухозаборником ротором Дарье, ускоряющего поток набегающего воздуха, что в сочетании с центробежным ускорением воздуха из окружающей среды, плюс разгоняемого нагревом от тепло-выделительных элементов (далее ТВЭЛ) в диффузорах сопел Лаваля, позволяет увеличивать момент силы вращательного движения вала лопастного движителя авиационного транспортного средства с минимальными затратами электроэнергии и уменьшить лобовое сопротивление при движении авиационного транспортного средства. Технической задачей полезной модели является создание малогабаритного устройства с низким энергопотреблением, использующего экологически чистую, возобновляемую энергию силы инерции в сочетании с ускорением воздуха из окружающей среды путем нагрева его тепловыделяющими элементами, расположенными в диффузорах сопел Лаваля (см. рис.1), позволяющих использовать эти сопла в качестве усилителя крутящего момента на валу лопастного авиационного движителя.

Рисунок 1

В предложенной полезной модели техническая задача решается тем, что в самом узком месте сопел Лаваля (рис. 1) установлены тепловыделяющие элементы, нагреваемые электроэнергией, поступающей от постороннего источника (генератора, или аккумулятора), а в качестве рабочего тела используется воздух из окружающей среды, который ускоряется под действием нагрева тепловыделяющими элементами и выбрасывается через как минимум две форсунки специальной формы — сопел Лаваля. Мы знаем, что движение газов и жидкостей подчиняется одним и тем же законам, поэтому проведем серию опытов с вращением жидкости в цилиндре.

Наверное, каждый из нас, кто пил кофе, или чай с сахаром замечал, что при размешивании сахара ложечкой, жидкость в стакане начинает подниматься вверх у стенок и опускается в центре стакана.

Фото 2

Как в кружке, на приведенном фото 2. Вопрос – что заставляет жидкость лезть на стенку, когда внешние условия никак не изменились? Из науки гидравлики мы знаем, что если жидкость поднимается вверх, значит её внутренняя энергия растёт, если опускается, значит в этом месте внутренняя энергия уменьшается… И всё это в одном стакане? См. Рис. 2.

На этом рисунке видно, что жидкость получает потенциальную энергию от вращающихся деталей цилиндра. Точно так же и газ при вращении в герметичном объёме получает потенциальную энергию от внутренних перегородок вращающегося цилиндра, и величина этой потенциальной энергии характеризуется её давлением.

Распределение этого давления во вращающемся, открытом сосуде показано на чертеже эпюр нагрузок. См. рис. 2.

Рисунок 2

Рассмотрим вращение жидкости в незаполненном цилиндре, а в полученную формулу подставим значения плотности воздуха. На рис. 2 хорошо видно распределение нагрузок и инерционных сил в цилиндре высотой Zп, заполненном жидкостью на высоту Z₀, вращающемся вокруг своей оси с угловой скоростью ώ. На жидкость будут действовать силы атмосферного давления, момент сил инерции кругового движения, а на дно цилиндра ещё и вес этой жидкости.

При вращении сосуда вокруг вертикальной оси с угловой скоростью ώ на каждую частицу жидкости массой т, кроме силы тяжести g, действует инерционная сила (центробежная)

f =т ώ² r, Н/м; (формула 1)

Где:
f – центробежная сила, Н/м;
т – масса элементарного объема, выбранного для проведения расчетов, кг;
ώ – угловая скорость, с^-1 ;
r – расстояние до центра вращения, м.

Под действием центробежной силы свободная поверхность искривляется – в центре жидкость опускается, у стенок поднимается. Свободная поверхность принимает форму параболоида вращения, описываемую формулой ( 2 ), м:

Формула 2

Где:
Z – высота динамического подъема жидкости, в зависимости от радиуса вращения и максимальной она будет непосредственно у стенки вращающегося сосуда, м;
Z₀ – первоначальная высота налива жидкости в цилиндре, м;
r – расстояние до центра вращения, м.
ώ – угловая скорость, с^-1 .

Из данной формулы видно, что от плотности рабочей жидкости не зависит на какую высоту поднимется у стенок цилиндра параболоид верхнего зеркала жидкости, а зависит только от величины угловой скорости и радиуса вращения.

Подставляя значения, определенные по уравнению (1) в дифференциальное уравнение неразрывности потока жидкости Бернулли и интегрируя его с учетом того, что при больших угловых скоростях атмосферное давление — P_атм в цилиндре ротора не существенно влияет на величину получаемого давления, мы можем пренебречь его значением и для практического применения получим уравнение, с помощью которого можно определить давление рабочей среды в любой точке вращающегося сосуда:

Формула 3

Где:
Р_м – давление жидкости, Па;
ρ – плотность жидкости, кг/м³;
g – ускорение свободного падения, м/с²;
ώ – угловая скорость единицы объема,с^-1 ;
r – радиус вращения рассматриваемой единицы объема, м;
z – высота столба жидкости в роторе, м.

В центре цилиндра уровень жидкости понижается на величину:
Р₀ = V²/2g, м; формула 4

Давление на днище цилиндра Р_ст на оси вращения не зависит от скорости вращения цилиндра, соответствует гидростатическому и зависит только от высоты столба жидкости. Это хорошо видно на чертеже распределения эпюр нагрузок на стенки и днище при вращении закрытого цилиндра. См. рис. 3

Рисунок 3

Проведя анализ формулы (3), мы видим, что давление среды, используемой в качестве рабочей в цилиндре ротора, при его вращении возрастает по мере удаления от центра вращения. Причем – если радиус вращения единицы объема увеличится в 10 раз, потенциальная энергия её возрастает примерно в 50 раз при той – же скорости вращения.

Однако, из анализа формулы ( 3 ) мы видим, что именно плотность используемого в качестве рабочего тела продукта имеет существенное значение для получения эффективного момента силы. Учитывая то, что плотность окружающего воздуха составляет примерно 1,2 кг/куб. м., чтобы получить существенную величину давления воздуха на выходе из цилиндра ротора – на входе в форсунки, необходима большая угловая скорость вращения цилиндра ротора.

При вращении цилиндра ротора с угловой скоростью ώ_{угловая} в указанном на рисунке 1 направлении, единица рабочей среды (воздуха) на входе в форсунку имеет давление Р, согласно формуле (3).

Зная давление рабочей среды (воздуха) на входе в форсунку, можно рассчитать реактивную силу R, действующую на внутреннюю стенку, при повороте канала на 90⁰ в форсунке, в объеме, равном объёму в диаметре канала на повороте этого канала на рисунке 1, по формуле ( 5 ) Н/м:

Формула 5

Где:
R – реакция стенки канала на изгибе, Н/м;
P – давление рабочей среды (воздуха), мПа;
_π – постоянная, равная 3,14;
d – диаметр канала форсунки, м;
α – угол поворота канала форсунки;

Эта сила реакции может быть не очень большой, но при создании определенных условий именно она помогает держаться в воздухе человеку на флайборде. См фото:

Фото 3

В данном случае, в связи с большой плотностью воды, сила реакции потока на повороте соответствует весу человека.

