Роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания

роторный двигатель несбалансированный лопатка

Роторный двигатель внешнего сгорания очень прост по конструкции. Всего шесть движущихся частей: ротор, две лопатки и три клапана. Так как оба ротора жестко закреплены на одной оси, то их можно считать одной деталью. Можно добавить три подшипника. Два по краям и один между секциями. В качестве клапана можно установить пружинный клапан, срабатывающий при превышении некоторого давления. Поэтому дополнительный механизм для работы клапана не нужен. Механизма для движения лопаток также не требуется, так как движение лопаток происходит под воздействием на них корпуса.

Рис.

Диаметральное расстояние между противоположными стенками постоянно и равно длине лопатки. В положении 1 лопатка максимально выдвинута из ротора. При дальнейшем вращении ротора (положение 2) лопатка начинает входить в ротор, так как полость уменьшается и стенка корпуса давит на лопатку. Но в то же время на противоположной стороне начинается другая полость и ни что не мешает лопатке вдвигаться в ротор. В положении 3 лопатка ещё больше вдвигается в ротор. В положении 4 лопатка полностью вошла в ротор. Цикл завершён. При дальнейшем вращении ротора лопатка совершит движение в обратном направлении.

Так как части лопатки находится по обе стороны оси вращения, то центробежные силы компенсируются. Наибольшая центробежная сила возникает, когда лопатка максимально выдвинута из ротора. Но эта сила меньше той силы, если бы лопатка находилась с одной стороны от оси вращения. Как это у многих лопастных двигателей. Ход лопатки можно уменьшить за счёт увеличения длины секций. Площадь лопатки при этом останется прежней, но при этом площадь соприкосновения рабочего тела со стенками увеличится. Что приведёт к увеличению теплообмена между рабочим телом и стенками горячей и холодной секций. Рабочее тело будет быстрей нагреваться и охлаждаться. Что является большим плюсом для двигателя внешнего сгорания. Выдвижение лопатки на меньшее расстояние из ротора при этом снижает нагрузку на лопатку и уменьшает силу для её движения. Что также является дополнительным плюсом. Лопатка взаимодействует с корпусом в отдельных полостях, а не в рабочей полости, поэтому смазку можно организовать максимально эффективно. При этом масло не будет попадать в рабочую полость. Соответственно расход масла будет низким. Лопатка не касается корпуса двигателя в рабочей полости. Поэтому износа лопатки нет. Есть износ только уплотняющих элементов. При использовании современных материалов для уплотняющих элементов можно обойтись и без смазки. Для лучшей работы двигателя внешнего сгорания необходимо высокое давление рабочего тела внутри двигателя. Что требует хорошей герметизации. У данного двигателя секции двигателя сообщаются герметичными трубопроводами, по которым циркулирует рабочее тело. Клапан срабатывает от превышения давления и у него нет механизма управления. Соответственно нет лишних отверстий. Единственное что надо герметизировать - это выходной вал двигателя. Но, в принципе, двигатель и электрогенератор можно установить в одном герметичном корпусе, как компрессор и двигатель в холодильнике. Тогда вообще не понадобится ни какие уплотнения. Наружу будут выходить только провода. Такой электрогенератор может вырабатывать электроэнергию от любого топлива. Дрова, уголь, торф. солома, кизяк и т.д.

Устройство секций двигателей внешнего и внутреннего сгорания, в принципе, одинаковы.

Устройство двигателя. 1 - ротор, 2 - лопатка, 3 - корпус, 4 - перегородки между рабочей полостью и управляющей, 5 - управляющая полость, 6 - рабочая полость, 7 - уплотняющие элементы.

Рис.

Рис.

Работа механизма. При вращении ротора 1, части лопатки 2, вращающиеся в управляющих полостях 5, взаимодействуют со стенками корпуса 3, вдвигая лопатку в ротор. Сама лопатка в рабочей полости стенок корпуса не касается. Их касаются только уплотняющие элементы.

Рис.

Поэтому сама лопатка не изнашивается. Изнашиваются только уплотняющие элементы. Так как управляющие полости отделены от рабочей стенками, то ни что не мешает организовать смазку так, чтобы износ лопатки был минимальным.

Рис.

При вращении лопатки масло под действием центробежной силы прижимается к стенке корпуса. В результате между лопаткой и стенкой образуется масляной клин, который не даёт лопатке соприкасаться со стенкой. В результате износа лопатки в управляющих полостях практически также не будет.

Горячая секция длиннее холодной секции. Поэтому рабочая площадь лопатки и объём полости больше у горячей секции. Полости горячей и холодной секций соединяются между собой, как на рис.1. Слева холодная секция, а справа - горячая. Так как процессы в полостях аналогичны, на рисунке изображена только пара полостей. При движении газа он проходит через регенератор Р, нагреватель Н, холодильник Х, клапан К. Работает двигатель следующим образом.

Рис.

Лопатка находится перед входным отверстием. Клапан К закрыт. Газ из горячей секции, проходя через регенератор и холодильник в холодную секцию, охлаждается и уменьшается в объёме. Давление в горячей секции уменьшается. Рис.1.

Рис.

При дальнейшем вращении лопатка сжимает газ в холодной секции. И одновременно засасывает охлаждённый газ из горячей секции. При достижении некоторого давления, клапан К открывается. В это время лопатка в горячей секции проходит входное отверстие. Проходя через регенератор и нагреватель, газ нагревается, увеличивает свой объём и давит на лопатку, совершая работу. В тоже время лопатка начинает вытеснять горячий газ от предыдущего цикла. Этот газ, проходя через регенератор, отдаёт тепло холодному газу, который в это время идёт в горячую секцию. Затем дополнительно охлаждается в холодильнике, уменьшая свой объём, и поступает в холодную секцию. Рис.2.

Рис.

При дальнейшем вращении, лопатка вытесняет весь газ из холодной секции, который расширяясь, совершает работу в горячей секции. При достижении лопаткой холодной секции выходного отверстия, клапан К закрывается. Газ из холодной секции не поступает в горячую. Но газ, нагреваясь в горячей секции, продолжает давить на лопатку, совершая работу. Рис.3.

Рис.

После прохождения лопаткой выходного отверстия горячей секции, горячий газ начинает через регенератор и холодильник поступать в холодную секцию. Охлаждаясь, он уменьшает свой объём. Давление в горячей полости начинает снижаться. Клапан К закрыт. Рис.4.

Когда лопатка в холодной секции подойдёт к входному отверстию, то давление в обеих секциях сравняется. И начинается новый рабочий цикл. В двух других парах полостей холодной и горячей секций происходят аналогичные рабочие циклы.

Клапан К очень простой по конструкции.

Рис.

При достижении определённого давления клапан открывается и пропускает газ. Дополнительного механизма для работы такого клапана не надо.

Очень простой по конструкции двигатель. Единственная несбалансированная деталь - это лопатка, когда она максимально выдвинутая из корпуса. Но её можно сделать из легкого материала, например титана. К тому же роторы можно разместить на валу таким образом, что в разных секциях лопатки будут двигаться в противофазе. При работе такого двигателя практически не будет вибрации. Для его работы подойдёт любое топливо. Уголь, дрова, опилки, солома, торф, кизяк и т.д. Патент получен.

Размещено на Allbest.ru