Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.



Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.
Двигатель турбо-роторный соколова а.ю.

 


Владельцы патента RU 2406843:

Соколов Александр Юрьевич (RU)

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель турбо-роторный внутреннего сгорания с эмульсионной воздушно-масляной системой смазки, циркулирующей под давлением, состоит из цилиндрического неподвижного статора. Статор конструктивно разделен на четыре поперечные секции. Секции технологически образуют между собой три рабочие зоны, две из которых - зоны рабочего хода, одна - компрессорная зона, с запрессованными в них гильзами - цилиндрами с внутренней рабочей поверхностью правильной окружности. В зонах рабочего хода расположены два плавающих турбо-ротора правильной окружности границ рабочей поверхности. При щелевой камере рабочего хода турбо-ротор работает с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода с углом, равным 334 град. оборота каждого турбо-ротора. В компрессорной зоне расположен плавающий ротор. Два плавающих турбо-ротора и плавающий ротор имеют шлицевую посадку на рабочий вал. Двигатель имеет систему каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микроканалов, позволяющих осуществлять смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции воздушно-масляной эмульсии через двигатель. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя, улучшение экологии выхлопа отработанных газов и упрощение конструкции. 19 з.п.ф-лы, 14 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям роторным внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве привода в различных машинах, энергетических установках, автомобилях, легких летательных аппаратах, судостроении и других отраслях, связанных с использованием силовых установок. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя - значительное улучшение экологии выхлопа отработанных газов, снижение расхода горючего, повышение к.п.д. двигателя, освоение принципиально нового способа смазки двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый турбо-роторный двигатель состоит из цилиндрического неподвижного статора, конструктивно разделенного на четыре поперечные секции, технологически образующие между собой три рабочие зоны, две из которых - зоны рабочего хода, одна - компрессорная зона, с запрессованными в них гильзами - цилиндрами с внутренней рабочей поверхностью правильной окружности, из концентрически расположенных в этих зонах на одном валу двух плавающих турбо-роторов с правильной окружностью границ рабочей поверхности, позволяющей при щелевой камере рабочего хода работать турбо-ротору с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода до 334 град оборота каждого турбо-ротора, при одновременной работе шести постоянно сменяющих друг друга турбо-лопаток, из одного плавающего ротора в компрессорной зоне, со шлицевой посадкой всех трех на рабочий вал, из системы каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микроканалов, позволяющих осуществить смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции воздушно-масляной эмульсии через двигатель.

Описание изобретения

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №2203430 от 27.04.2003 г., состоящий из корпуса статора с внутренней цилиндрической поверхностью, с камерой сгорания, ротора с профилированной внешней поверхностью и одним выступом сопряжения с рабочей поверхностью статора, трех компрессионных заслонок (в т.ч. двух на входе и выходе камеры сгорания и третьей диаметрально противоположной между выхлопным и всасывающим коллекторами), установленных в пазах статора с возможностью контакта с профилированной внешней поверхностью ротора для образования полостей всаса и сжатия.

Недостатками данного двигателя являются - процесс всасывания топливной смеси происходит на целый оборот ротора раньше ее подачи в камеру сгорания, что сопряжено с ее потерями; не приведена система управления подвижными заслонками на входе и выходе из камеры сгорания, что подразумевает необходимость их исполнения путем введения кинематических или газовых схем привода.

Также известен роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №2209323 от 27.07.2003 г., отличающийся от предыдущего сложной конфигурацией статора, исполнением ротора правильной окружности и введением множества радиально-подвижных элементов в тело ротора.

Анализ конструкции данного двигателя показывает, что в результате неизбежно постоянной, непрерывной работы двух камер сгорания в каждом объеме между подвижными радиальными элементами фактически камеры сгорания превращаются в постоянно действующие сопла, а двигатель в турбо-двигатель с соответствующим турбо-расходом горючего.

Наиболее близким к предлагаемому является роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №2310082 от 10.11.2007 г., состоящий из цилиндрического статора, разделенного на три поперечные рабочие зоны, и концентрически расположенных в рабочих зонах на одном валу трех роторов, два из которых расположены в зонах рабочего хода и выхлопа отработанных газов, а один в зоне компрессионного всаса и сжатия горючей смеси, при этом в статоре каждой зоны рабочего хода имеется по две камеры сгорания и по два радиально-подвижных элемента - прототип.

Основным недостатком известного двигателя является негарантируемая работа четырех радиально-подвижных элементов в зоне рабочего хода, исходя из настоящего развития техники, в смысле продолжительности их работы, надежности долгосрочного разделения зоны рабочего хода от зоны выхлопа, повышенного трения и износа ротора при их работе. Технический результат, на достижение которого направленно данное изобретение, заключается в устранении вышеотмеченных недостатков двигателей-аналогов и прототипа, а также повышении эффективности и дальнейшем усовершенствовании технологии работы роторных двигателей внутреннего сгорания:

- избежать излишнего количества заслонок, радиально-подвижных элементов, клапанов и особенно сложных систем управления;

- обеспечить технологическое единство камеры сгорания с двигательным объемом рабочего хода;

- осуществить увеличение протекания во времени рабочего хода двигателя с целью более эффективного использования энергии сгорания горючей смеси, более полного ее сгорания, достижения более чистого выхлопа и в итоге повышения к.п.д. двигателя.