В случае использования газа в трубопроводе, сила реакции тоже бывает большой, как например в этом видео:

Сила реакции оторвавшегося штуцера может нанести серьёзные повреждения обслуживающему персоналу при нарушении техники безопасности во время работы на оборудовании под давлением.

Реактивный момент импульса силы, возникающий при движении воздуха на повороте канала внутри форсунки, усиливается за счет воздуха, истекающего из этой форсунки, с соплами Лаваля, которыми заканчивается канал внутри каждой форсунки, предложенной полезной модели.

На основании материалов, изложенных в трудах: Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М.: Дрофа, 2003. – 840 с.;

Касилов В.Ф. Справочное пособие по гидрогазодинамике для теплоэнергетиков. – М.: МЭИ, 2000. – 272 с.;

Мы знаем, что по мере движения воздуха по соплу, его температура и давление снижаются за счет адиабатического расширения в канале форсунки после диффузора, а скорость истечения воздуха (особенно в самом узком сечении канала сопла) значительно возрастает, за счет чего внутренняя энергия воздуха преобразуется в кинетическую энергию движущегося воздуха.

И если мы подведем дополнительное тепло с помощью тепловыделяющего элемента (см. рис 1) к конфузору (сужающейся части) сопла Лаваля, то расширяющийся газ даст дополнительную энергию форсунке, а значит и всему ротору. И тогда в наименьшем по размеру сечении внутреннего канала форсунки, между сужающейся и расширяющейся частью сопла Лаваля происходит переход от дозвукового течения воздуха к сверхзвуковому. При этом параметры потока, также как и само сечение называют «критическим».

По этому принципу работают двигатели сверхсовременной крылатой ракеты с ядерным двигателем 9М730 «Буревестник»

Фото 4

Отличие в том, что тепловыделяющие элементы этой ракеты нагреваются за счет ядерной энергии. Следовательно, эти ракеты могут находится в полете не только месяцы. Посадка им нужна только для перезарядки ядерного топлива. А это производят достаточно редко.

В случае аэродинамического усилителя нагрев производится за счет электроэнергии, от собственного генератора, что сильно ограничивает время полета, но затраты на сам полёт достаточно низкие.

Массовый расход воздуха m, в канале, определяется по формуле ( 6 ):
m = ρVS , кг/с; формула 6

Где:
ρ – плотность воздуха, кг/м³ ;
V – скорость потока воздуха в канале сопла, м/с;
S – площадь сечения канала, м² ;

Исходя из того, что массовый расход воздуха m постоянен во всех сечениях сопла Лаваля, определяем геометрические размеры самого узкого сечения канала, называемого «критическим», по формуле ( 7), м²;

Формула 7

Где:
S_* – площадь «критического» сечения канала, м² ;
m – массовый расход воздуха в канале, кг/с;
T₀ – температура торможения газа в сопле из-за аэродинамического сопротивления сужающейся сечения канала (определяется опытным путем и при нормальных условиях равен 1120 К), К;
B –коэффициент сжимаемости воздуха. Показывает величину изменения давления воздуха при изменении температуры и скорости истечения. При нормальных условиях равен 0,04041с× K^0,5/м;
ρ₀ – полное давление в самом узком сечении канала сопла Лаваля, Па.

Теперь диаметр самого узкого сечения канала сопла Лаваля, которое называют «критическим», найдем по формуле (8),м:

Формула 8

Где:
S_* – площадь «критического» сечения канала, м²;
π – математическая постоянная;

Проанализировав результаты расчета сопла Лаваля (7,8), можно прийти к выводам, что если на входное сечение сопла Лаваля, подать давление воздуха в 2,5 мПа, с расходом 10 м³ / сек, то согласно расчетам, скорость на выходе из этого сопла достигнет сверхзвуковых величин. Следовательно, определив скорость истечения потока из выходного сечения канала и зная массовый расход воздуха в этом канале сопла Лаваля, можно определить момент силы тяги в нем. Для этого воспользуемся формулой Циолковского ( 9 ):

Формула 9

Где:
F – момент силы тяги сопла Лаваля, Н;
V_в – скорость течения воздуха по каналу сопла, м/с;
m_в – масса воздуха, протекающая по каналу сопла в единицу времени, кг/с;
t – время, сек.

Зная силу тяги, можно определить величину момента силы М_R вращательного движения на валу ротора по формуле ( 10 ):

М_R = Fl, н/м; формула 10

Где:
F – момент силы тяги сопла Лаваля, Н;
l – плечо. В нашем случае радиус цилиндра ротора, м.

Если на оси вращения пропеллера расположена крыльчатка подпорного вентилятора ( см. рис 4 ) , необходимого для подачи рабочего тела (воздуха) в воздуховоды и создания в нем необходимого напора воздуха для обеспечения выхода на оптимальный режим работы сопел Лаваля.

Фото 5

Он был разработан в начале 1950-х годов французской фирмой Societe Nationale de Constructions Aeronautiques du Sud-Ouest и получил обозначение SO-1221 Djinn.

Это был лёгкий, вспомогательный многоцелевой вертолёт простой конструкции из стальных труб. Не имел обшивки, оснащался двухлопастным несущим винтом. В качестве силовой установки был выбран турбокомпрессор — Turbomeca Palouste, который вырабатывал большой объем сжатого воздуха, часть которого отводилось по специальному воздуховоду до реактивных сопел на концах лопастей, остальная часть воздуха из турбокомпрессора отводилась назад, на хвостовые рули и использовалась для улучшения маневренности вертолета.

В нашем случае воздухозабор осуществляется с помощью ротора Дарье, установленного на оси вращения лопастей. На сегодняшний день считается, что оптимальной формой крыльчатки подпорного вентилятора будет ротор Дарье с зафиксированными лопастями в позиции оптимального угла атаки d.

Ротор Дарье представляет собой конструкцию, состоящую из двух аэродинамических крыльев, имеющих в сечении профиль крыла самолета и закрытых с внешней стороны дискообразной крышкой. Главной особенностью ротора Дарье является его быстроходность, т. е. он увеличивает скорость проходящего через него потока воздуха в 4 – 5 раз. Мы знаем из классической теории, что поток воздуха, обтекая крыло самолёта, создаёт с одной стороны крыла зону повышенного давления, с другой зону пониженного давления, как видно на схеме распределения эпюр нагрузок на рисунке 5.

