Роторный двигатель

Авторы патента:

F01C1/18 - Роторные машины или двигатели; машины или двигатели с колебательным движением рабочих органов (конструктивные элементы и отличительные особенности роторных двигателей или двигателей с качающимися рабочими органами, обусловленные внутренним сгоранием F02B 53/00, F02B 55/00)

Владельцы патента RU 2597708:

Кушеров Гиният Темирханович (KZ)

Изобретение относится к роторным двигателям с внешним подводом теплоты. Роторный двигатель содержит цилиндрический корпус, холодильный аппарат и внешний теплообменный нагреватель. Корпус выполнен неподвижным, разделенным на две камеры с впускными и выпускными окнами, с двумя валами, посаженными на подшипники. В каждой камере размещены два ротора. В корпусе компрессора и двигателя расположены по два ротора, параллельные друг другу и синхронизированные при помощи шестеренчатой передачи. Двигатель выполнен с отдельными камерами сжатия и расширения. Роторы расположены на двух валах, ведущем и ведомом, которые синхронизированы зубчатым зацеплением в отдельной герметичной камере. Подшипниковые узлы установлены на валах с натягом. Узлы межкамерных и торцевых уплотнений выполнены в лабиринтном исполнении. Горение топливно-воздушной смеси происходит при атмосферном давлении. Техническим результатом является повышение эффективности и экологичности двигателя. 2 ил.

Настоящее изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным двигателям с внешним подводом теплоты, и может быть использовано в компрессорах, авто- и судостроении, в том числе и в подводных лодках, аппаратах энергетики, летательных аппаратах.

Из существующего уровня техники известны двигатели с внешним подводом теплоты, преимущественно работающие по циклу Стирлинга, с рабочим телом, находящимся под избыточным давлением, содержащие, по меньшей мере, один цилиндр, рабочий поршень и поршень - вытеснитель, разделяющий рабочий объем цилиндра на две камеры - горячую и холодную, сообщенные между собой через нагреватель, теплообменник и холодильник (см. описание изобретения к патенту RU 2075618, МПК F02G 1/04, опубликовано: 20.03.1997).

Указанные двигатели обладают рядом существенных недостатков, ограничивающих их применение, в первую очередь быстрым износом зубьев шестерен, без смазки.

Известен роликолопастной двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий расположенные на валу, по меньшей мере, два рабочих цилиндра с разными рабочими объемами и роторами, соединенные между собой подводящими и отводящими трубопроводами, а также с нагревателем, охладительной системой и регенераторами (см. описание изобретения к патенту RU 2469203, МПК F02G 1/04, опубликовано: 10.12.2012).

Многочисленность роликов и их разные скорости усложняют работу двигателя. Перечисленные недостатки усложняют конструкцию двигателя, что препятствует его широкому применению на практике.

Известен роторный двигатель внешнего сгорания, одна секция которого содержит, по меньшей мере, один статор с торцевыми крышками, ротор, силовой вал, нагреватель, регенератор, холодильник, каналы, оборудованные клапанами, рабочую среду и устройство регулирования рабочей среды (см. описание изобретения к патенту RU 2208176, МПК F02G 1/04, опубликовано: 10.07.2003).

В этом двигателе все процессы происходят в одной секции, разделенной пластинами на части. В результате холодный газ в части «в» нагревается от соседних частей, через общие разделяющие пластины и корпус двигателя, что снижает КПД двигателя.

Известен двигатель внешнего сгорания, содержащий корпус, нагреватель и холодильник, сообщенные с камерой, в которой размещены рабочий вал и ротор с уплотнителями, причем последняя включает горячую и холодную камеры. (Смотри описание изобретения к патенту RU 2258824, МПК F02G 1/043, опубликовано: 20.08.2005).

В этом двигателе также горячая и холодная камеры расположены в одном корпусе. Их разделяет статор. Поэтому горячий газ будет охлаждаться, а холодный нагреваться через общие стенки корпуса и ротор, что также снизит КПД двигателя.