Намеченный технический результат достигается тем, что в турбо-роторном двигателе внутреннего сгорания с эмульсионной воздушно-масляной системой смазки, циркулирующей под давлением, состоящем из цилиндрического неподвижного статора, конструктивно разделенного на четыре поперечные секции, технологически образующие между собой три рабочие зоны, две из которых - зоны рабочего хода, одна - компрессорная зона с запрессованными в них гильзами - цилиндрами с внутренней рабочей поверхностью правильной окружности, с концентрически расположенными в этих зонах на одном валу двумя плавающими турбо-роторами (в зонах рабочего хода) правильной окружности границ рабочей поверхности, позволяющей при щелевой камере рабочего хода работать турбо-ротору с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода с углом, равным 334 град оборота каждого турбо-ротора, из одного плавающего ротора в компрессорной зоне, со шлицевой посадкой всех трех на рабочий вал, из системы каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микроканалов, позволяющих осуществлять смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции воздушно-масляной эмульсии через двигатель. Турбо-роторы зон рабочего хода имеют правильную окружность границ рабочей поверхности, поршни - выступы с окружностью, совпадающей с внутренней окружностью статора, имеют прямоугольный желоб по вершине окружности рабочей поверхности турбо-ротора с боковыми вертикальными бортами по верхней окружности рабочей поверхности, с заполнением между бортами поперечными турбо-лопатками, с образующей каждой вершины турбо-лопатки по рабочей поверхности турбо-ротора, с радиальной рабочей поверхностью каждой лопатки и с выпукло-закругленной поверхностью от вершины одной лопатки к основанию другой по ходу вращения. Камера сгорания зоны рабочего хода, являющаяся одним целым с пространством рабочего хода, ничем от него не отделена и имеет свободный проем (окно) по образующей внутренней поверхности статора, длиной, обеспечивающей размещение в нем двух полных турбо-лопаток.

Окно выхлопа отработанных газов расположено таким образом, чтобы между ним и камерой сгорания разместилось три полных турбо-лопатки. На внутренней поверхности статора зоны рабочего хода с отступом на величину вершины турбо-лопатки после камеры сгорания (по ходу вращения турбо-ротора) размещено три обратных турбо-лопатки.

Форсунка подачи однократного объема воздуха из ресивера для продувки пространства между турбо-лопатками расположена в полушаге турбо-лопатки от края окна выхлопа отработанных газов по ходу вращения турбо-ротора и выключается при остановке двигателя. Также предусмотрена форсунка подачи сжатого воздуха из ресивера в камеру сгорания, сразу в начальном периоде ее перекрытия поршнем - выступом турбо-ротора с тем, чтобы обеспечить возможность воспламенения горючей смеси. В компрессорной зоне на стыке двух средних секций статора размещены два диаметрально противоположных колодца, в которых размещены седловидные радиально-подвижные элементы, обеспечивающие необходимую степень сжатия воздуха для подачи в ресивер и состоящие из элементов, например, четырех, соединяемых между собой замком типа «ласточкин хвост» и имеющих между собой микроканалы сбора масла для обеспечения смазкой вращения ротора.

Рабочий вал двигателя имеет центральный канал подачи под давлением воздушно-масляной эмульсии, соединяющийся с радиальными каналами ступиц турбо-роторов и ротора. Турбо-роторы и ротор в ступицах имеют по два радиальных канала, по два сквозных поперечных канала с выходом на боковые рабочие поверхности, с конусными микроканалами на концах в сторону периферии окружности, соединенные между собой, и через которые проходит под давлением воздушно-масляная эмульсия в кольцевые полукруглого сечения каналы на каждой боковой рабочей поверхности секций статора.

На боковых рабочих поверхностях секций статора выполнены кольцевые полукруглого сечения каналы, например, шесть штук, для прохода воздушно-масляной эмульсии и кольцевые прямоугольного сечения каналы, например, шесть штук, для размещения в них кольцевых прямоугольного сечения выступов боковых рабочих поверхностей турбо-роторов и ротора. На боковых рабочих поверхностях турбо-роторов и ротора выполнены кольцевые прямоугольного сечения выступы, например, шесть штук, входящие в кольцевые прямоугольного сечения каналы на боковых рабочих поверхностях секций статора.

На боковых рабочих поверхностях турбо-лопаток и поршня выступа турбо-ротора нанесены радиальные П-образные микроканалы, например, два на поршне-выступе, с выходом на рабочую поверхность вершин, через которые масло поступает на рабочие поверхности. На боковых рабочих поверхностях вершин ротора нанесены радиальные микроканалы. На рабочих поверхностях вершин ротора нанесены стреловидные микроканалы, направление которых обратно вращению ротора.