Рисунок 5

Таким образом, при движении авиационного лопастного движителя (пропеллера), с установленном на оси ротором Дарье, перед лопастями создаётся зона пониженного давления, что снижает сопротивление воздуха этому движению. И не только.

Если внимательно посмотреть на рисунок 5, мы видим, что внутри ротора Дарье создаётся зона повышенного давления и это давление отводится через воздуховоды в основании лопастей пропеллера, как показано на рисунке 6:

Рисунок 6

Устройство (см. рис. 4) изготавливается из легкого, но прочного металла, предпочтительно дюралюминия, содержит корпус 14, внутри которого монтируются два ротора, закрепленных на подшипниках качения 11 с угловыми шестеренками 12 на концах осей 2, позволяющими не только передавать вращение от ведомого вала 16, с помощью закрепленной на нём шестерни 13 и вращаться на подшипниках качения 15, но и распределять это вращение таким образом, чтобы пропеллеры 1 на противоположных концах разных осей 2 вращались в разные стороны. Два одинаковых ротора, расположенных в корпусе 14 вдоль одной оси вращения, состоят из нескольких, одинаковых, но выполненных симметрично деталей: — ось 2 с закрепленным на ней пропеллером 1 и выполненным внутри этой оси каналом 6 с входными 7 и выходными 3 окнами, закрытыми технологической заглушкой 10.

Предложенное мной устройство разгоняется до заданных параметров электродвигателем 24 с помощью разгонной муфты 17 и приводной шестеренкой 18, которые работают по принципу обычного автомобильного стартера, как показано на рис. 7.

Рисунок 7

Для начала разгона агрегата надо замкнуть выключатель 26. После чего напряжение с АКБ 25 подается на втягивающее реле 29, а затем на удерживающее реле 28 через приборы контроля 27, благодаря чему якорь 30, втягиваясь в реле, перемещает вперед рычаг привода 20 разгонной муфты 17, которая движется по специально подготовленному для неё отверстию 21 овальной формы, в корпусе 14.

Внутри разгонной муфты 17 на подшипниках 19 закреплена приводная шестеренка 18, которая своими шлицами входит в зацепление со шлицами ведомого вала 16 и фиксирует шлицевые соединения ведущего 22 и ведомого 16 валов. После достижения заданного числа оборотов втягивающее реле отключается, шестеренка 18 возвращается в исходное положение и роторный, инерционный усилитель крутящего момента авиадвижителя переходит на самовращение. В случае снижения числа оборотов ниже заданных, втягивающее реле срабатывает вновь, разгоняя ротор инерционного усилителя в автоматическом режиме до заданных параметров.

Опытная модель пропеллера, напечатенная на 3Д принтере, представлена на фото №6

В начале XXI в. забота об экологической безопасности деятельности человека на окружающую среду заметно возросло в деятельности чиновников администрации всех уровней и почти во всех государствах мира. Именно Европейский союз и его институты приступили к выработке политики в области климата и экологии одними из первых в мире, а экология начала выступать в роли драйвера реформ в ряде секторов, в том числе и в сельском хозяйстве. В связи с принятием 12 мая 2021 года Европейской комиссией плана действий ЕС «Путь к нулевому загрязнению воздуха, воды и почвы» до 2030 года и ужесточением экологических требований к производителям, экологические требования к снижению воздействия агропромышленными комплексами на окружающую среду ужесточаются. Существующие системы очистки, обеззараживания и дезодорации отходов жизнедеятельности животных и птицы неэффективны, к тому же дорогие в строительстве и эксплуатации.
И в то же время у нас в стране:

1. До 40% стоков в городскую канализацию не очищаются. Некоторые предприятия осуществляют сброс сточных вод без очистки.

2. До 70% отходов животноводства вывозят на поля или на площадки накопителей без санобработки, что приводит к выбросам аммиака и метана, в пересчете на СО2 до 114 млн. тонн/год, потерям от неэффективного использования органических удобрений до 30 % и штрафам от контролирующих органов;.

3. Более 2 млн. т. ежегодно образуется осадочный ил на очистных сооружениях страны, где и хранится. Для утилизации его нет эффективных технологий.

4. Производство минеральных удобрений и агро –технологии на их основе отработаны десятилетиями. Однако эти удобрения ухудшают плодородие почв, а при излишнем внесении вымываются из почвы и негативно воздействуют на поверхностные водоёмы. Требуют частого внесения.

Производство органики запатентованным способом и на установках, описанных в патенте RU 2837936 C1 превращает очистные сооружения из нагрузки, снижающей прибыль агропромышленного холдинга, в самостоятельную статью серьёзного дохода.

Какие преимущества получает пользователь запатентованной технологией очистки стоков агропромышленных предприятий?

1. Отсутствие неприятного запаха на всех этапах очистки и переработки отходов жизнедеятельности человека, животных и птиц;
2. Снижает экологическую нагрузку на окружающую среду до 0, чем позволяет избавится от штрафов и расходов на утилизацию отходов сторонними организациями, а воду после очистки можно использовать по замкнутому циклу в технологии сельскохозяйственного производства;
3. Высокое качество органического удобрения пролонгированного действия. Повышают урожайность агрокультур до 30%. (содержание растворимых соединений азота в удобрении, полученном с помощью электрогидроэффекта не уменьшается при длительном хранении).
4. Высокая скорость переработки навоза (1 тонну за 2 недели);
5. Минимальная потребность в обслуживающем персонале и землеотводе;
6. Широкая географическая область применения этого способа в связи с независимостью от температуры окружающей среды и отсутствия необходимости содержать большие объемы очищаемых стоков;
7. Позволяет снизить расходы на строительство и эксплуатацию очистных сооружений. Кроме того, отходы превратить в серьезную статью доходов.

Описание физико – химических процессов нейтрализации осадочного ила очистных сооружений и отходов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных и птицы, которые содержат не только патогенные организмы, но также, иногда, ионы тяжёлых металлов (ртуть, мышьяк, кадмий, свинец и др).

В воде и водных растворах всегда присутствуют свободные ионы ОН- и Н+, которые активизируют свои окислительные способности под действием разрядов электрического тока высокого напряжения, что и приводит к возникновению в воде и водных растворах электрогидравлического эффекта.

Осуществление электрогидравлического эффекта связано с относительно медленным накоплением энергии в источнике питания и практически мгновенным ее выделением в жидкой среде.

Основными действующими факторами электрогидравлического эффекта являются:

• высокие и сверхвысокие импульсные гидравлические давления, приводящие к появлению ударных волн со звуковой и сверхзвуковой скоростями;
• значительные импульсные перемещения объемов жидкости, совершающиеся со скоростями, достигающими сотен метров в секунду; мощные импульсно — возникающие кавитационные процессы, способные охватить относительно большие объемы жидкости;
• инфра- и ультразвуковые излучения;
• мощные электромагнитные поля (десятки тысяч эрстед);
• интенсивные импульсные световые, тепловые, ультрафиолетовые, а также рентгеновские излучения;
• импульсные гамма- и (при очень больших энергиях импульса) нейтронное излучения;
• многократная ионизация соединений и элементов, содержащихся в жидкости.