Известен роторный двигатель с внешним подводом теплоты, с рабочим телом, находящимся в нем под избыточным давлением, содержащий по крайней мере два рабочих цилиндра, например, с обкатывающимися по внутренней рабочей поверхности роторами, расположенными на одном эксцентриковом валу, и с разделительными пластинами, а также нагреватель, холодильник и теплообменник, при этом рабочие цилиндры выполнены с разными рабочими объемами, причем полость нагнетания компрессора соединена каналом с полостью расширения большого цилиндра через теплообменник и нагреватель, а полость расширения компрессора соединена каналом с полостью нагнетания большого цилиндра через теплообменник и охладитель (см.

описание изобретения к патенту RU 2255235 - прототип, МПК F02G 1/04, опубликовано: 27.06.2005).

Недостатком такой конструкции является то, что расположение роторов на одном эксцентриковом валу приведет к разрушению двигателя, а также технологически усложнит изготовление такого двигателя, что непосредственно повлияет на себестоимость.

Недостатком такого двигателя может быт также несоответствие качества материала разделительных пластин на износостойкость без смазки. Применение же смазки разделительных пластин и ротора будет недостаточным, что приведет к частой замене масла. При использовании маслоотделителей из-за того, что часто нагреваемые до высоких температур масляные пары и их охлаждение приведут к потере свойств масла, произойдет накопление нагара на теплообменниках, что приведет к низкому теплообмену без частых промывок внутренности в теплообменнике, а также технологически усложнит изготовление такого двигателя, что непосредственно повлияет на себестоимость.

Поэтому необходима конструкция двигателя, в рабочей среде которого не будут использоваться трущиеся детали и горюче-смазывающие материалы, и не будут использоваться возвратно-поступательные детали.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание двухроторного двигателя с внешним подводом тепла, закрытого цикла без смазки рабочих деталей, кроме подшипников и синхронизирующих шестерен в отдельной герметичной камере. С поддерживанием в контуре двигателя избыточного давления воздуха, так как при меньших давлениях КПД в двигателе резко падает.

Данная задача решается за счет того, что заявленный роторный двигатель содержит цилиндрический корпус, холодильный аппарат и внешний теплообменный нагреватель, при этом

- корпус выполнен неподвижным, разделенным на две камеры с впускным и выпускными окнами, с двумя валами, посаженными на подшипники, при этом в каждой камере размещены два ротора, траектория вращения крайних точек лопастей ротора, не соприкасаясь, прилегает к внутренней стенке цилиндра;

- в корпусе компрессора и двигателя расположены по два ротора, параллельные друг другу, синхронизированные при помощи шестеренчатой передачи;

- двигатель выполнен с отдельными камерами сжатия и расширения;

- роторы расположены на двух валах, ведущем и ведомом, которые синхронизированы зубчатым зацеплением в отдельной герметичной камере;

- синхронизирующие шестерни выполнены прямозубыми, подшипниковые узлы установлены на валах с натягом;

- узлы межкамерных и торцевых уплотнений выполнены в лабиринтном исполнении.

Двигатель можно также применять:

- на летательных аппаратах для уменьшение веса валы двигателя установлены на подшипники скольжения;

- а в более мощных двигателях, где масса одного ротора составляет более 1 тонны, установлены дополнительные подшипники вала;

- как регенератор тепла теплообменник установлен на линии уходящих отработавших продуктов сгорания;

- изменяя число лопастей ротора, конструкторы могут регулировать мощность и КПД двигателя.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является создание двухроторного двигателя без трущихся деталей и без смазки, кроме подшипников и синхронизирующих шестерен, расположенных в масляной ванне в отдельной герметичной камере, с внешним подводом тепла, закрытого цикла для поддержания в контуре двигателя избыточного давления.

Изобретение направлено на упрощение конструкции, повышение надежности и удельной мощности двигателя. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

на Фиг. 1 - принципиальная схема роторного двигателя;

на Фиг. 2 - схема расположения деталей.

Роторный двигатель включает следующие детали:

1 - меньший цилиндр (компрессор),

2 - лопасти ротора компрессора,

3, 4 - подшипники вала роторов,

5 - большой цилиндр (двигатель),

6 - лопасти ротора двигателя,

7 - дроссельная заслонка,

8 - обратный клапан,

9 - холодильник,

10 - нагреватель, теплообменник,

11 - полость на входе меньшего цилиндра (компрессора),

12 - полость нагнетания,

13 - полость на входе большого цилиндра (двигателя),

14 - полость на выходе большого цилиндра (двигателя),

15, 16 - передняя и задняя крышки подшипников,

17 - межкамерная перегородка лабиринтным уплотнением,

18 - торцевая крышка камеры компрессора,

19 - торцевая крышка камеры двигателя,

20 - лабиринтный уплотнитель воздуха,

21, 22 - ведущая и ведомая синхронизирующая шестерня,

23, 24 - ведущий и ведомый валы,

25 - масляный сальник.