Через все секции статора выполнен продольный канал, соединяющийся с кольцевыми каналами полукруглого сечения, на боковых рабочих поверхностях секций статора, и с трубками высокого давления, отводящими от двигателя сжатый воздух и излишки масла.

Двигатель имеет ресивер достаточного объема и сжатия до необходимой степени воздуха, способного обеспечить:

- заполнение камеры сгорания, в начальный период ее перекрытия выступом - поршнем турбо-ротора, воздухом необходимого объема и степени сжатия;

- однократную продувку рабочего объема турбо-лопаток,

- приготовление, подачу и циркуляцию воздушно-масляной эмульсии через двигатель.

Двигатель имеет редукционный клапан, регулирующий подачу сжатого воздуха в камеру сгорания в зависимости от оборотов двигателя с полным перекрытием при остановке двигателя.

В составе системы смазки имеется барбатер приготовления воздушно-масляной эмульсии, в комплект которого входят: нижний стакан барбатера, крышка, датчик минимального уровня масла, датчик максимального уровня масла, мерная трубка уровня масла со щупом, мембраны с мелкоячеистой медной сеткой - две центрального, две периферийного прохода воздуха, трубки высокого давления, соединяющие барбатер с ресивером, с двигателем, с масляным насосом. Также в составе системы смазки имеется отстойник масла, возвратившегося из двигателя, в комплект которого входят: нижний стакан, крышка, мембраны из мелкоячеистые медной сетки, например, три штуки, для очистки воздуха перед выбросом, датчик максимального уровня масла, датчик включения масляного насоса, датчик выключения масляного насоса, клапан прямого хода воздуха, масляный насос, трубки высокого давления, соединяющие отстойник с двигателем, с масляным насосом, с трактом выброса отработанных газов.

Сущность изобретения поясняется чертежами с указанием основных частей, из которых состоит турбо-роторный двигатель внутреннего сгорания.

Фиг.1 - продольный разрез двигателя:

1 - одна из секций статора (крайняя, всего - 4), 2 - гильза статора зоны рабочего хода, 3 - турбо-ротор зоны рабочего хода (2 шт.), 4 - турбо-лопатка турбо-ротора, 5 - радиальный канал ступицы турбо-ротора и ротора (6 шт.), 9 - камера сгорания в статоре зоны рабочего хода, 14 - кольцевой канал избыточного давления полукруглого сечения на боковой поверхности статора зоны рабочего хода для создания условий «плавающего» эффекта турбо-роторов (4 шт.), 15 - кольцевой канал прямоугольного сечения на боковой рабочей поверхности статора зоны рабочего хода для входящего в него кольцевого прямоугольного сечения выступа боковой рабочей поверхности турбо-ротора, обеспечивающий повышенную компрессию зоны рабочего хода, 16 - средняя секция статора, 17 - полугильза средних секций статора компрессорной рабочей зоны, 18 - поршень - выступ ротора компрессорной рабочей зоны, 21 - радиально-подвижный компрессионный элемент, 23 - кольцевой канал избыточного давления полукруглого сечения на боковых рабочих поверхностях секций статора для создания условий «плавающего» эффекта ротора (2 шт.), 24 - кольцевой канал прямоугольного сечения в боковой рабочей поверхности статора средней секции компрессорной зоны, 26 - ротор компрессорной зоны, 27 - сквозной поперечный канал в турбо-роторах и роторе для подвода сжатой воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статора, 28 - радиальные каналы (2 шт.) в промежуточных секциях статора для обеспечения циркуляции сжатого воздуха и отвода излишков масла к маслосборнику, 29 - продольный канал через все секции статора (4 участка) для обеспечения циркуляции сжатого воздуха и отвода возвращаемого излишка масла, 30 - центральный канал подачи под давлением воздуха и воздушно-масляной эмульсии к двигателю, расположенный в полости рабочего вала, 31 - трубка сбора сжатого воздуха и стока возвращаемого излишка масла, ведущая к маслосборнику, 32 - рабочий вал двигателя, 33 - кольцевой выступ прямоугольного сечения на боковой рабочей поверхности турбо-ротора зоны рабочего хода (4 шт.) и ротора компрессорной зоны (2 шт.), 39 - радиальный колодец на стыке средних секций статора для размещения радиально-подвижного компрессионного элемента компрессорной зоны.