Развитие искрового разряда во времени происходит путем последовательного «прорастания» стримеров в межэлектродном промежутке. Растущий стример, как правило, состоит не из одного, а из многих каналов с многочисленными ответвлениями от них. Рост каждого отдельного «уса» стримера является ступенчато-прерывным процессом и представляет собой последовательное разряжение гидроксильных ионов ОН- из все новых и новых и довольно значительных объемов жидкости, лежащих на пути стримера. Характер и последовательность процесса для нескольких этапов развития приведены на рис. 1.

Этапы развития электрического заряда в ионопроводящей жидкости (смеси торфа и навоза) – стримера.

б) «молодого» — начало развития; в) в конце импульса;

Где:

1. Боковые «усы» развивающегося стримера;
2. Газовая оболочка испарившейся жидкости вокруг канала стримера;
3. Главный канал стримера, к которому присоединяются «усы» в процессе роста;
4. Канал «уса» стримера, который продолжает нарастать;
5. Газовая оболочка «уса» стримера, которая нарастает с увеличением «уса»;
6. Электрод.

Образовавшийся канал стримера проходит в области, имеющей лишь разрядившиеся ионы ОН~ и нейтральные к процессу роста стримеров ионы Н+, т. е. электрически изолированный канал от окружающей среды. В процессе роста стримеров возникает основная масса тех газообразных продуктов, из которых в дальнейшем образуется парогазовая рубашка канала искрового разряда. Пузырьки газов, образующиеся в жидкости на усах стримеров при их росте, существуют относительно долго и даже тогда, когда канал (стример) искрового разряда уже исчезает.

При прохождении стримера через воду (водные коллоидные и не коллоидные растворы) ионы жидкости, разряжаясь на растущий стример как на «выдвижной» электрод, образуют на уже возникшей его поверхности (кроме непрерывно растущего переднего конца) тонкую газовую пленку, отделяющую уже оформившийся ствол или ветвь стримера от окружающей жидкости. Таким образом, происходит своеобразное явление, названное автором явлением самоизоляции разряда, способствующее увеличению эффективности всего процесса. Изолирующую пленку образуют атомарные и молекулярные кислород и водород, газообразная перекись водорода, а также электрически нейтральные свободные радикалы Н, ОН, существующие в парах воды.

Наиболее активный рост полости начинается только вместе с ростом диаметра канала разряда после того, как стример замкнет оба электрода. Резкое повышение температуры канала (до 40 000 °С и более) вызывает появление дополнительного количества продуктов разложения самой жидкости и находящихся в ней веществ в оболочке канала, что и определяет еще более резкий скачок давлений в водных растворах. Огромное сопротивление процессу расширения со стороны окружающей канал жидкости способствует еще более резкому нарастанию давлений в оболочке канала, в силу чего явление приобретает характер взрыва. Распределение давления в нём можно видеть на рис. 2.

Рисунок 2

При этом должно соблюдаться условие:

Где:

• С – емкость конденсатора, мкФ;
• R – активное сопротивление, Ом;
• L – индуктивность контура.

Понятно, что при воздействии таких температур и давлений происходит эффективная дезинфекция, дегельмитизация и дезодорация водных растворов, подвергающихся воздействию электрогидроэффекта. А соли тяжелых металлов окисляются до безвредных для окружающей среды и человека окислов.

Для осуществления описанных процессов по очистке стоков отходов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных о садочного ила и предназначены установки, описанные в патенте. См. рис. 3

Исходные отходы жизнедеятельности животных, птиц, или осадочного ила с городских очистных сооружений поступают в приемник 1. Далее, с помощью насоса с измельчителем 2, исходная смесь подается на гидроциклон 4, где из исходной смеси удаляется до 80% воды, которая центробежным насосом 5 подается на узел 6 (обеззараживатель). Фрезерованный торф поступает в бункер — накопитель 12, откуда по транспортеру попадает на вибросито 13, имеющее калиброванные ячейки. Торф, размеры частиц которого превышают размеры ячеек. По транспортеру отправляются в измельчитель 11, а из него снова в бункер – накопитель 12. Торф, который прошел через вибросито, через магнитный улавливатель 14, попадает в смеситель 8, также по транспортеру.

Наполнение обеззараживателя ограничивается поплавком 35, имеющего контакты верхнего и нижнего уровня, соединённых с исполнительными механизмами наливных 34 и сливных 41, 37 клапанов. При достижении верхнего уровня в корпусе 40, подача воды прекращается и включается вакуумный насос 33, который через трехходовой клапан 34 откачивает воздух из корпуса 40 обеззараживателя в атмосферу. При достижении заданной величины давления (разряжения) внутри корпуса 40 обеззараживателя, которое контролируется датчиками давления на клапане 49, работа вакуумного насоса 33 прекращается, кратковременно открывается клапан 48 и кислород из ресивера 26, по трубопроводу 47, через обратный клапан 41, (предотвращающий попадание очищаемой воды в ресивер 26), через коллектор 38 и и форсунки в нем, подаётся внутрь корпуса 40 обеззараживателя, где в связи с резким увеличением давления, пузырьки пара и выделившихся из воды газов – схлопываются с образованием серии кавитационных гидроударов по всему объёму очищаемой сточной воды. При этом, схлопывание пузырьков пара и выделившихся при низком давлении из очищаемой воды растворенных газов создают гидро-ударные волны с повышенным давлением (1000 – 10 000 кгс/см²) и высокой температурой (2000 – 3000 ⁰С) во фронте этих гидро-ударных волн, что приводит к интенсивному насыщению очищаемой воды кислородом, который, под действием высоких температур и давлений уничтожает всю микрофлору, а также к окислению и удалению из очищаемой жидкости всех загрязнений и тяжёлых металлов, окислы которых либо всплывают к поверхности с пузырьками газов, откуда удаляются транспортером со скребками 46 и через герметизированную крышку 44, накопителя 45, отправляются на утилизацию в смеситель 8, либо оседают вниз и удаляются через нижний сливной автоматический клапан 37, также в смеситель 8, где готовится смесь торфа с отходами жизнедеятельности в отношении 1 к 3 (торфа 1 часть, отходов 3), для подачи её в гомогенезатор 9 самотеком. Достаточно трехкратного повторения цикла обработки очищаемой воды кислородом — отсоса непрореагировавшего кислорода из верхней части корпуса 40, обеззараживателя с помощью вакуумного насоса 33 и подачи кислорода под давлением из ресивера 26 в обеззараживатель, после чего открывается клапан 49 на корпусе обеззараживателя 40 и корпус обеззараживателя частично освобождается с верхних слоев – потребителю 42, а через нижний клапан 37 – в смеситель 8, до уровня, заданного поплавком 35 контрольной системы слива – налива, после чего вновь наполняется сточными водами и цикл очистки кислородом повторяется.

