Роторный двигатель а.н.гулевского

 

Использование: транспортный двигатель , привод электроустановки. Сущность изобретения: в корпусе размещен лопаточный компрессор с реактивным приводом, газовая турбина, установленная соосно с компрессором, и трубопроводы раздельной подачи воздуха и топлива к реактивным приводам . Двигатель снабжен маховиком с вертикальным валом,на нижнем конце которого размещены синхронный шарнир, муфта сцепления и шестерня зубчатой передачи, рубашкой охлаждения компрессора, защитным кожухом, демпферными пружинами и вспомогательным электрогенератором, якорь которого размещен на валу турбины, а статор - на кожухе двигателя. Реактивные приводы размещены на ободе маховика. 2 ил,

COI03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 01 К 11/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) " :: -: 1! 311.:.".1Тг:11 ь - ЛИЙТЕ1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕ НТУ

gr n

I» (21) 4850930/06 (22) 07,06,90 (46) 15,04.93. Бюл. М 14 (76) А.Н. Гуле вский (56) Авторское свидетельство СССР

М 1026511, кл. F 01 К 11/00, 1979 (54) РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Использование: транспортный двигатель, привод электроустановки. Сущность изобретения: в корпусе размещен лопаточный компрессор с реактивным приводом, газовая турбина, установленная соосно с

Изобретение относится к машиностроению, а конкретнее к роторным двигателям, и может быть использовано в различных областях техники, например, на всех видах транспорта, как привод электрогенератора и т.д.

Цель изобретения — увеличение КПД двигателя.

Иэ термодинамики известно, что КПД любой тепловой машины (какими являются и представленные) состоит из произведения 2-х КПД термического и механического.

Чем выше КПД составляющих, тем выше КПД общий. Рассматривая первую составляющуюКПД, известно. что он зависит от степени сжатия рабочего тела (воздуха) в рабочем объеме (камере сгорания), Степень сжатия е а самых лучших тепловых двигателях достигает (14-16)max известное значение, а в прототипе значение е ограничено средним числом и может быть выше определенных пределов, которые определяются конструкцией. Так в прототипе лопаточный,, БУДД 1809858 А3 компрессором, и трубопроводы раздельной подачи воздуха и топлива к реактивным приводам. Двигатель снабжен маховиком с вертикальным валом,на нижнем конце которого размещены синхронный шарнир, муфта сцепления и шестерня зубчатой передачи, рубашкой охлаждения компрессора, защитным кожухом, демпферными пружинами и вспомогательным электрогенератором, якорь которого размещен на валу турбины, а статор — на кожухе двигателя. Реактивные приводы размещены на ободе маховика. 2 ил, компрессор, создающий число Р невозможно вращать с частотой выше пределов проч-. ности его материала. Поэтому в .представленном прототипе существует предел и термического КПД, который вместе с механическим КПД составляет известное значение в пределах 207; ... 307 (по аналогии с турбореактивными двигателями).

Термический КПД предлагаемого роторного двигателя существенно повышается за счет применения лопаточного компрессора шиберного типа с фиксированной подачей воздуха в рабочем объеме компрессора, а так же ступенчатого способа сжатия воздуха с его промежуточным охлаждением, Это позволяет снизить энергозатраты на сжатие и повысить объемный КПД компрессора, В предлагаемой конструкции сжатый воздух к реактивным приводам, прямоточным воздушно-реактивным двигателям (ПВРД), размещенным на ободе маховика, подается через внутренние воздушные каналы во вращающемся маховике, который также

1809858 представляет ступень сжатия, и еще более сжимается от центральной силы. При таком построении конструкции с соосным расположением компрессора на роторе двигателя можно получить степени сжатия е выше приведенного значения (14 — 16) и сократить его размеры, а это дает возможность повысить термический КПд применяемых ПВРД до 707; — 80ь.

Что касается второй составляющей, механического КПД, то в прототипе этот КПД меньше, чем у предлагаемого двигателя за .счет потерь на трение в топливном насосе, который в предложенном варианте отсутствует, 15

Вращающийся маховик с внутренними каналами топливоподачи сам является центробежным насосом, а так же за счет механических потерь рассеивания кинетической энергии газовой струи на лопатках газовой 20 турбины.

В предлагаемой конструкции реактивные привода, установленные по касательной на ободе маховика, полностью отдают ему свою кинетическую энергию потока газовой 25 струи. Так же расширяются возможности увеличения кпд предлагаемого роторного двигателя при установке íà его ось вспомогательного электрогенератора, причем выработка эл,энергии генератора в 30 предлагаемом двигателе не влияет на силовой ротор и не отбирает вследствие этого от него энергии, а, наоборот, может при необходимости добавить. Осуществляется это установкой якорной обмотки на вал газовой 35 турбины, охватывающей маховик с ротором и своими лопатками, расположенными концентрично реактивным приводам. При этом лопатки воспринимают инерционную остаточную часть энергии газовой струи от реак- "0 тивных приводов маховика, а газовая турбина при этом вращается в обратном относительно ротора направлении.