Фиг.2 - поперчный разрез зоны рабочего хода:

1 - статор зоны рабочего хода, 2 - гильза статора зоны рабочего хода, 3 - турбо-ротор зоны рабочего хода (2 шт.), 4 - турбо-лопатка турбо-ротора, 5 - радиальный канал ступицы турбо-ротора и ротора, 6 - окно выхлопа отработанных газов, 7 - форсунка сжатого воздуха однократной продувки рабочего пространства турбо-лопаток, выключающаяся при остановке двигателя, 8 - рабочий поршень - выступ турбо-ротора зоны рабочего хода, 9 - камера сгорания, 10 - форсунка подачи сжатого воздуха из ресивера в камеру сгорания, выключающаяся при остановке работы двигателя, 11 - средство зажигания горючей смеси, 12 - форсунка подачи горючего в камеру сгорания, 13 - обратная турбо-лопатка на рабочей поверхности гильзы статора зоны рабочего хода (3 шт.), 14 - кольцевой канал избыточного давления, полукруглого сечения, на боковой рабочей поверхности секции статора зоны рабочего хода для создания условий «плавающего» эффекта турбо-роторов, 15 - кольцевой канал прямоугольного сечения в боковой рабочей поверхности секции статора зоны рабочего хода для входящего в него кольцевого, прямоугольного сечения выступа боковой рабочей поверхности турбо-ротора, обеспечивающий повышенную компрессию зоны рабочего хода, 27 - сквозной поперечный канал в турбо-роторах и роторе для подвода сжатой воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статора, 28 - радиальные каналы (2 шт.) в промежуточных секциях статора для обеспечения циркуляции сжатого воздуха и отвода излишков масла к маслосборнику, 29 - продольный канал через все секции статора (4 участка) для циркуляции сжатого воздуха и отвода излишков масла к маслосборнику, 30 - центральный канал подачи под давлением воздуха и воздушно-масляной эмульсии к двигателю, расположенный в полости рабочего вала, 31 - трубка сбора сжатого воздуха и отвода излишнего масла, ведущая к маслосборнику, 32 - рабочий вал двигателя, 35 - боковой борт прямоугольного желоба боковой рабочей поверхности турбо-роторов, угол А - шаг турбо-лопаток (в приведенном примере 11,25 град, угол С равен углу рабочего хода каждого турбо-ротора (в приведенном примере равен 334 град).

Фиг.3 - поперечный разрез компрессорной зоны;

5 - радиальный канал ступицы турбо-роторов и ротора, 16 - средняя секция статора, 17 - полугильза средних секций статора компрессорной рабочей зоны, 18 - поршень - выступ ротора компрессорной рабочей зоны, 19 - окно подачи сжатого воздуха в ресивер (2 шт.), 20 - клапан одностороннего хода подачи сжатого воздуха в ресивер, 21 - радиально подвижный компрессионный элемент, 39 - радиальный колодец на стыке средних секций статора для размещения радиально подвижного компрессионного элемента компрессорной зоны, 22 - окно всаса воздуха, 23 - кольцевой канал избыточного давления, полукруглого сечения, на боковых рабочих поверхностях секций статора для создания условий «плавающего» эффекта турбо-роторов и ротора, 24 - кольцевой канал прямоугольного сечения на боковых рабочих поверхностях средних секций статора компрессорной зоны, 25 - рабочая камера сжатия воздуха, 26 - ротор компрессорной зоны двигателя, 27 - сквозной поперечный канал в турбо-роторах (по 2 шт.) и роторе (2 шт.) для подвода сжатого воздуха с воздушно-масляной эмульсией к кольцевым каналам секций статора, 28 - радиальные каналы (2 шт.) в промежуточных секциях статора для обеспечения циркуляции сжатого воздуха и отвода возвращаемого излишка масла в маслосборник, 29 - продольный канал через все секции статора (4 участка) для обеспечения циркуляции сжатого воздуха и отвода возвращаемого излишка масла, 30 - центральный канал подачи под давлением воздушно-масляной эмульсии к двигателю, расположенный в полости рабочего вала, 31 - трубка сбора сжатого воздуха и стока возвращаемых излишков масла, ведущая к маслосборнику, 32 - рабочий вал двигателя.

Фиг.4 - турбо-ротор зоны рабочего хода (вид с боку);

33 - кольцевой выступ прямоугольного сечения на боковой рабочей поверхности турбо-ротора зоны рабочего хода (4 шт.) и ротора компрессорной зоны (2 шт.); 35 - боковой борт прямоугольного желоба боковой рабочей поверхности турбо-ротора.

Фиг.5 - поперечный разрез турбо-ротора зоны рабочего хода:

3 - турбо-ротор зоны рабочего хода, 4 - турбо-лопатка, 5 - радиальный канал ступицы турбо-роторов и ротора (6 шт.), 8 - рабочий поршень - выступ турбо-ротора зоны рабочего хода, 27 - сквозной поперечный канал в турбо-роторах и роторе (по 2 шт.) для подвода сжатой воздушно-масляной эмульсии к кольцевым каналам секций статора, 30 - центральный канал подачи под давлением воздуха и воздушно-масляной эмульсии к двигателю, расположенный в полости рабочего вала, 32 - рабочий вал двигателя, 33 - кольцевой выступ прямоугольного сечения на боковой рабочей поверхности турбо-ротора зоны рабочего хода (4 шт.) и ротора компрессорной зоны (2 шт.); 34 - радиальные микроканалы на боковых плоскостях турбо-лопаток с выходом их на рабочую поверхность вершины турбо-ротора (через одну лопатку); 35 - боковой борт прямоугольного желоба боковой рабочей поверхности турбо-ротора.

Фиг.6 - турбо-ротор зоны рабочего хода двигателя:

34 - радиальные микроканалы на боковых плоскостях турбо-лопаток с выходом их на рабочую поверхность вершины турбо-ротора.

Фиг.7 - поперечный разрез вершины турбо-ротора по радиальному микроканалу 34:

34 - радиальный микроканал на боковой плоскости турбо-лопатки с выходом на рабочую поверхность вершины турбо-ротора.

Фиг.8 - поперечный разрез по сквозному поперечному каналу турбо-ротора зоны рабочего хода:

27 - сквозной поперечный канал в турбо-роторах (по 2 шт.) и роторе (2 шт.); 35 - боковой борт прямоугольного желоба боковой рабочей поверхности турбо-ротора.

Фиг.9 - ротор компрессорной зоны двигателя (вид с боку):

5 - радиальный канал ступицы турбо-роторов (4 шт.) и ротора (2 шт.), 18 - поршень - выступ ротора компрессорной зоны, 23 - кольцевой канал избыточного давления, полукруглого сечения, на боковых рабочих поверхностях секций статора для создания условий «плавающего» эффекта турбо-роторов и ротора (6 шт.), 26 - ротор компрессорной зоны двигателя, 27 - сквозной поперечный канал в турбо-роторах (по 2 шт.) и роторе (2 шт.) для подвода сжатого воздуха с воздушно-масляной эмульсией к кольцевым каналам секций статора, 30 - центральный канал подачи воздушно-масляной эмульсии к двигателю, 33 - кольцевой выступ прямоугольного сечения на боковой рабочей поверхности турбо-роторов зоны рабочего хода (4 шт.) и ротора компрессорной зоны (2 шт.), 40 - радиальные микроканалы на боковых поверхностях поршней - выступов ротора компрессорной рабочей зоны (по 3 шт.).

Фиг.10 - ротор компрессорной зоны двигателя (вид на поршень - выступ ротора): 26 - ротор компрессорной зоны двигателя; 33 - кольцевой выступ прямоугольного сечения на боковой рабочей поверхности турбо-роторов зоны рабочего хода (4 шт.) и ротора компрессорной зоны (2 шт), 41 - микроканалы стреловидной формы на рабочих поверхностях поршней - вершин ротора (по 3 шт.), направленные в сторону, обратную вращения ротора.

Фиг.11 - радиально-подвижной элемент компрессорной зоны:

21 - радиально-подвижный элемент компрессорной зоны.

Фиг.12 - радиально-подвижный элемент компрессорной зоны (вид с боку):

36 - крайняя левая пластина радиально-подвижного элемента компрессорной зоны;

37 - средняя пластина радиально-подвижного элемента компрессорной зоны;

38 - крайняя правая пластина радиально-подвижного элемента компрессорной зоны.

Фиг.13 - радиально-подвижный элемент компрессорной зоны (вид с верху):

36 - крайняя левая пластина радиально-подвижного элемента компрессорной зоны.

Фиг.14 - схема эмульсионной воздушно-масляной смазки двигателя:

42 - редукционный клапан подачи сжатого воздуха (1 шт.) из ресивера в барбатер, 43 - барбатер приготовления воздушно-масляной эмульсии, 44 - нижний стакан барбатера, 45 - датчик минимального уровня масла, 46 - мембраны из мелкоячеистой медной сетки - две центрального, две периферийного прохода воздуха, 47 - максимально допустимый уровень масла, 48 - датчик максимально допустимого уровня масла, 49 - крышка барбатера со штуцером, 50 - мерная трубка уровня масла со щупом, герметично на резьбе ввернутым в мерную трубку, 51 - трубка высокого давления подачи редуцированного сжатого воздуха от ресивера к барбатеру, 52 - маслосборник возвратившегося из двигателя масла, 53 - нижний стакан маслосборника, 54 - три медные мелкоячеистые сетки для очистки воздуха перед выбросом в тракт отвода отработанных газов, 55 - датчик максимального уровня масла, 56 - датчик включения насоса перекачки масла в барбатер, 57 - датчик выключения насоса перекачки масла в барбатер, 58 - клапан прямого хода воздуха в тракт отвода отработанных газов, 59 - тракт отвода отработанных газов, 60 - трубка высокого давления подачи воздушно-масляной эмульсии от барбатера к двигателю, 61- трубка высокого давления циркуляции воздуха и подачи излишней масляной эмульсии от двигателя к маслосборнику, 62 - трубка отвода использованного и очищенного воздуха из системы смазки в тракт отвода отработанных газов, 63 - трубки высокого давления подачи масла из маслосборника к барбатеру через масляный насос для дальнейшего использования, 64 - масляный насос, 65 - ресивер сжатого воздуха, 20 - клапан одностороннего хода подачи сжатого воздуха в ресивер из компрессорной зоны двигателя, 10 - форсунка подачи сжатого воздуха из ресивера в камеру сгорания двигателя, выключающаяся при остановке работы двигателя.

Принцип работы предлагаемого турбо-роторного двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы компрессорной зоны предлагаемого двигателя с ротором, имеющим два поршня - вершины, на сегодня общеизвестен, а конструктивные особенности изложены в разделе «описание» и приведены в приложенных чертежах Фиг.-1, 3, 9, 10, 11, 12, 13. Особо следует отметить, что рабочие размеры компрессорной зоны и самого ротора будут зависеть от технологической потребности двигателя в объеме сжатого воздуха и что для успешного исполнения этой задачи как раз и направлены конструктивные особенности предлагаемой компрессорной зоны - это два радиальных колодца 39, на границе двух промежуточных секций, шире самого ротора 26 и по глубине посадки, в сторону центра вращения, ниже меньшей образующей ротора 26, в результате седловидная форма самого радиально-подвижного элемента 21, одевающегося на ротор 26, обеспечивает его конструктивную прочность за счет упоров в пазах тела статора по всем четырем направлениям и дает возможность развивать высокое давление воздуха при подаче его в ресивер 65, через редукционный клапан 20,

Особенность радиально-подвижного элемента 21, состоящего в приведенном примере из четырех набираемых в одно целое пластин 36, 37, 38, при наличии микроканалов между ними в приведенной системе смазки, обеспечивает повышенную компрессию разделения соседних рабочих зон ротора (всаса и сжатия).

Предусмотренные кольцевые, прямоугольного сечения, выступы 33 на боковых рабочих поверхностях ротора 26, входящие в кольцевые, прямоугольного сечения, каналы 24 на боковых рабочих поверхностях промежуточных секций статора и кольцевые полукруглого сечения каналы 23 подачи под давлением воздушно-масляной эмульсии, на этих же боковых поверхностях статора, эффективно способствуют успешному достижению необходимой степени сжатия воздуха в компрессорной зоне, в сочетании с предусмотренной эмульсионной воздушно-масляной системой смазки, циркулирующей в двигателе под давлением, обеспечивают эффект «плавающего» ротора по всем взаимодействующим поверхностям.

В зонах рабочего хода статора каждый турбо-ротор 3, совершая вращательное движение по ходу стрелки и взаимодействуя с поршнем - выступом 8 и турбо-лопатками 4 с рабочей поверхностью секции статора 1 с постоянной периодичностью, создает рабочие объемы:

- при перекрытии поршнем - выступом 8 окна камеры сгорания 9 на протяжении угла поворота турбо-ротора 3, в приведенном примере на 48 град, создается замкнутый объем камеры сгорания для подачи и сжатия до необходимой степени воздуха форсункой 10 и прямой подачи горючего форсункой 12 с последующим воспламенением горючей смеси средством зажигания 11;

- при воспламенении горючей смеси и дальнейшем повороте турбо-ротора 3 создается новый рабочий объем - объем рабочего хода, который увеличивается за счет приращения объемов пространств турбо-лопаток 4 от одной до двух в пределах окна камеры сгорания 9 с последующим высокоскоростным пульсирующим приращением объема до шести турбо-лопаток 4 и трех обратных турбо-лопаток 13 статора 1 и который остается постоянным во все время рабочего хода турбо-ротора, в приведенном примере 334 град угла «С», при котором по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания и известными роторно-поршневыми происходит значительное снижение потребности в горючем за счет увеличения плеча крутящего момента, увеличение к.п.д. за счет большей, оптимально необходимой, продолжительности использования сил сгорания горючей смеси, а значит более полного ее сгорания и улучшения экологии выхлопа отработанных газов.