Поступающая самотеком из смесителя 8 торфо-навозная смесь, через входной патрубок 19 поступает в гомогенезатор, уровень смеси в котором контролируется автоматической системой контроля слива – налива (на схеме не показана) через исполнительный механизм этой системы – поплавок 22. После достижения заданного уровня в камере гомогенезатора 9, заполнение останавливается и на электроды 23 подаётся напряжение от генератора импульсов тока (на технологической схеме не показан) напряжением 10 — 30 кВт. Общий расход электроэнергии в пределах 50 – 55 кВт ч/м³. Продолжительность воздействия электрогидравлическими импульсами определяется из расчета 10⁶ на 1 м³ смеси. После чего гомогенезированная смесь удаляется самотеком через нижний клапан 25 на водоотделяющую центрифугу 15, где обезвоженный, гомогенезированный торф распределяется по ячейкам транспортера, на котором доставляется в зону хранения готовой продукции по стрелке 17. После опорожнения начинается новый цикл обработки стоков в этом гомогенезаторе.

Генератор импульсов тока предназначен для формирования многократно повторяющихся импульсов тока, воспроизводящих электрогидравлический эффект и, кроме того, для преобразования переменного тока из промышленных сетей в постоянный, заданных параметров, необходимых при электрогидравлической обработке смеси торфа и стоков отходов жизнедеятельности человека, животных или птиц для обеззараживания, дегельминтизации и дезодорирования этих с токов и производства высококачественного органического, торфо-навозного удобрения. Принципиальная электрическая схема которого приведена на Рис. 5.

Под воздействием электрогидравлического эффекта, происходит не только активное диспергирование торфо-навозной смеси, размеры частиц которой в готовом продукте на превышают 250 мкм, но и происходит ряд физико – химических процессов под воздействием которых массовое содержание аммиачного азота возрастает в 1,5 – 3 раза, а содержание водорастворимых органических веществ в готовом, торфо – навозном органическом удобрении увеличивается в 3 – 5 раз.

Работы по очистке животноводческих стоков проводились в свинооткормочном комбинате «Новый свет» Ленинградской области в 60-х годах прошлого столетия. Благодаря экспериментальной установке получилось качественное, полностью обеззараженное, гомогенизированное и дезодорированное органическое удобрение. Расход электроэнергии на приготовление 1 м3 торфонавозной смеси при этом составил 50—55 к В т / ч (около 10⁹ импульсов на 1 куб.м продукта). Проверка применения обработанного ЭГЭ эффектом органического удобрения проходила в теплицах совхозов «Выборжец» и «Ленинградский» в тех же годах и показала, что внесение приготовленного таким способом удобрения обеспечивает повышение урожайности в 2 раза и улучшает общее фитосанитарное состояние почвы. Химический анализ показал, что перед применением ЭГЭ массовое содержание растворимых соединений азота в торфе составляли 17,3 мг/кг. После ЭГЭ обработки смеси торфа и навоза (3 к 1), через 3 дня увеличилось до – 295,2 (увеличение на 1706,4%), через 14 дней – до 1115,0 (6445,1%).

Свайные фундаменты, это когда сваи находятся в грунте, а оголовки выходят на поверхность. Глубина забивки и высота над поверхностью земли четко прописываются в проектной документации. В идеале высота оголовков должна быть одинаковой. Это один из показателей качественно выполненного фундамента. На практике это получается достаточно редко, и оголовки имеют разброс по высоте (порой достаточно серьёзный). Здесь не остается ничего другого, кроме как выполнить срезку, или срубку железобетонных оголовков.

Её можно выполнить как механическим, так и ручным способом. В первом случае, используется специальная техника, во втором – инструмент (отбойные молотки, ножницы для арматуры или шлифмашинка). Ручная срубка не требует особых финансовых затрат, поэтому часто выполняется на небольших объектах, при ограниченном объеме финансирования. Однако, имеется один существенный недостаток – высокие трудозатраты, длительность процесса.

При больших объемах работы, применять ручную срубку оголовка просто нецелесообразно. Железобетонные опоры имеют особенность: в процессе срубки могут образовываться трещины, которые не должны идти ниже контрольного уровня. Бетон срубается постепенно при помощи пневматического отбойного молотка. Как только бетон удален, остается аккуратно убрать части арматуры, которые выпирают из сваи. Делается это при помощи болгарок.

Срубку оголовка железобетонной сваи можно делать гидравлическими ножницами. Для этого необходимо смонтировать на сваю специальную насадку и постепенно откусывать от нее небольшие фрагменты.

Преимущество гидравлических ножниц состоит в том, что они не формируют на опоре трещины, обеспечивая более ровные края среза. Однако имеют ряд недостатков.

Избавиться о всех этих недостатков позволяет запатентованный способ и устройство по патенту RU 2 833 897 С1 от 30.11.2023:

Способ отсечения верхушек бетонных, строительных свай с использованием электрогидроударного эффекта и устройства для его осуществления, относятся к строительной отрасли, в частности к приспособлениям, облегчающим удаление лишних верхушек строительных свай, не вошедших в землю на заданную глубину. Этот способ предназначен для уменьшения трудоемкости и сокращения затрат времени на проведение работ по отсечению лишних верхушек свай при строительстве жилых, промышленных зданий и сооружений.

Устройство для осуществления этого способа состоит из бортового автомобиля 1, оборудованного крановой стрелой 2, с размещенными на бортовой платформе 3 генератора 4, имеющего два выхода – высоковольтный 22 и низковольтный для питания двигателя 5, приводящего в действие насос 7. Кроме того, на бортовой платформе 3 размещена емкость для воды 6. См. рис. 1

Рисунок 1

Емкость для воды 6 соединена с разборной ванной 14 с помощью линии гибких резиновых рукавов 12, с трехходовым краном 8 на этой линии, позволяющим наполнять и опорожнять разборную ванну 14 либо самотеком, либо принудительно с помощью насоса 7 объемного типа, позволяющего всасывающие патрубки превращать в напорные в зависимости от направления вращения рабочего колеса. Разборная ванна 14 имеет закрепленную на верхнем её краю площадку 24 из диэлектрического материала, на которой закреплена катушка 9, способная вращаться вокруг оси, что позволяет легко разматывать медную проволоку15 и зажимать её в зажимах 10, к которым подведены провода высоковольтной линии 22. Кроме того, разборная ванна 14 выполнена с возможностью раздвигать её половинки на шарнире 26 и зажимать эти половинки на свае 13, с помощью защелки 23. Внутри разборной ванны 14 приварены полукольца 11 для пропуска медной проволоки 15 с расчетом, чтобы высота уровня воды над медной проволокой 15 была в пределах 30 — 40 см. На днище разборной ванны 14 выполнено сливное отверстие 25 с встроенной сеткой (на схеме не показана), исключающая попадание кусочков раскрошенного бетона в насос. К сливному отверстию 25 присоединяется линия гибких резиновых рукавов 12. См. рис. 2.