Эксплуатационные возможности предлагаемого роторного двигателя значитель- 45 но расширяются особенно при применении на транспорте; за счет установки его на синхронный шарнир равномерной угловой скорости (шаровой). Вследстви е вращения ротора с маховиком РД с высокой частотой 50 в нем возникает гироскопический эффект, а сам РД представляет собой- в этом случае гироскоп. Его ось при этом старается сохранить свое положение в пространстве неизменным, поэтому один конец оси вставлен 55 в чашку шарнира, а другой поддерживается демпферными пружинами. Лучшее положение при этом вертикальное. При колебаниях положения передаточного блока, на котором установлен РД, конец оси с демпферными пружинами будет воспринимать прецессионные действия ротора с маховиком. В транспорте, особенно автомобильном, от. клонения корпуса передаточного блока при движении явление обычное. Следовательно,.в предлагаемом РД исключаются перегрузки на подшипники, удерживающие ось с маховиком.

Важным обстоятельством в расширении эксплуатационных возможностей является использование на РД разнообразных видов жидкого и газообразного топлива, и особенно водорода, т.к. в предлагаемом РД самая короткая цепь передачи водорода и любого топлива от емкости к двигателю, то уменьшается пожаро- и взрывоопасность передачи его к реактивным приводам, А вследствие высокой эффективности РД уменьшается и потребление этого экологически чистого топлива.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

Предлагаемый роторный двигатель представлен на фиг. t .в виде кинематической упрощенной схемы и состоит из следующих частей: собственно ротора его оси 1 и маховика 2 с установленным на ось 1 защитным кожухом 3. Ось 1 имеет топливно-впускное отверстие 4. На кожухе 3 установлен стартер 5 (электродвигатель) для передачи движения оси 1. На кожухе 3 установлена так же одна из обмоток 6 вспомогательного генератора электрического тока. В диске маховика 2 расположены внутренние каналы 7 для подачи топлива от центрального. отверстия 8 (фиг. 2 разр. А-А). расположенного в оси 1 маховика 2, в камеру сгорания

9 с соплом 10: Для подачи воздуха в камеру сгорания 9 имеются воздушные каналы 11.

Под маховиком 2 расположены двухступенчатый ротационно-пластинчатый компрессор 12 с рубашкой охлаждения 13 с пластинчатыми роторами 14 и 15, закрепленными на оси 1. Входное отверстие компрессора 12 связано с атмосферным воздухом посредством воздушного фильтра I6 и гибкого патрубка 17. Корпус компрессора 12 имеет в своей нагнетательной полости первой и второй ступени каналы 18 и 19 для прохода сжатого воздуха во входное отверстие оси 1, связанное с каналами 11.

Корпус компрессора 12 с кожухом 3 и со стартером 5 удерживаются от разворота на оси 1 демпферными пружинами 20, установленными на корпусе двигателя 21. В опорной части оси 1 установлен синхронный шарнир 22 равномерной угловой. скорости, Ось 1 после шарнира 22 связана с зубчатой, шестерней 23, которая через муфту сцепления 24 может передавать крутящий момент ведомому зубчатому колесу 25.

1809858

Для создания вспомогательного гене- P переходит в кинетическую энергию истератора электрического тока якорная обмот- кающей иэ сопла 10 газовой струи. При этом ка 28 газовой турбины 26 с лопатками 27 возникает реактивная сила тяги F, которая установлена напротив статорной обмотки 6 и создает крутящий момент Мк на маховике (фиг. 1, 2 разр. А-А), отработанные выхлоп- 5 D ныегазывыходятчерезотверстие29кожуха 2 с плечом, равным 2.и силои,равнои сум3, марной тяге реактивных ПВРД, установленРоторный двигатель работает следую- ных на ободе маховика 2. При увеличении щим образом: скорости вращения маховика 2 увеличиваСтартер 5 (электродвигатель), установ- 10 ется и скорость компрессии подаваемого в ленный на кожухе 3, который удерживается каналы 11 сжатого воздуха и силы сопротивот разворота на оси 1 демпферными пружи- ления от нее и при определенной подаче .нами 20, начинает разгонять маховик 2. По топлива (кг/с, г/с) происходит стабилиэамере набора скорости вращения маховика 2 ция реактивной тяги ПВРД и наступает равв его топливных каналах 7 у оси вращения в 15 новесное состояние скорости вращения и центре отверстия 8образуется разрежение момента Мк, при котором его нарушение воздуха от центробежной силы, которая эа- происходит только при изменении подачи ставляет некоторый объем воздуха в кана- топлива или воздуха, За моментом враще лах 7 переместиться к периферии маховика ния маховика 2 его постоянством или регу2. 20 лированием могут автоматически следить