При совершении турбо-ротором 3 полного рабочего хода (с углом С, равным 334 град) открывается окно выхлопа отработанных газов 6 и совершается постепенный, практически безнапорный, без потерь мощности выхлоп отработанных газов с последующей однократной продувкой каждой турбо-лопатки 4 сжатым воздухом форсункой 7. Надежность компрессионного разделения зоны рабочего хода и зоны выхлопа по окружности обеспечивается постоянным наличием, в приведенном примере трех вершин, турбо-лопаток 4 между окном выхлопа 6 и окном камеры сгорания 9, а по боковым рабочим поверхностям между турбо-ротором 3 и статором 1 системой эмульсионно-воздушной масляной смазки под давлением, с эффектом «плавающих» турбо-роторов. На систему смазки предлагаемого двигателя, кроме обеспечения эффективной смазки взаимодействующих между собой подвижных деталей и поверхностей, возложена еще и задача повышения компрессии разделения соседних рабочих зон и работает она следующим образом. Из ресивера 65 сжатый воздух через редукционный клапан 42 по трубке высокого давления 51 поступает в барбатер 43 приготовления воздушно масляной эмульсии, через нижний стакан барбатера 44, где воздух, проходя сквозь масло через мембраны 46 из мелкоячеистой медной сетки (две из которых центрального хода, а две периферийного хода), вспенивая масло до состояния эмульсии через медные сетки, через крышку 49 барбатера вместе с эмульсией проходит через трубку высокого давления 60, поступает в центральный канал 30, рабочего вала подачи воздушно-масляной эмульсии, через радиальные каналы 5 ступиц турбо-роторов и ротора, через сквозные поперечные каналы 27 ротора и турбо-роторов поступает в кольцевые каналы 14 боковых рабочих поверхностей секций статора зон рабочего хода и в кольцевые каналы 23 боковых рабочих поверхностей секций статора компрессорной зоны, в которых при вращении ротора и турбо-роторов за счет центробежной силы и некоторого взаимного наложения конусных микроканалов на концах сквозных поперечных каналов 27 и микроканалов 34 на боковых рабочих поверхностях турбо-роторов и микроканалов 40 на боковых рабочих поверхностях роторов масло проникает на вершины турбо-лопаток турбо-роторов и на вершины поршней - выступов роторов в микроканалы 41, а затем в микроканалы радиально-подвижных элементов 21, при этом за счет прямой близости кольцевых, полукруглого сечения, каналов 14 и 23 с кольцевыми, прямоугольного сечения 15 и 24, каналами масло проникает в лабиринт соединения кольцевых, прямоугольного сечения, каналов 15 и 24 с прямоугольными выступами 33 и обеспечивает их смазку. В случае избыточного поступления масляной эмульсии за счет постоянной циркуляции воздуха под давлением излишнее масло удаляется из кольцевых каналов 14 и 23 через продольные каналы 29, в секциях статора, и через радиальные каналы 28 в средних секциях статора и через трубку высокого давления 31 поступает в маслосборник, где масло, отстаиваясь, перекачивается снова в барбатер 43 для последующего использования, а сжатый воздух, пришедший в маслоотстойник, освободившись от масла, пройдя через фильтр медных мелкоячеистых сеток 54 и через клапан прямого хода 58, уходит в тракт выхлопа отработанных газов.

Заявленное решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как оно характеризуется новой совокупностью существенных признаков, таких как:

- увеличение течения рабочего хода почти в два раза (до 334 град, при 180 град в известных) означает и увеличение времени сгорания горючей смеси, и увеличение использования до оптимальной возможности сил ее горения, а в результате значительная экономия горючего, повышение к.п.д. двигателя и экологическая чистота выхлопа отработанных газов;

- в предлагаемом турбо-роторном двигателе сохраняется основной принцип работы роторных двигателей только с более экономичным расходом горючего как в сравнении с известными поршневыми, так и роторными;

- исходя из конструкции предлагаемого турбо-роторного двигателя и предлагаемой системы смазки механические условия работы турбо-роторов становятся практически идеальными в сравнении с известными за счет полного отсутствия прямого воздействия между собой рабочих поверхностей турбо-роторов и рабочей поверхности статора, при этом эти условия становятся еще лучше за счет их смазки воздушно- масляной эмульсией под давлением, создающей эффект «плавающих» турбо-роторов и ротора, а в компрессорной зоне еще и за счет «холодного» процесса, протекающего в самой зоне, и конструкции предлагаемых радиально-подвижных компрессионных элементов.

1. Двигатель турбо-роторный внутреннего сгорания с эмульсионной воздушно-масляной системой смазки, циркулирующей под давлением, состоящий из цилиндрического неподвижного статора, конструктивно разделенного на четыре поперечные секции, технологически образующие между собой три рабочие зоны, две из которых - зоны рабочего хода, одна - компрессорная зона, с запрессованными в них гильзами-цилиндрами с внутренней рабочей поверхностью правильной окружности, с концентрически расположенными в этих зонах на одном валу двух плавающих турбо-роторов (в зонах рабочего хода) правильной окружности границ рабочей поверхности, позволяющей при щелевой камере рабочего хода работать турбо-ротору с обеспеченной продолжительностью одного рабочего хода с углом, равным 334° оборота каждого турбо-ротора, из одного плавающего ротора в компрессорной зоне, с шлицевой посадкой всех трех на рабочий вал, из системы каналов, трубок высокого давления, кольцевых каналов, микроканалов, позволяющих осуществлять смазку двигателя путем организации постоянной циркуляции воздушно-масляной эмульсии через двигатель.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что турбо - роторы зон рабочего хода имеют правильную окружность границ рабочей поверхности, поршни-выступы с окружностью, совпадающей с внутренней окружностью статора, имеют прямоугольный желоб по вершине окружности рабочей поверхности турбо-ротора с боковыми вертикальными бортами по верхней окружности рабочей поверхности, с заполнением между бортами поперечными турбо-лопатками, с образующей каждой вершины турбо-лопатки по рабочей поверхности турбо-ротора, с радиальной рабочей поверхностью каждой лопатки и с выпукло-закругленной поверхностью от вершины одной лопатки к основанию другой по ходу вращения.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания зоны рабочего хода, являющаяся одним целым с пространством рабочего хода, ничем от него не отделена и имеет свободный проем (окно) по образующей внутренней поверхности статора длиной, обеспечивающей размещение в нем двух полных турбо-лопаток.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что окно выхлопа отработанных газов расположено таким образом, чтобы между ним и камерой сгорания разместилось бы три полных турбо-лопатки.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности статора зоны рабочего хода с отступом на величину вершины турбо-лопатки, после камеры сгорания (по ходу вращения турбо-ротора) размещены три обратных турбо-лопатки.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет форсунку подачи однократного объема воздуха из ресивера для продувки пространства между турбо-лопатками, расположенную в полушаге турбо-лопатки от края окна выхлопа отработанных газов по ходу вращения турбо-ротора и выключающуюся при остановке двигателя.