Рисунок 2

Кроме того, при осуществлении работ по предлагаемому способу используется траверса 18, с самостопорящимися эксцентриковыми зажимами 17, которая фиксируется на верхнем, удаляемом конце сваи 13 и после отделения этой верхушки от основания сваи 13, мягко укладывается в заданное место. Траверса 18 соединена чалками 21 с крюком 20 крановой стрелы 2.

В момент электрического разряда высокого напряжения в воде, начиная с положительного электрода, в жидкости растет стример. Однако путь прохождения стримера в жидкости непредсказуем. Для получения заданного положения разлома и обеспечения линии разлома в бетоне свай разной толщины на всю толщину сваи применяется электрогидравлический импульс от испарения плавкого проводника в воде под воздействием электроэнергии высокого напряжения. В этом случае искровой разряд между электродами заменяется ЭГЭ от теплового импульса, возникающего от испарения тонкой, проводящей проволоки, замыкающей электроды, на которую подаётся электроэнергия большой мощности, чем заранее задаётся путь разрядного канала, появившегося после испарения этой проволоки. Его конфигурация и глубина зависит от мощности подаваемой электроэнергии на плавкий проводник. Распределение давления по слоям канала, оставшемся в жидкости на месте испарившейся проволоки показано на рисунке 3.

Рисунок 3

Электрическая установка имеет собственную емкость порядка 5-6 мкФ. См. рис. 4

Рисунок 4

В результате воздействия электрическим импульсом с указанными параметрами, медная проволока разогревается до температуры в 40 000 ⁰ С, что приводит не только к её испарению, но и испарению окружающей эту проволоку жидкости, превращая её в перегретый пар, что, в свою очередь, приводит к резкому возрастанию давления пара в канале, оставшемся после испарения медной проволоки, до 5х10¹⁰ Па. Так рождается первичная ударная волна, воздействующая на бетонную сваю вдоль первоначального положения медной проволоки 15, т.е. строго поперек этой сваи. Длительность импульса воздействия первичной ударной волны не превышает 10 мксек. Затем пар охлаждается и паровой канал в жидкости схлопывается, порождая вторичный гидравлический удар, величина давления воздействия на бетонную сваю которого ещё выше, что и приводит к выкрашиванию бетона вдоль места расположения медной проволоки 15. Обнажившуюся арматуру внутри сваи срезают алмазным диском, либо газовым резаком.

Современные методы бурения скважин имеют недостатки, которые связаны с особенностями оборудования, условиями работы и ограничениями по грунту для каждого метода. Ниже приведены примеры недостатков для популярных существующих методов:

Однако из всех рассмотренных методов, именно гидробурение самый перспективный метод, который и предлагается модернизировать до уровня соответствия таким технологиям как плазменное воздействие на породу в забое скважин. Хотя технология плазменного бурения пока находится на стадии разработки и тестирования, она представляют собой перспективное направление для будущего бурения скважин. Эти методы позволяют разрушать горные породы без использования механического воздействия, что может значительно повысить скорость и эффективность бурения, а также снизить риск возникновения аварийных ситуаций.

На эту технологию выдан патент RU 2830842 C1 от 29.08.2023 года.

Особенность этой технологии в том, что она позволяет бурение в экологически чувствительных районах, таких как арктические регионы, особо нуждающиеся в обеспечении максимальной защиты хрупкой экологии окружающей среды северных районов России потому, что не использует специальных буровых растворов, поскольку нет необходимости охлаждения бурового инструмента, в связи с тем, что бурение происходит без вращения бурового инструмента.

Технология бурения с использованием электрогидроэффекта позволяет существенно сократить затраты на разработку месторождений и ускорить процессы освоения месторождений потому, что при использовании этой технологии электрическая энергия непосредственно в самом забое переходит в механическую работу, разрушая горную породу. Для его осуществления

предназначен электрогидравлические бур, представленный на рис. 1.

Рисунок 1

Способ бурения скважин на воду с использованием электрогидроударного эффекта относится к машиностроению, точнее к устройствам, использующим в своей работе электрогидравлический эффект – эффект возникновения и схлопывания кавитационых пузырьков в буровом растворе на уровне забоя скважины.

Рисунок 2

Предлагаемое устройство содержит установленную в нижней части колонны буровых труб 9 буровую коронку 3, имеющую внутреннюю полость со стенками, имеющими угол наклона, позволяющий фокусировать гидроударные волны на поверхности породы забоя. Коронка имеет отверстия 4 для свободной циркуляции бурового раствора, имеющую быстросъемный центральный электрод 1, с диэлектрической защитой 2 повышенной прочности, соединенный с коаксиальным кабелем 11 стандартным, герметизированным разъёмом 10 (типа «папа-мама») и закрепленный в центре буровой коронки 3 с помощью изолирующей шайбы 5, прижатой металлической шайбой 6, соединенной с внешней, проводящей оплеткой коаксиального кабеля 11 неразъёмным соединением, и прижимным диском 7, имеющим резьбу для крепления внутри буровой коронки 3. Все три диска имеют отверстия 4 для свободной циркуляции бурового раствора. Буровая коронка 3 соединена с колонной бурильных труб 9 посредством переходной муфты 8, выполненной из диэлектрического материала, так же имеющей отверстия 4 для свободной циркуляции бурового раствора. Диаметр буровой коронки 3 имеет собственный диаметр больше диаметра труб буровой колонны 9, что позволяет обеспечить возврат бурового раствора на поверхность по меж стеночному пространству.