Роторный двигатель содержит двухкамерный цилиндрический корпус, холодильный аппарат и внешний теплообменный нагреватель, в котором теплообменная поверхность и камера сгорания объединены в едином корпусе. Двигатель выполнен таким образом, что четыре такта работы происходят в отдельных камерах:

- Сжатие происходит в меньшем цилиндре - компрессоре 1.

- Нагревание происходит в нагревательном теплообменнике 10.

- Расширение происходит в большом цилиндре - двигателе 5.

- Охлаждение происходит в холодильнике 9.

Роторы расположены на двух валах, ведущем и ведомом, которые синхронизированы зубчатым зацеплением в отдельной герметичной камере. При этом в камерах сжатия и расширения нет трущихся деталей, нет смазок и нет расхода смазывающего масла, отсутствует сжигание масла.

Синхронизирующие шестерни выполнены прямозубыми и подшипниковые узлы установлены на валы с гарантированным натягом, что обеспечивает дополнительную устойчивость к осевым сдвигам, долговечность двигателя зависит в основном от качества подшипников 3 и 4.

В двигателе отсутствуют детали, выполняющие возвратно-поступательные движения, у всех движущихся - крутящихся деталей оси совпадают с центром тяжести, что исключает вибрацию и шум.

Топливно-воздушная смесь горит при атмосферном давлении и поэтому отсутствует двуокись азота и другие вредные выбросы.

В двигателях, где масса одного ротора составляет более 1 тонны, установлены дополнительные подшипники вала.

Двигатель можно использовать как регенератор тепла, установив теплообменник 10 на линии уходящих отработавших продуктов сгорания.

Изменяя число лопастей ротора, конструкторы могут регулировать КПД двигателя.

Все подшипники смазываются способом разбрызгивания. Отсеки подшипников отделяются от рабочей камеры, а вал защищен системой лабиринтного уплотнения. Таким образом, полностью исключается попадание масла в сжимаемую среду. Это позволяет двигателю работать при более высоких температурах. В отсеках подшипников устанавливаются сферические окна для проверки количества масла. В пробках для слива масла устанавливаются магниты, которые притягивают металлические частицы, из-за чего удлиняется время замены масла до нескольких лет.

Для серийного выпуска двигателя не требуется больших вложений. Многие заводы выпускают двух-, трех- и многолопастные двухроторные воздуходувки в широком ассортименте. Надо сделать их двухкамерными, подобрать соответствующие по давлению и объему (Аппарат Воздушного Охлаждение Газа) АВО газа, для холодильника 9 и нагревателя 10, все - двигатель готов.

Работает двигатель следующим образом.

Корпус двигателя предварительно нагнетает воздух 0,4 МПа и воздух наполняет впадины между лопастями. При синхронном вращении в противоположных направлениях роторов 2 меньшего цилиндра 1 (компрессор), за счет синхронизирующих шестеренок 21 и 22, относительно их центров на подшипниках 3 и 4 происходит перенос воздуха из полости всасывания 11 (0,4 МПа) в полость нагнетания 12 (0,6 МПа), превращаясь в потенциальную энергию (ПЭ), и через нагреватель 10, где воздух нагревается до 150-400 градусов по Цельсию за счет внешнего источника тепла, превращаясь в кинетическую энергию (КЭ), через дроссель 7 поступает в полость 13, расширяясь, толкает лопасти роторов 6 большого цилиндра 5, совершая полезную работу. Лопасти ротора 2 находятся на одном валу с лопастями ротора 6, который в 1,75 раза длиннее лопастей ротора 2, что обеспечивает преодоление сопротивление компрессора и воздух поступает в полость 14. Падают давление (до 0,4 МПа) и температура (до 100°С.) Далее через холодильник 9 охлажденный воздух поступает в полость 11 и так по кругу.

Изобретение направлено на упрощение конструкции, повышение надежности и удельной мощности двигателя.