7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет форсунку подачи сжатого воздуха из ресивера в камеру сгорания сразу в начальном периоде ее перекрытия поршнем-выступом турбо-ротора с тем, чтобы обеспечить возможность воспламенения горючей смеси.

8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в компрессорной зоне на стыке двух средних секций статора размещены два диаметрально противоположных колодца, в которых размещены седловидные радиально-подвижные элементы, обеспечивающие необходимую степень сжатия воздуха для подачи в ресивер и состоящие из элементов, например четырех, соединяемых между собой замком типа «ласточкин хвост» и имеющих между собой микроканалы сбора масла для обеспечения смазкой вращения ротора.

9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочий вал двигателя имеет центральный канал подачи под давлением воздушно-масляной эмульсии, соединяющийся с радиальными каналами ступиц турбо-роторов и ротора.

10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что турбо-роторы и ротор в ступицах имеют по два радиальных канала, по два сквозных поперечных канала с выходом на боковые рабочие поверхности, с конусными микроканалами на концах в сторону периферии окружности, соединенные между собой, и через которые проходит под давлением воздушно-масляная эмульсия в кольцевые полукруглого сечения каналы на каждой боковой рабочей поверхности секций статора.

11. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на боковых рабочих поверхностях секций статора выполнены кольцевые полукруглого сечения каналы, например шесть штук, для прохода воздушно-масляной эмульсии и кольцевые прямоугольного сечения каналы, например шесть штук, для размещения в них кольцевых прямоугольного сечения выступов боковых рабочих поверхностей турбо-роторов и ротора.

12. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на боковых рабочих поверхностях турбо-роторов и ротора выполнены кольцевые прямоугольного сечения выступы, например шесть штук, входящие в кольцевые прямоугольного сечения каналы на боковых рабочих поверхностях секций статора.

13. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на боковых рабочих поверхностях турбо-лопаток и поршня-выступа турбо-ротора нанесены радиальные П-образные микроканалы, например два на поршне-выступе, с выходом на рабочую поверхность вершин, через которые масло поступает на рабочие поверхности.

14. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на боковых рабочих поверхностях вершин ротора нанесены радиальные микроканалы.

15. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на рабочих поверхностях вершин ротора нанесены стреловидные микроканалы, направление которых обратное вращению ротора.

16. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что через все секции статора выполнен продольный канал, соединяющийся с кольцевыми каналами полукруглого сечения на боковых рабочих поверхностях секций статора и с трубками высокого давления, отводящими от двигателя сжатый воздух и излишки масла.

17. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет ресивер достаточного объема и сжатия до необходимой степени воздуха, способного обеспечить:
заполнение камеры сгорания в начальный период ее перекрытия выступом-поршнем турбо-ротора воздухом необходимого объема и степени сжатия;
однократную продувку рабочего объема турбо-лопаток,
приготовление, подачу и циркуляцию воздушно-масляной эмульсии через двигатель.

18. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет редукционный клапан, регулирующий подачу сжатого воздуха в камеру сгорания в зависимости от оборотов двигателя с полным перекрытием при остановке двигателя.

19. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в составе системы смазки имеется барботер приготовления воздушно-масляной эмульсии, в комплект которого входят: нижний стакан барботера, крышка, датчик минимального уровня масла, датчик максимального уровня масла, мерная трубка уровня масла со щупом, мембраны с мелкоячеистой медной сеткой - две центрального, две периферийного прохода воздуха, трубки высокого давления, соединяющие барботер с ресивером, двигателем, масляным насосом.

20. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в составе системы смазки имеется отстойник масла, возвратившегося из двигателя, в комплект которого входят: нижний стакан, крышка, медные мелкоячеистые сетки, например три штуки, для очистки воздуха перед выбросом, датчик максимального уровня масла, датчик включения масляного насоса, датчик выключения масляного насоса, клапан прямого хода воздуха, масляный насос, трубки высокого давления, соединяющие отстойник с двигателем, масляным насосом, трактом выброса отработанных газов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным секторным двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям со сгоранием при постоянном объеме. .

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве газотурбинного двигателя (ГТД) и газотурбинной установки. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным импульсным двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в гидравлических передачах для преобразования энергии текучей среды в механическую энергию выходного звена.

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к двигателям, насосам и компрессорам. .

Изобретение относится к двигателям. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению. .
Наверх