В тоже время работают и пластинчатые электронные системы, механические и т.д. роторы 14, 15 2-х ступенчатого ротационно- При предлагаемоМ расположении оси 1 пластинчатого компрессора 12, корпус кото- ротора двигателя — вертикальном, îíà сворого установлен на кожухе 3. При этом им опорным концом соединена с синхронатмосферный воздух поступает в компрес- 25 ным шарниром 22 равномерной угловой сор 12 через воздушный фильтр 16 и гибкий скорости и с зубчатой шестерней 23, котопатрубок 17 во всасывающую полость ком- рая через муфту сцепления 24 передает кру-. прессора 12 и переводится пластинчатым тящий момент М» ведомому зубчатому ротором 14 в его нагнетательную полость. колесу 25 (потребителю). Синхронный шарДалее сжатый воздух поступает в вса- 30 нир выполняет свое назначение при гиросывающую полость 2-й ступени через соеди- скоп ическом эффекте оси 1 ротора, при нительный охлаждаемый канал 18 и потом изменениях положения основания передасжимается далее при повороте ротора 15 и точного блока. Для восстановления положепоступает в нагнетательную полость второй ния ротора с маховиком 2 при отклонениях ступени сжатия и далее через охлаждаемый 35 или раскачивании корпуса 21 с передаточканал 19 во входное отверстие воздушного ным блоком до угла а предусмотрены деканала оси 1. Для отвода тепла при сжатии мпферные пружины 20, которые воздуха применяется охлаждающая .жид- удерживают так же и от разворота элементы кость (вода), которая при проходе через ру- конструкции 3 и 12. При углах отклонения башку 13 компрессора 12 отводит от него 40. корпуса 21 больше угла а предусмотрена ,при работе тепло, Поступив в воздушные опорная поверхность на корпусе 21 (фиг, 1), каналы 11 маховика 2, воздух центробеж- накоторуюкожух3опирается,чтозкономит ной силой и под высоким давлением подво- место размещения роторного двигателя в дится к камерам сгорания 9 ПВРД, где корпусе, пройдя пространство камеры 9; выходит че- 45 С целью максимального использования рез сопло 10. При достаточном разгоне ма- кинетической энергии струи истекающих из ховика 2 вокруг оси 1 в ее топливо-впускное сопла 10 газов, на маховик 2 установлена отверстие 4 открывается подача и начинает газовая турбина 26. Истекающие газы пропоступать топливо, которое под действием иэводятдавление на лопатки 27 газовой турразрежения. указанного выше, засасывает- 50 бины 26 и вращают ее в обратную сторону ся в отверстие 4 и во внутренние каналы 7 относительно маховика 2. При этом установ- . маховика 2. Центробежной силой топливо ленная обмотка 28, расположенная на газодалее принудительно подается в камеру вой турбине 26, движется относительно сгорания 9,. где,смешиваясь с воздухом, обмотки 6 кожуха 3 с генерированием элекподжигается. Далее процесс сгорания мо- 55 трической энергии. жет самоподдерживаться высокой темпера- Выработанная таким образом энергия, турой сгорания. может использоваться на движение или на

При сгорании топлива температура в другие потребности в автомобиле, катере и камересгорания9 возрастает вместе сдав- т.д. Отработанные газы выходят в окно 29 лением и потенциальная энергия давления кожуха 3. Их тепло может быть испольэоваI

1809858

РигЛ

А-А

Olscs. 2

Составитель А.Стрельцов

Техред М,Моргентал Корректор Н,Гунько

Редактор Л.Пигина

Заказ 1297 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Ппоизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101 но в целях отопления и др. LUyM работы двигателя поглощается кожухом 3 с применением шумопоглощающих средств (гофрированных крышек, заглушек и т.д.).

Формула изобретения 5

Роторный двигатель. содержащий корпус, размещенные внутри него лонаточный компрессор с реактивным приводом, газовую турбину, установленную соосно с воздушным компрессором и концентрично 10 относительно реактивных приводов, трубопроводы раздельной подачи топлива и .воздуха к реактивным приводам, о т л и ч аю шийся тем. что, с целью увеличения КПД двигателя, последний снабжен маховиком с вертикальным валом и размещенными на нижнем конце вала синхронным шарниром, муфтой сцепления и шестерней зубчатой передачи, рубашкой охлаждения компрессора, защитным кожухом, демпферными пружинами и вспомогательным электрогенератором с якорем и статором, причем реактивные приводы закреплены на ободе маховика, демпферные пружины закреплены на защитном кожухе и корпусе двигателя, якорь вспомогательного электрогенератора размещен на валу турбины, а статор — на кожухе двигателя.