Далее буровой раствор из скважины попадает в навесное приспособление 16, называемое «Буратино», которое своим раструбом 14 одевается на верхнюю пластиковую трубу 12 обсадной колонны, имеющую специальный выступ для застопоривания запорного кольца 13, расположенного в специальной кольцевой канавке раструба 14 трубы «Буратино» на упругой, резиновой прокладке. Приспособление 16, «Буратино» имеет крышку 17 выполненную с герметизируемым резиновой манжетой (на разрезе не показана) отверстием предназначенным для прохода буровой колонны 9. Сама буровая колонна 9 заканчивается оголовком 18, с выполненными в верхней его части отверстиями, предназначенными для крепления подъемного механизма. На этот оголовок крепятся приспособления – боковой отвод 21 с крышкой 25, закрепленной на оголовке 18 гайкой 22, предназначенными удобства работы с буровым раствором. Пластиковые трубы в качестве обсадных могут выполнять роль изоляторов, для предотвращения попадания токов высокого напряжения на поверхность по мокрому грунту. Кроме того, раструб 14 имеет уплотнительную манжету 15, расположенную в другой кольцевой канавке раструба 14. Далее, через нижний боковой отвод и надетую на него крышку 25, в приспособлении «Буратино» 16, буровой раствор по возвратной линии трубопровода 27 (на разрезе показана схематично), через отделитель крупной фракции в буровом растворе 28 поступает в ёмкость – отстойник 29, откуда через фильтр 30, с помощью насоса 31, имеющего привод от двигателя 32 подается по напорной линии 26 в верхнюю часть приспособления «Буратино» 16 через крышку 25 насадки 23 на верхней трубе буровой колонны, , имеющей специальные отверстия для зацепления её подъемным устройством 24 и резьбу с гайкой 22, предназначенной для фиксации поворотного, бокового отвода 21, имеющего внутри резиновые манжеты уплотнения 20, позволяющие подавать буровой раствор в буровую колонну под давлением. В этой же насадке 23 имеется герметизированный выход для коаксиального кабеля 11, идущего через подъёмное устройство 24 к шкафу управления 19 и через него к источнику высокого напряжения 33.

Рисунок 3

Генератор импульсов тока (ГИТ) (см рис. 3) предназначен для формирования многократно повторяющихся импульсов тока и работают в широком диапазоне напряжения (5 – 10 Кв), емкости конденсатора (0,1 – 10 000 мкФ), запасенной энергии нак — ля (10 – 10 00000 Дж), частоты импульсов 0,1 – 100 Гц).

Электрогидравлический эффект (ЭГЭ) – см рисунок 4.

В момент эл. разряда высокого напряжения в воде, начиная с положительного электрода, в жидкости растет стример.

Рисунок 4

Этапы развития электрического заряда в ионопроводящей жидкости (водопроводная вода) – стримера – показаны на рисунке 5:

б) «молодого» — начало развития; в) в конце импульса;

Где:

Длительность импульса разряда от 0,00001 до 100 мкс. Каждый разряд оставляет вдоль канала стримера паровую полость, которая превращается в кавитационную после снятия напряжения и схлопывается с Рmax = 2000 Мпа. Такие показатели роста давления за такие короткие промежутки времени и приводят к тому, что при диаметре бура 40 мм и затрате энергии 25 Вт бур позволяет получить следующие скорости бурения, см/мин:

И никаких ограничений глубины, связанных с максимальной длиной штанги и ограничением мощности и энергии, которые можно подать на вращение буровой штанги. Глубина скважины ограничивается длиной питающего кабеля и мощностью насоса, подающего буровой раствор. Сам же буровой раствор представляет собой простую воду, взятую из источника воды на поверхности и без какой – либо подготовки используемую для выноса продуктов разрушенного грунта из забоя скважины.

Кроме того, стоимость этого оборудования не высокая, поскольку не используются высоколегированные стали и сверхпрочные буровые алмазные и победитовые инструменты. Наоборот, используются очень дешевые конструкционные стали и токо-непроводящие изоляторы на основе пластмасс.

Основными преимуществами буронабивных свай (далее БНС) является сокращение финансовых затрат и затрат времени на проведение бетонных и земляных работ особенно в мерзлом грунте, по сравнению с технологиями строительства фундаментов классического типа. Кроме того, для обеспечения процесса формирования БНС в грунте необходимо меньшее количество неспециализированного транспорта, что так же снижает финансовые затраты на логистику. Также при формировании БНС отсутствуют вибрации и повышенных шум, что характерно при использовании забивных бетонных свай. Этот момент тоже можно считать преимуществом способа формирования БНС при строительстве фундаментов зданий. Кроме того, благодаря этой технологии есть возможность формировать БНС любого необходимого диаметра, что увеличивает общую надежность фундаментов благодаря улучшению сопротивляемости такого фундамента на горизонтальную нагрузку (при возникновении горизонтального смещения пластов в грунте на глубине). Возможность формирования нестандартных фундаментов зданий и сооружений, как показано на рис. 1.

Рис. 1

В настоящее время существует несколько способов формирования БНС благодаря применению разных технологий их установки: уплотнение грунта стенок и забоя при проходке скважин, различных способов уплотнения и укладки бетонной смеси, применение бетонов различных марок и добавлением водоотталкивающих наполнителей для них. См. рис 2.

Рис. 2

Однако при использовании современных технологий не удалось преодолеть несколько существенных недостатков.

Сваи недопустимы при опоре нижнего конца на пылевато-глинистые грунты с показателем текучести выше 0,6, на рыхлые пески, в насыпные, органические и органоминеральные грунты из – за чего существенно снижается несущая способность БНС при отсутствии периодического уширения диаметра БНС по её длине. Да и при показателе текучести выше 0,3…0,4 сваи показывают слабую несущую способность, что ещё больше ограничивает их область применения. Кроме того, БНС имеют слабую сопротивляемость морозному пучению, если так же отсутствует периодическое уширение диаметра БНС по её длине. Силы пучения для БНС без уширения, с учётом шероховатости её боковой, ровной стенки, могут достигать 6…15 тонн на квадратный метр боковой поверхности. Разрыхление дна забоя — разрыхлённый грунт не захватывается лопастями бурильной установки и остаётся на дне скважины, что может привести к снижению несущей способности грунта под нижним концом сваи. Здесь нужно добавить, что на грунтах с малой несущей способностью запрещено строительство любых фундаментов и есть только один способ строительства на грунтах с малой несущей способностью – тоже буронабивные, но камуфлетные сваи. Сваи с расширением нижней части, которое делают в забое скважины либо взрывом, либо специальным инструментом. См. рис. 1, 3 и 4.

Рис. 3

Рис. 4

Эти способы приводят к увеличению затрат времени и сметы расходов на работу специальных механизмов и специалистов.

С помощью запатентованного способа формирования буронабивных свай возможно избавится от двух, описанных выше, недостатков – повысить несущую способность БНС и сопротивляемость морозному пучению, формированием БНС вот такого вида, см рис. 5

Рис. 5

Возможно это, благодаря конструкции, запатентованной патентом RU 2 820 641 C1, установки, см. Рис. 6

Рис. 6

Способ монтажа буронабивных железобетонных свай с использованием электрогидроударного эффекта и устройство для его осуществления предназначен для монтажа буронабивных свай в грунтах любой твердости с минимальными затратами ресурсов (финансовых, времени) на бурение и гарантированным погружением арматурного каркаса с обсадной трубой на заданную глубину, конструкция этой установки показана на рис. 7.

