Устройство для реализации рабочего процесса двигателя внешнего сгорания с жидкостным поршнем
Изобретение относится к двигателестроению и касается создания устройства для реализации рабочего процесса двигателя внешнего сгорания с жидкостным поршнем. В состав устройства входят закрепленная на роторе двигателя рабочая камера с проточной частью, состоящей из области подачи рабочей жидкости, области нагрева рабочей жидкости, соплового аппарата, формирующего реактивные струи рабочего тела, вызывающие вращение ротора, гидрозатвора, препятствующего перетеканию рабочей жидкости из области нагрева рабочей жидкости в область подачи рабочей жидкости, неподвижная лопастная система для изменения величины и направления скорости реактивных струй, источник тепла для внешнего нагревания рабочей жидкости, находящейся в области нагрева рабочей жидкости. Устройство может быть выполнено с возможностью утилизации кинетической энергии реактивных струй, истекающих из соплового аппарата, при помощи рабочих органов турбомашины, не имеющей жесткой механической связи с ротором двигателя. Область подачи рабочей жидкости устройства может представлять собой жидкостное кольцо со свободной поверхностью в окружающей газовой среде. Кинетическая энергия реактивных струй, истекающих из соплового аппарата, может быть утилизирована при помощи рабочих органов турбомашины, не имеющей жесткой механической связи с ротором двигателя. Изобретение позволяет получать непрерывно вытесняемые жидкостным поршнем реактивные струи рабочего тела, вызывающие вращение ротора двигателя судна, сухопутного транспортного средства или стационарной энергетической установки. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к классу устройств, преобразующих тепловую энергию, выделяющуюся при различных способах сжигания топлива, в механическую. Самым известным аналогом предлагаемого изобретения является Сегнерово колесо, то есть активная турбина, сопловой аппарат которой расположен на рабочем колесе и вращается вместе с рабочим колесом.
Известен также ДВУХРОТОРНЫЙ ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (патент РФ RU 2379213 C1, 20.10.2008, МПК В63Н 11/02, В63Н 11/09), относящийся к двигателям внутреннего сгорания с жидкостным поршнем. Двигатель содержит внешний ротор для создания внешнего жидкостного кольца, а также внутренний ротор, создающий внутреннее жидкостное кольцо и имеющий полость всасывания и камеру сгорания. Оси вращения роторов расположены с эксцентриситетом, а направления вращения совпадают. При одновременном вращении роторов порция свежей горючей смеси попадает в полость всасывания, под воздействием внешнего жидкостного кольца сжимается жидкостным поршнем и вытесняется в камеру сгорания, где удерживается в сжатом состоянии при помощи внутреннего жидкостного кольца. Воспламенение сжатой смеси в камере сгорания приводит к выбросу реактивной струи рабочей жидкости, приводящей внутренний ротор во вращение. Таким образом, описанный выше двигатель имеет в своем составе Сегнерово колесо импульсного действия.
Предлагаемое техническое решение имеет такую рабочую камеру с внешним нагреванием рабочей жидкости, которая позволяет получать в процессе работы непрерывно вытесняемые жидкостным поршнем реактивные струи рабочего тела, вызывающие вращение ротора двигателя.
Рабочая камера предлагаемого устройства (см. фиг.1) закреплена на роторе двигателя, то есть выполнена с возможностью вращения вместе с ротором, ее проточная часть состоит из области подачи 8 рабочей жидкости, области нагрева 10 рабочей жидкости, соплового аппарата 20, формирующего реактивные струи рабочего тела, вызывающие вращение ротора, гидрозатвора 9, препятствующего перетеканию рабочей жидкости из области нагрева 10 рабочей жидкости в область подачи 8 рабочей жидкости. Подвод 6 рабочей жидкости в область подачи 8 может быть осуществлен, в частности, с помощью центрального отверстия вала 3 ротора.
Вал 3 ротора двигателя размещен в подшипниках 5 корпуса 1 двигателя. Осевые усилия на валу 3 ротора воспринимаются подпятником 4. Для запуска двигателя и съема полезной мощности в процессе работы двигателя на валу 3 ротора закреплен привод 2.
Для запуска устройства необходимо привести ротор двигателя во вращение от стартера при помощи привода 2. Рабочая жидкость поступает в рабочую камеру через центральное отверстие вала 3 ротора и заполняет проточную часть рабочей камеры целиком. Далее необходимо привести в действие устройство 16 внешнего нагрева рабочей жидкости, поступившей в соответствующую область проточной части, это приведет к испарению части рабочей жидкости, частичному отделению пара от жидкости под воздействием вращения ротора и поступлению пара с частицами жидкости, то есть рабочего тела, в сопловой аппарат 20 устройства, выполненный таким образом, чтобы истекающие из него реактивные струи рабочего тела способствовали вращению ротора двигателя. Интенсификация внешнего нагрева вызовет увеличение давления рабочего тела перед сопловым аппаратом 20, и, следовательно, появится избыток мощности, который уже можно передавать потребителю. Предельная величина давления рабочего тела перед сопловым аппаратом 20 определяется параметрами гидрозатвора 9, который предохраняет область подачи 8 рабочей жидкости от проникновения рабочего тела из области нагрева 10 рабочей жидкости. После выхода из вращающегося соплового аппарата 20 реактивные струи рабочего тела попадают в неподвижную лопастную систему 18, которая изменяет величину и направление скорости каждой струи, чтобы не создавать препятствий вращению ротора. Дальнейшее движение рабочего тела происходит в неподвижном кожухе двигателя и связано с конденсацией пара, накоплением рабочей жидкости в соответствующей емкости 15, подачей рабочей жидкости по каналу 14 в теплообменник для охлаждения и последующего возвращения в рабочую камеру.
Реактивные струи рабочего тела, истекающие из соплового аппарата 20, обладают некоторым запасом кинетической энергии, который можно утилизировать при помощи рабочих органов 21 турбомашины.
На фиг.2 изображен размещенный в подшипниках 13 корпуса 1 двигателя вал 11 турбомашины, соосный валу 3 ротора двигателя. Осевые усилия на валу 11 турбомашины воспринимаются подпятником 17. Вал 11 вращается в результате взаимодействия реактивных струй рабочего тела, истекающих из соплового аппарата 20, с рабочими органами 21 турбомашины, закрепленными на валу 11. Утилизированную таким образом энергию потребитель получает при помощи привода 12.
Область подачи 8 рабочей жидкости может быть выполнена в виде жидкостного кольца со свободной поверхностью жидкости в окружающей газовой среде. В этом случае подвод 6 рабочей жидкости выполняется в виде каналов в корпусе 1 двигателя, излишки рабочей жидкости в жидкостном кольце собираются в емкости 7 и отводятся по каналу 19 (см. фиг.3).
Устройство может быть включено в состав двигателей для судов, сухопутных транспортных средств, а также стационарных энергетических установок.
1. Устройство для реализации рабочего процесса двигателя внешнего сгорания с жидкостным поршнем, в состав которого входят закрепленная на роторе двигателя рабочая камера с проточной частью, состоящей из области подачи рабочей жидкости, области нагрева рабочей жидкости, соплового аппарата, формирующего реактивные струи рабочего тела, вызывающие вращение ротора, гидрозатвора, препятствующего перетеканию рабочей жидкости из области нагрева рабочей жидкости в область подачи рабочей жидкости, неподвижная лопастная система для изменения величины и направления скорости реактивных струй, источник тепла для внешнего нагревания рабочей жидкости, находящейся в области нагрева рабочей жидкости.
2. Устройство по п.1, выполненное с возможностью утилизации кинетической энергии реактивных струй, истекающих из соплового аппарата, при помощи рабочих органов турбомашины, не имеющей жесткой механической связи с ротором двигателя.
3. Устройство по п.1, область подачи рабочей жидкости которого представляет собой жидкостное кольцо со свободной поверхностью в окружающей газовой среде.
4. Устройство по п.1, область подачи рабочей жидкости которого представляет собой жидкостное кольцо со свободной поверхностью в окружающей газовой среде, а кинетическая энергия реактивных струй, истекающих из соплового аппарата, утилизируется при помощи рабочих органов турбомашины, не имеющей жесткой механической связи с ротором двигателя.