Энергосбережение достигается значительной экономией топлива за счет оптимальной работы на переменную нагрузку и использования вторичного тепла.

Экологичность заключается в минимальных уровнях шума, вибрации и вредных выбросов.

Роторный двигатель, содержащий цилиндрический корпус, холодильный аппарат и внешний теплообменный нагреватель, отличающийся тем, что корпус выполнен неподвижным, разделенным на две камеры с впускными и выпускными окнами, с двумя валами, посаженными на подшипники, при этом в каждой камере размещены два ротора, в корпусе компрессора и двигателя расположены по два ротора, параллельные друг другу и синхронизированные при помощи шестеренчатой передачи; двигатель выполнен с отдельными камерами сжатия и расширения; роторы расположены на двух валах, ведущем и ведомом, которые синхронизированы зубчатым зацеплением в отдельной герметичной камере; подшипниковые узлы установлены на валах с натягом; узлы межкамерных и торцевых уплотнений выполнены в лабиринтном исполнении, горение топливно-воздушной смеси происходит при атмосферном давлении.

Изобретение относится к энергетике. Техническим результатом является повышение эффективности.

Паровая энергетическая установка для подводного технического средства // 2573540

Изобретение относится к энергетическим установкам, функционирующим без связи с атмосферой и предназначенным для глубоководных аппаратов и подводных лодок. Паровая энергетическая установка снабжена промежуточным контуром с диатермическим маслом и насосом для его циркуляции, при этом в качестве рабочего тела для парового контура использована органическая жидкость, камера сгорания выполнена в виде масляного котла, паровой контур снабжен теплообменником-рекуператором, теплообменником-испарителем и насосом, а промежуточный контур с диатермическим маслом расположен между масляным котлом и паровым контуром и проходит через топочное пространство масляного котла и теплообменник-испаритель парового контура, причем магистраль для отвода отработанных газов снабжена байпасной линией с регулирующим клапаном для подачи части отработанных газов в топочное пространство масляного котла и дожимным компрессором для подачи части отработанных газов непосредственно в емкость для растворения отработанных газов в забортной воде, а магистраль забортной воды последовательно проходит через конденсатор пара парового контура и емкость для растворения отработанных газов в забортной воде.

Поршневой двигатель замкнутого цикла // 2565933

Изобретение относится к двигателям внешнего сгорания. Техническим результатом изобретения является увеличение мощности на единицу массы двигателя и, как следствие, повышение экономической эффективности.

Энергетическая установка для подводного технического средства // 2564193

Изобретение относится к энергетическим установкам, функционирующим без связи с атмосферой и предназначенным для глубоководных аппаратов и подводных лодок. Энергетическая установка содержит в качестве рабочего тела для парового контура органическую жидкость, паровой контур снабжен установленным между паровой турбиной и конденсатором пара теплообменником-рекуператором и теплообменником-испарителем, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов из камеры сгорания, при этом магистраль для отвода отработанных газов снабжена байпасной линией с регулирующим клапаном, соединенной через эжектор с магистралью отработанных газов перед теплообменником-испарителем и отходящей от магистрали для отвода отработанных газов после теплообменника-испарителя.

Тепловая машина, реализующая цикл рейлиса // 2553090

Изобретение относится к двигателестроению. Тепловая машина реализует цикл Рейлиса и состоит из двух камер разных объёмов, внутри которых расположены вытеснители двухстороннего действия.

Тепловая машина с внешним подводом тепла // 2548999

Изобретение относится к тепловой энергетике. Тепловая машина с внешним подводом тепла содержит четыре сильфона на горячей стороне машины, соединенные с нагревателями, и четыре сильфона на холодной стороне машины, соединенные с охладителями.

Двигатель с подводом теплоты // 2546374

Изобретение относится к энергетике. Двигатель с подводом теплоты содержит цилиндр с головкой и поршнем, средство подвода теплоты - нагреватель, средство отвода теплоты - холодильник и распределительный механизм с цилиндрическими золотниками.

Энергетическая установка подводного аппарата // 2542166

Изобретение относится к энергетике. Энергетическая установка подводного аппарата содержит тепловой двигатель, систему автоматического управления, впускную систему, образованную ресивером-смесителем и регенератором тепла отработанных газов, последовательно соединенные с ним охладитель отработанных газов, фильтр-влагоотделитель, клапан регулирования рециркуляции.

Двигатель внешнего нагрева // 2528811

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель внешнего нагрева содержит систему управления с блоком управления, систему нагрева и охлаждения, цилиндр с торцовой и боковой стенками.

Роторно-поршневая машина объемного расширения // 2528221

Изобретение относится к роторно-поршневой машине, включающей корпус, два рабочих вала, центральное неподвижное зубчатое колесо и выходной вал с эксцентриком. Рабочие валы оснащены лопастными поршнями и рычагами.

Роторная машина объемного типа // 2592361

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано для привода потребителей механической энергии. Роторная машина объемного типа содержит корпус 1 с профильным элементом 2, выполненным в виде выступа, пустотелое колесо-разделитель 6 с отверстием под элемент 2 и пустотелое центральное тело 4 с каналом подвода и каналом отвода рабочего тела и с продольным радиальным пазом под колесо 6.

Винтовая гидромашина с переменным натягом зубьев // 2591216

Изобретение относится к винтовым героторным гидромашинам, применяемым в качестве винтовых двигателей, вращение ротора с долотом в которых осуществляется насосной подачей текучей среды, для бурения нефтяных и газовых скважин, а также в качестве винтовых насосов для добычи нефти, мультифазных насосов для перекачки газожидкостных смесей и может быть использовано для винтовых двигателей или насосов общего назначения.

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания-(варианты) // 2589882

Изобретение относится к роторно-лопастным двигателям внутреннего сгорания. Рабочая поверхность корпуса в первом варианте двигателя состоит из четырех равных по величине угла участков поверхности.

Двигатель внутреннего сгорания с шатунными поршнями (дшп) // 2587727

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с шатунными поршнями содержит ротор, имеющий возможность совершать вращательное движение на вале с установленными по одному между его шлицами четырьмя шатунными поршнями.

Винтовая гидромашина с наклонным профилем зубьев статора // 2587513

Изобретение относится к винтовым героторным гидромашинам. Винтовая гидромашина содержит статор, представляющий собой трубчатый корпус 10 с закрепленной в нем обкладкой 6 из упругоэластичного материала с внутренними винтовыми зубьями 5.

Способ работы роторно-лопастной машины (варианты) и роторно-лопастная машина // 2587506

Группа изобретений относится к области машиностроения. Способ работы роторно-лопастной машины заключается в преобразовании энергии рабочего тела в энергию механического вращения вала и/или придания дополнительной энергии потоку рабочего тела.

Компоновка гидравлического забойного двигателя, способ изготовления забойного двигателя и способ изготовления статора забойного двигателя // 2587202

Группа изобретений относится к области винтовых забойных двигателей и насосов. Компоновка гидравлического забойного двигателя содержит объемный или винтовой забойный двигатель, имеющий впускной конец и выпускной конец.

Гидравлический забойный двигатель // 2586124

Изобретение относится к гидравлическим приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважинах, и может быть использовано при роторном бурении боковых горизонтальных стволов нефтяных скважин.

Роторный двигатель внутреннего сгорания // 2580170

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с цилиндрической полостью, крышки 2 и 3, вал 4, ротор 6, камеру сгорания 8, заслонку 9, компрессор, системы подачи топлива и зажигания.

Роторно-лопастная машина // 2578383

Группа изобретений относится к машиностроению, в частности к роторным машинам, насосам, гидромоторам и двигателям, может найти применение в гидравлических приводах вращательного движения.

Роторный двигатель внутреннего сгорания // 2602016

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания включает полый корпус, цилиндрический ротор с поршнем, затвор с приводом управления затвором, камеру сгорания, рабочую камеру, выхлопную камеру, выхлопное отверстие. Камера сгорания снабжена устройством для подачи и сжигания топлива. Рабочая камера образована стенками затвора, поршня и корпуса. Выхлопная камера образована другими стенками затвора, поршня и корпуса. Рабочая камера выполнена сообщающейся с выхлопной камерой посредством выемки, выполненной в роторе перед поршнем со стороны направления его вращения таким образом, чтобы обеспечить выравнивание давления в упомянутых камерах для открытия затвора в момент прохождения поршнем выхлопного отверстия. Техническим результатом является упрощение конструкции двигателя. 1 ил.