Рис. 7

Эта установка содержит установленное в нижней части бурильной трубы 13 электрогидравлическое устройство, состоящее из центрального, неподвижного, быстросъёмного, положительного контакта 7, соединенного с коаксиальным кабелем 22 при помощи стандартного, герметизированного разъёма 14 типа «папа-мама» и отрицательного контакта 6, выполненного из стального профиля, имеющего контакт с внешней оплеткой коаксиального кабеля 22 через шайбу 8, соединенной неразъёмным соединением с внешней оплеткой коаксиального кабеля 22 и накручиваемого на подпятник 5, сделанный из твердого, изолирующего материала (текстолит, гитинакс), имеющий сверху шпильки для крепления металлического диска 9, предотвращающего смещение подпятника 5 вниз в момент извлечения устройства с проектной глубины.

Рис. 8

Рис. 9

Кроме того, на подпятнике 5, имеется резьба для посадки в нижний торец буровой трубы 13. А еще, сверху на подпятник 5 одевается диск 10, в который снизу вкручены две шпильки 4 с шайбами и шплинтами на каждой, предназначенные для подвижного крепления лепестков 3 подпятника 5, каждый из которых имеет зубчатый венец, входящий в зацепление с подпятником 5, также имеющий зубчатый венец. Каждый лепесток 3 подпятника 5 имеет фиксатор 31 в форме сужающейся воронки в узком конце лепестка 3 подпятника 5 и предназначен для поддержки арматурного каркаса 11 снизу при монтаже поперечин и при монтаже всей буронабивной сваи в грунте. Буровая труба 13 в нижней части имеет два окна 12 для прохода бурового раствора при работе электрогидравлического устройства, одновременно обеспечивает доступ к зажимным гайкам, крепящим металлический диск 9 на подпятнике 5 в случае необходимости замены изношенного оборудования. На буровой трубе 13 крепится хомут 16, разделенный на две части, которые соединяются с помощью оси 36 и фиксируются с помощью защелки 32 с фиксаторами 33.

Рис. 10

Рис. 11

Кроме того хомут 16 имеет коромысла 34, на которых закреплены держатели 35 с пружиной 39 и стопор 37 с тягой 38, позволяющие фиксировать держатель 35 в открытом положении при подготовке конструкции к погружению с буровой трубой 13 и с закрепленным на ней арматурным каркасом 11 внутрь обсадной трубы 1. А в рабочем процессе — формировании буронабивной сваи, при погружении арматурного каркаса 11 и обсадной трубы 1 на заданную глубину и для удержания обсадной трубы 1 в зафиксированном положении до завершения погружения на заданную глубину. Обсадная труба 1 в нижнем своем конце имеет окна 2, предназначенные для выхода цементного раствора наружу для формирования в нижней части буронабивной сваи расширения (на чертежах не показано), необходимого для лучшей фиксации свай в грунте в случае возведения зданий на пучинистых почвах с высоким уровнем грунтовых вод. Обсадная труба 1 может быть как пластиковой, так и асбоцементной. На верхний конец обсадной трубы 1, при помощи раструба с манжетами, крепится приспособление «буратино» 15 с крышкой 18, имеющей герметизированное резиновыми манжетами (на чертеже не показаны) отверстие для прохода буровой трубы 13. Кроме того, приспособление «буратино» 15 позволяет отводить буровой раствор по отводной линии 25 в отстойник 27, через решето 26. . Из отстойника 27, по напорной линии 24, через фильтр 28, с помощью насоса 29 и приводного двигателя 30, очищенный от крупных механических примесей, буровой раствор подается в верхнюю часть оголовка 21 буровой трубы 13 через патрубок 23.

Рис. 12

Рис. 13

Патрубок 23 крепится на обсадном кольце 19, имеющем уплотнительные резиновые прокладки ( на чертеже не показаны), закрепленном на оголовке буровой трубы 21 при помощи гайки 20. Кроме того, на буровой трубе 13 легкосъемным зажимом крепится еще один хомут 17, предназначенный для фиксации верхних концов арматурного каркаса 11 перед его установкой на буровой трубе 13, , который позволяет не только удерживать готовый каркас 11 до момента погружения электрогидравлического устройства с разрядной головкой на заданную глубину, но и формировать этот каркас на буровой трубе путем приваривания поперечин к продольным арматуринам, или привязкой их мягкой проволокой.

Хомут 17 состоит из двух частей, соединенных осью 43, которые фиксируются защелкой 44 между собой, на буровой трубе 13 между собой, на буровой трубе 13 и включает в свою конструкцию поддерживающие лепестки 40, фиксирующие лепестки 41, закрепленные на поддерживающих лепестках 40 с возможностью поворачиваться на оси, закрепленной на ближнем к буровой трубе 13 конце поддерживающего лепестка пружиной 42 и водилом 45 со стопором 46, имеющем фиксирующий лепесток, который в открытом положении фиксируется на держателе 47.

Осуществление электрогидравлического эффекта связано с относительно медленным накоплением энергии в источнике питания и практически мгновенным ее выделением в жидкой среде. Основными действующими факторами электрогидравлического эффекта являются высокие и сверхвысокие импульсные гидравлические давления, приводящие к появлению ударных волн со звуковой и сверхзвуковой скоростями; значительные импульсные перемещения объемов жидкости, совершающиеся со скоростями, достигающими сотен метров в секунду; мощные импульсно возникающие кавитационные процессы, способные охватить относительно большие объемы жидкости; инфра- и ультразвуковые излучения; механические резонансные явления с амплитудами, позволяющими осуществлять взаимное отслаивание друг от друга многокомпонентных твердых тел; мощные электромагнитные поля (десятки тысяч эрстед); интенсивные импульсные световые, тепловые, ультрафиолетовые, а также рентгеновские излучения; импульсные гамма- и (при очень больших энергиях импульса) нейтронное излучения; многократная ионизация соединений и элементов, содержащихся в жидкости.

Этапы развития электрического заряда в ионопроводящей жидкости (водопроводная вода) – стримера.

б) «молодого» — начало развития;

в) в конце импульса;

Рис. 14

Где:

Длительность импульса разряда от 0,00001 до 100 мкс. Каждый разряд оставляет вдоль канала стримера паровую полость, которая превращается в кавитационную после снятия напряжения и схлопывается с Рmax = 2000 Мпа. Такие показатели роста давления за такие короткие промежутки времени и приводят к тому, что при диаметре бура 40 мм и затрате энергии 25 Вт бур позволяет получить следующие скорости бурения, см/мин: