Роторный двигатель с внешним подводом теплоты а.в.чащинова

Роторный двигатель с внешним подводом теплоты а.в.чащинова

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения заключается в том, что корпус и ротор двигателя выполне-- ны двухвершинным с конхойАнЬй радиальной поверхностью их сторон; ротор установлен на зксцентрйковом эалу с возможностыб шестеренчатого зацепления с/ соотношением Нёредачи 1:2, орган управления потоком рабочегб те/ia выполнен и виде газодинамического или механически упрйвляемого клапана, рйзмещённёго вiMarHctpia ли между охладителем и регейераторЬм, ;; который выполнен в виде тепловой трубы. ; Двигатель снабжен дополнительной полостью расширения, включенной в магистраль перед охладителем. 7 з.п. ф-Лы, 13 ил, ., ел е

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s F 02 G 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4337514/06 (22) 02.12,87 (46) 30,04.93. Бюл, M 16 (75) А.В,Чащи нов (56) Смирнов Г.В, Двигатель внешнего сгоранил, M.. "Знание", 1967, с. 32, Кейс В,M., Лондон А,Л. Компактные теплообменники. М.: Энергия, 1967, с. 224.

Двигатели Стирлинга. — Сб. статей. Пер, с англ. Б.H.Cóòóãèíà./Ïîä ред. В.M.Áðoäÿíского. M.: Мир, 1975, Мышинский Э.П., Рыжков-Дудонов M.À.

Судовые поршневые двигатели внешнего сгорания. Л., 1976, с. 75.

Даниличев В.Н., Ефимов С.И., Звонов В.Л. и др./Под ред. Круглова M.Ã.. Двигатели Стирлинга. M,: Машиностроение, 1977, с. 152.

Уокер Г. Машины, работающие по циклу

Стирлинга. Пер. с англ. Б.В,Сутугина. М.:

Энергия, 1978, с. 151.

Бурцев 10.И. Камеры сгорания двигателей с внешним подводом тепла, работающие на жидком топлйве. M.: НИИИНформтяжмаш., 1978, № 35, с. 48, Чи. Тепловые трубы, Теория и практика.

М.: Машиностроение. Пер, с англ., 1981.

Кукис Н, Анализ теплового баланса тврмодинамического цикла двигателей Стирлинга. — "Двигателестроение", 1982, №7, с. 12.

Пасхин. Е,И. Направления и перспективы развития роторно-поршневых двигателей. — "Автомобильная промышленность.

США", 1985, ¹ 5.

Уокер Г. Двигатели Стирлинга, Пер. с англ. Б.В.Сутугинэ, Н.B,Ñóòóãèíà, М,: Машиностроение, 1985, с. 408, Ридер Г„Хупер Ч. Двигатели Стирлинга, Пер. с англ. С.С.Ченцова, E.E.×åðåéñêî.ro, В.И.Кабакова, M.: Мир, 1986, с. 464.

„„5U„„1812326 А1

2 (54) РОТОРНЫй ДВИГАтйЛЬ С ВНЕШНИМ

ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ А.В.ЧАЩИНОВА (57) Сущность изобретения заключается в том, что корпус и ротор двигателя выполнены двухвершинными с конхоидной радиальной поверхностью их сторон; ротор установлен на эксцентриковом валу с воз-, можностью шеСтеренчатого зацепления с соотношением ггередачи 1:2, орган уйравления пбтоком рабочего тела выполйен в виде газодинамического или механически управляемого клапана,-размещенного в магистрали. между охладителем и регенератором,", который выполнен в виде тепловой трубы.

Двигатель снабжен дополнительной йоло-" стью расширения, включенной в магистраль перед охладителем. 7 з.п, ф-лы, 13 ил, . ®

1812326

3 4

Изобретение относится к области ма- Таким образом, при отсутствии вдвигашиностроения и может быть использовано теле периодических внутренних взрывов, для разработки двигателей внешнего сгора- .как в ДВС, и наличии идеальной сбалансиния., рованности вращающихся масс проблема

Целью изобретения является упроще- 5 балансировки роторного двигателя решена: ние конструкции ротора роторйого двигате- С целью повышения КПД двигателя ля, что позволит снизить трудоемкость его . предложено,в конструкцию эксцентрика производства при одновремейном повыше- . эксцентрйкового вала ввести канавы, по конии уравновешиваемости предложенного TepblM пропускать часть рабочего тела, отхоустройства; .: .- .::-, .... 1o дящего из выходного окна рабочей камеры, С целью упрощения конструкции ротор,. что позволит нагревать эксцентрик; дв|йгателя выполнен двухвершинным (ром- . Для улуйшенйя работь! двигателя в его бовидным):скойхоидной радиальной повер-; тазовый канал перед конденсатором предхностью двух et o.ñòîðîí и установлен на: ложено включйть дойолнйтельно расшириэксцентриковом валу в рабочей камере. ра- Й тельную полость охлаждения. диальная поверхность которой выполнена Пример t. На фигЛ показана консттакже по конхоиде, рабочая камера делится руктивная схема роторного двигателя внешротором на две камеры, объемы которых него сгорания е четЫрех проекциях; на изменяются при вращении ротора от нуля фиг.1А — вид двйгателя сбоку: йз.фиг. 16до максимального значения —. циклически, 20 вйд двигателя вдоль оси эксцентрикового оси полюсов крнхоид рабочей камеры и ро- . вала 3, при этом показаны раздельно: кор.

" тора совмещены; при работе двигателя ось пус.1 цилиндрической наружной формы с ротора движется t1Q основной окружйости . конхоидной рабочей камерой, которая де конхоиды, а вершины ратора движутся по . лится на две поластись и П двухвершйннь!м радиальной койхаиднай поверхности рабо- 2- 1 ротором 2; обе радйалъные стороны которочей камеры, rro обеспечивается двумя:шес-: ro выполнены так же. как и рабочей камеры, тернями с передаточным .отношенйем 1:2, - по конхоид@ при вращении ротора 2 вокруг при этом ротор вращается на подшипнике, вала 3 объемы полостей! и Ц поочередно который приводится а движение эксцентри- изменяются от нуля до наибольшего значеком вала, который является выходным.на- о ния, определяемого разностью объемов ралом (валом нагрузки) двигателя.: бочей камерй и ротора, при этом:напрймер, С целью усилеНия механической сеяэи если объем гпюости «равен нулю, то объем ротора с эксцентриковьи налом, что оса- .; полостицдав игаетнаибольшегозна«ения, бенно важно для.малых ротарных двига- . Ретенератор: 4 выполнен s виде тепловой телей; введена дополнительно вторая 3б трубки, где конец А, в зоне которого уста зубчатая передача, по параметрам равная: новлень металлически трубки 6, rio кото- первой, но установленная на смежной сто- рым при работедвигатела проходит горячее роне ротора; .: .. рабочее тело (гелий и т.п.), ярляегся.испариС целыю повышения КПД регенератора телеи, а конец Б, в зоне которого раополо(который является, по существу, рекупера- "«О жены металлйческие трубки 7, к которым тором), он выполнен в виде тепловой труб- при работа двигателя поступает из охлади .ки, в которой установлены трубчатые. телябхолодиоерабочеетало,яаляетсякон- испаритель и конденсатор, при этом тепло.: денсатаром. . - " вая трубка располагается па наружной, cTG" Принцип. действия теплевой трубки аароне корпуса двигателя. -; 45 ключаетса в переносетепла находящимся в

Для полного исключения вибрации ро" замкнутом пространстве веществом с фазоторногодвигателяприведенывариантывы- -вым переходом. Быйолнение регенератора .полнения конструкции предложенного . 4:, работающего по принципу действия теп устройства, каждое из когорых включает .ловой трубки. стало возможйым потому, что

-, блбки(двигатели), установленные на общем 5р при работе предложенного роторного дви, основании, роторы котарыхсвязайы одним гателя направление потока- рабочего тела эксцентриковым валом; при работе каждого . (гелий и т.п.) является неизменным, т.е. ретакого (назовем — мнагоцилиндрового) дви-, генератор 4 по Существу является рекуперагателябудетобеспеченаидеальнаясбалан- тором. Поскольку регенератор является сированность в сумме всех.сил инерции 55 семьям важным теплообменником системы вращающихся масс (ротора, эксцентрики и двигателя внешнего сгорания, то выбор в др.)всехблоков-двигателей,установленных данном примера в качестве регенератора, на общем основании без применения спе- тепловой трубки является целью получения . циальных балансиров при любых рабочих более высокого КПД двигателя за счет сниоборотах общего эксцентрикового вала. женил азродинамич6ского сопротивления и

I812326

"задержки" рабочего тела (гелий и т.п.) при движении по трубчатому теплообменнику в сравнении с регенератором из пористого материала двигателей Стирлинга, а также за счет дополнительного нагрева корпуса двигателя (фиг.1, Г, эона С-С) теплом, поступающим по тепловой трубке от зоны А испарителя в зону Б конденсатора регенератора 4. EGTGGTBGHHQ, что в предложенном

10 роторном двигателе возможно применение и других типов трубчатых теплообмен ников.

На фиг,1В показан вид двигателя сверху, на фиг. 1Г, подобно фиг. 1Б, — вид двигателя вдоль вала 3, с отличием в том, что регенератор 4 и нагреватель 9 установлены на корпусе без зазоров; кроме того, в газовый канал между охладителем 5 и регенератором

4 в зоне Б введен клапан 11, нормально закрытый, который при работе двигателя изменяет свое положение. например, под

20 воздействием разности давлений Р и Р1 или посредством механического кулачкового механизма; для управления потоком рабочего тела из охладителя 5 в регенератор 4 может быть применен также золотниковый клапан 12, Рабочий обьем раторного двигателя, который заполняется рабочим телом, например гелием, при давлении 10-20 Mila, включает обьесоединяющих их металлических трубок, размещаемых в регенераторе и нагревателе.

Перед описанием работы предложенноro роторного двигателя, для более четкого понимания особенностей его конструкции, 35 рассмотрим пример конструктивного решения корпуса этого двигателя и входящих в него основных деталей-ротора и др., а также, графическим методом проанализируем

40 соотношения размеров отдельных конструктивных величин, влияющих на параметры двигателя и выберем, оптимальный вариант основных конструктивных соотношений и размеров деталей в относительных величинах. 45

На фиг, 2Л, Б, В показаны взаимосвязи деталей предложенного роторного двигателя, где в корпусе 1 размещен эксцентриковый вал 2 с эксцентриком 3, на котором

50 посредством подшипника 4 установлен ротор 5, на торцовой стороне которого жестко укреплена шестерня 6, имеющая внутреннее зацепление и связанная с шестерней 8 с внешним зацеплением, неподвижно закрепленной на крышкв 7: внутри шестерни

8 установлен подшипник 9, закрепленный кольцом 10, на валу 2 укреплен маховикпротивовес 11.

С другой стороны корпус 1 закрыт крышкой 12, в которой установлен подшипмы рабочей камеры корпуса, охладителя и. 30 ник 13, закрепленный кольцом 14. на валу 2 укреплен второй маховик-противовес 15.

На фиг. 1Б в корпусе 1, симмегрично относительно плоскости И-К, проходящей через ось вращения вала 2 и "полюс" конхоиды рабочей камеры, выполнены впускное окно 16 и выпускное окно 17. На фиг. 2Г показаны уплотнения, установленные на роторе, включающие радиальные пластины 18 и торцовые уплотнения t9 с сухариками 20, подобные применяемым в роторно-поршневых двигателях. В качестве материала для радиальных и торцовых уплотнений может быть применен тефлон, не требующий смазки, На фиг,ЗА показаны основные детали предложенного роторного двигателя, размещенные для наглядности, вдоль вала 2: корпус 1, эксцентрик 3, шарикоподшипник

4 (можно применить металлофторопластовый подшипник скольжения, не требующий смазки, ротор 5, шестерня 6 с внутренним зацеплением, жестко укрепляемая на роторе 5, крышка 7, устанавливаемая на корпусе

1, шестерня 8 с внешним зацеплением, жестко укрепляемая на крышке 7. подшипник

9, кольцо 10 для крепления подшипника 9, маховик-противовес 11, крышка 12, подшипник 13, кольцо 14, маховик-противовес 15. Отношение чисел зубьев шестерен

8 и 6 равно 1;2.

Выбор формы боковой (радиальной) поверхности рабочей камеры корпуса двигателя проведен на основании анализа ряда конхоидных поверхностей. На.фиг. ЗБ показаны три конхоиды, у которых основная ок- ружность имеет диаметр а с центром в точке

0 и полюсом в точке 01, где радиус-вектор конхоиды г равен — I, а конхоид в и б соответственно меньше, при этом;

I для конхоиды г отношение =3 (сплоша ная линия), 1 для конхоиды в отношение — =2 (штриха пунктирная линия), I для конхоиды б отношение =1,5 (пуна ктирная линия), Анализ форм конхоид, приведенных на фиг. ЗБ, показывает, что при — > 2 конхои-.

I а да имеет овальную форму, что предпочтительно для рабочей камеры двигателя с целью упрощения технологии ее изготовления, Для показанной на фиг,36-с конхоиды, l отношение =3, при этом отношение ее наа ибольшего размера — диаметра по горизон1812326 тали (параллельного линии 1-1) к наибольшему размеру- диаметру по вертикали (4-4) составляет 1,06, что близко к окружности; для наглядности на фиг. ЗБ обозначены: кон-ко нхоида, О К-окружность.

Кроме того, на фиг, ЗБ линиями 1-1,22,3-3,4-4,5-5,6-6, проходящими через "полюс" 01 и основную окружность с центром в точке О, показаны положения, которые будет занимать линия, соединяющая вершины ротора двигателя при его вращении вокруг оси 0 и точки пересечения с основной окружностью диаметром — а; линия (4-4) проходит через вершины конхоиды.

На фиг.ЗВ показаны детали фиг. 2Б, где, изменено положение ротора 5, при этом радиальные уплотнения ротора 5 находятся ниже впускного 16 и выпускного 17 окон для того, чтобы эти окна были герметично изолированы одно от другого при любом положении ротора в рабочей камере двигателя при условии, что между конхаидными поверхностями рабочей камеры двигателя и ротора в положении, показанном на фиг. 38, обеспечено конструкцией отсутствие зазоров. Впускное 16 и выпускное окна двигателя целесообразно выполнять в виде щелей по длине ега корпуса.

На фиг.4А показаны; корпус 5, эксцентриковый вал 2, полость расширения V1 и полость сжатия V2 рабочей камеры двигателя, впускное окно 16, через которое поступает в полость расширения Ч1 рабочее тело со скоростью v1, впускное окно 17, через которое ротором при ега вращении выталкивается из полости сжатия Ч2 рабочее тело со скоростью ч2, и линия И-К, соединяющая вершины ротора и проходящая через."полюс" конхоиды рабочей камеры и ротора, На фиг,4А ротор показан в исходном положении (не вращается), линия И-К пересекает нижние края окон.1 6 и 17 и проходит через пол ос конхоиды; верхняя радиальная конхоидная поверхность ротора соприкасается с радиальной конхоидной поверхностью рабочей камеры двигателя, а полость

Ч1 отсутствует, абьем рабочей камеры двигателя равен объему полости, отмеченной кружками на фиг,4А, потока рабочего тела нет; на фиг.4Б — ротор повернулся по часовой стрелке, а линия И-К, проходящая через

"полюс" конхоиды, повернулась на угол 20 по часовой стрелке, при этом через впускное окно 16 со скоростью ч1 поступает в полость Ч1 рабочее тело, а через впускное окно 17 со скоростью V2 рабочее тело выталкивается ротором иэ полости V2; на фиг,48 — ротор повернулся по часовой стрелке, а линия И-К, проходящая через "полюс" канхоиды, повернулась на 60 относительно исходного положения на фиг. 4А, увеличенный объем полости Ч1 заполнен рабочим телом, а из уменьшенного объем полости V2 часть рабочего тела вытеснена ротором;

5 на 4Г, 4Д, 4E — постепенное увеличение объема полости Ч1 и уменьшение объема полости V2, из которого рабочее тело выталкивается ротором, Таким образом, как видно по изменению

10 положения эксцентрика на фиг,4А-Б-В-Г-Д-Е, при повороте ротора на 180 эксцентриковый вал повернется на 360О.

Рассмотрим работу предложенного двигателя, показанного на фиг. 5, с учетом

15 фиг.1 — 4.

На фиг.5 A-Г, показано образование момента вращения и поворот эксцентрикового (выходного) вала 3 с эксцентриком 31 роторного двигателя, 20 На фиг. 5 показан двигатель, на фиг, 5А: в корпусе 1 с конхаидной рабочей камерой, имеющей полости Ч1 и V2, расположен ротор 2, установленный на эксцентрике 31, жестко связанном с валом 3, регенератор 4.

25 выполнен в виде тепловой трубки, конец А, в зоне которого установлены металлические трубки 6, по которым при работе двигателя проходит горячее рабочее тело (гелий и т.п.) в направлении, показанном стрелкой v1, яв30 ляется испарителем, а конец Б, в зоне которого расположены металлические трубки 7, к которым при работе двигателя поступает из охладителя 5 через клапан 11 холодное рабочее тело, является конденсатором.

35 . Рабочий объем устройства, показанного на фиг. 5А, представляет собой замкнутый объем, включающий соединенные последовательно: объем камеры V2, объем пучка трубок 6, объем камеры Vi. Этот замкнутый

40 обьем устройства заполнен рабочим газом, например гелием; при.давлении l0-20 МПа, который не горит и позволяет обеспечить высокие коэффициенты тепло-массообмена при относительно невысоком уровне гид45 равлических потерь.

Для объяснения и понимания момента начала вращения эксцентрикового вала двигателя рассмотрим на фиг,5А два его состояния; первое: клапан 11 закрыт, но подогрев

50 нагревателя 9 отсутствует; в этом состоянии

Р1=Р, на противоположные радиальные конхоидные поверхности ротора 2 действуют равные величины давлений, например 100 МПа, следовательно, на эксцентрике

55 3 и валу 3 момент вращения отсутствует; второе: клапан 11 закрыт, но к нагревателю 9 подведено тепло, (например: в ха-, гревателе сжигается топливо-бензин), что приведет к повышению температуры трубок 8 и части корпуса двигателя, прилега1812326 ющей к нагревателю, что, следовательно, вызовет повышение температуры рабочего газа и давления Р1 в полости V1, например, до 16,0 МПа.

При возникновении разности давлений в рабочих полостях V1 и V2, величина которого, в примере, равна 16,0-10,0=6,0 1ЛПа, и при величине эксцентриситета, определяемой конструкцией устройства, возникает момент вращения эксцентрикового вала 3, который является выходным валом этого двигателя, вал 3 начнет вращение по часовой стрелке в направлении Ч1. При этом гелий в полости V1 начнет расширяться, его давление Р1 начнет уменьшаться, объем полости V1 начнет увеличиваться, а полости

V2, соответственно, уменьшаться; рабочее тело из полости V2 будет выталкиваться ротором 2 в трубки 6 и далее в охладитель 5, Продолжение процесса расширения газа и увеличение объема пОлости Ч1 показано на

4>иг.5Б и фиг. 5В, где клапан 11 закрыт, Поворот ротора 2, эксцентрика 31 и вала 3 вокруг его оси будет продолжаться до тех пор, пока давление Р1 (под клапаном 11) и, соответственно, в полости Ч1, а также давление Р в охладителе 5 не уравняются.

На фиГ. 5Г показана проекция роторного двигателя, когда ротор прошел положение, при котором его вершины находились на уровне нижних кромок отверстий труб 6 и 8 (см. фиг.4А), при этом вновь образовалась полость V1, клапан 11 открылся, и через него начал поступать из охладителя 5 через трубкй 7 конденсатора (регенератора

4) и трубки 8 нагревателя 9 горячий рабочий газ-гелий в полость V1, что показано стрелками, Поступление рабочего газа прекращается и клапан 11 закроется тогда, когда ротор 2 займет, для примера, положение, показанное на фиг.5А. Далее этот рабочий процесс двигателя повторяется, При последующих циклах, когда гелий, выталкиваемый из полости V2, будет горячим, этот газ, проходя по трубкам 6, нагреет конец А тепловой трубки 4 (регенератора), являющегося испарителем, далее за счет передачи тепла к конденсатору (конец Б тепловой трубки) и нагрева трубок 7 будет нагреваться гелий, проходящий из охл; дителя по этим трубкам 7, Таким образом будет обеспечен процесс регенерации тепла за счет применения в двигателе в качестве регенератора тепловой трубки.

Для непрерывного повторения описанного процесса, т.е. для обеспечения нормальной работы роторного двигателя и создания постоянного момента вращения на его эксцентриковом (выходном) валу 3 необходимо на этом валу установить махо35

45 На фиг, 6А-Д показано диаметральное располо>кение эксцентриков двигателей Б1 и

Б2 на общем валу устройства, 50

5

30 вик, а также стартер для пп :дания валу 3, эксцентрику 31 и ротору 2 исходного момента вращения, т.е. для производства запуска и работы двигателя, Создание непрерывного вращения выходного вала 3 двигателч без применения маховика и стартера возможно, ecnv. соединить последовательно выходные валы 3 нескольких двигателей, установленных на одном основании, при этом например, роторы, эксцентрики или полюса конхоид этих двигателей необходимо установить один относительно другого смещенными, например, на 90 и тд., в зависимости от количества этих двигателей.

Пример 2, С целью обеспечения большей равномерности непрерывного момента вращения выходного вала на фиг.6 показано устройство, включающее два одинаковых двигателя (блок Б1 и блок Б2), каждый из которых аналогичен двигателю, описанному в примере 1, блоки Б1 и Б2 установлены на одном основании, а роторы установлены на общем эксцентриковом валу и развернуты один относительно другого на 90 .

На фиг, 6А показан двигатель — блок Б1, содержащий корпус 1, ротор 2, вал 3, регенератор 4, охладитель 5, трубки 6, расположенные B зоне нагревателя регенератора 4, трубки 8 нагревателя 9, клапан 11, рабочая полость Ч1 (вторая полость в данный момент на фиг, 6А не показана, поскольку радиальная поверхность ротора и поверхность конхоидной рабочей камеры в ее верхней части между впускным и выпуск- ныM окнами корпуса 1 расположеHы с минимальным зазором), На фиг. 6А-Б2 показан двигатель Б2, в котором эксцентрик расположен с поворотом на 180" относи ельно эксцентрика двигателя

Б1, а ротор повернут на 90 относительно ротора двигателя Б1. Оба эксцентрика и рото" ра двигателей Б1 и Б2 связаны общим валом 3

На фиг. 6А-Б-В-Г в левой колонке показано последовательно изменение положения ротора двигателя Б1, а на фиг. 6А-Б-В-Г изменение поло>кения ротора двигателя Б2, при этом угол между роторами и эксцентриками на фиг, 6Д в колонках по горизонтали (Б1-Б2) остается неизменныл .

Проведем анализ образования на фиг. 6 суммарных сил в полостях V1 и V2 двигателей 51 и Б2 при повышении температуры в: их нагро>àreíÿõ (например, при сжигании топлива) и создания моментов вращения на

1812326

12 общем эксцентриковом валу 3, положив в основу описание работы роторного двигателя в примере 1, Анализируя фиг, GA видим, что давление

Pz возникает в полости V2 двигателя Б2, что показано на фиг.6Е, где суммарный момент вращения равен моменту вращения двигателя Б2; аналогично, на фиг. 6Б, силы давления

Рг образуются в полости V2 двигателя 52, 10 при этом суммарный момент вращения на валу 3 обусловлен работой двигателя Б2;

На фиг, 6 В видим, что силы давления Р1 также возникли в полости Ч1 двигателя 51, вен сумме моментов .вращения,. создаваемых обоими двигателями Б1 и Б2, что отражено на диаграмме фиг. 6Д-В, На фиг.6Г, по аналогии с рассмотрен20 ным выше; суммарный момент вращения вала равен моменту вращения, создаваемому двигателем Б1, в этот момент в двигателе

Б2 клапан 11 открыт и в полость V2 поступает из нагревателя горячее рабочее тело-reлий.. Приведенный анализ работы двигателя по примеру.2 и фиг. 6 позволяет сделать вывод о том, что суммарный момент вращения эксцентрикового вала в любой момент

30 будет больше нуля, т.е. на валу двигателя будет действовать непрерывно момент вращения.

Необходимо отметить, что при объединении в общее устройство на одном эксцен35 триковом валу нескольких таких двигателей со смещенными по фазе роторами и эксцентриками существенно упрощается сбалансированность вращающихся масс роторного двигателя.

Пример.3. Для.увеличения равномер4 ности момента вращения выходного вала нафиг, 7 показано устройство, включающее .три одинаковых роторных двигателя (блок

Б1; блок 52, блок 53). каждый из которых аналогичен двигателю, показанному в примере 1,. блоки Б1, Б2 и БЗ установлены на одном основании, роторы размещены на общем эксцен. риковом валу под углом 120 один относительно другого вместе с эксцентриками. На фиг. 7 по вертикали сверху вниз показано изменение положения роторов в блоках 51, Б2 и БЗ при повороте эксцентрикового вала по часовой стрелке и. соответственно, изменение объемов полостей

50 рабочих камер, в которых стрелками показано действие сил давления Р. возникающих в полостях при нагреве рабочего тела, например — гелия, Взаимное изменение поло"жения эксцентриков в блоках Б1, Б2, БЗ при йовороте эксцентрикового вала по часовой а суммарный момент вращения на валу ра- 15 стрелке показано на фиг. 8А, а моменты вращения, создаваемые в каждом блоке, и суммарный момент вращения на выходном валу показан на диаграммах фиг.85, анализ которых позволяет сделать вывод о том, что в любой момент поворота эксцентрикового вала в создании момента вращения этого вала задействовано два блока.

Для улучшения сбалансированности этого трехблочного устройства целесообразно количество таких блоков увеличить до шести, при этом необходимо эксцентрики и роторы устанавливать в пары диаметрально противоположно к оси вала.

Пример 4. С целью упрощения динамической балансировки вращающихся масс и повышения стабильности момента вращения выходного вала роторного двигателя, на фиг, 9А показано устройство (двигатель), содержащее четыре двигателя — блоки 1, 2, 3, .

4, каждый из которых аналогичен роторному двигателю; описанному в примере 1. На фиг.

9А блоки 1 — 4 связаны одним эксцентриковым валом 5 и установлены на общем основании 6, вершины роторов обозначены буквами а-б, конхоидные рабочие полости обозначены Vl - V4, V41, полюс конхоиды рабочей камеры блока 1 обозначен 01, блока 2-02, блока 3 — 03, блока 4 — 04, Особенностью данной конструкции двигателя является то, что полюса конхоид и роторов блоков 1 и 2, а также блоков 3 и 4 расположены диаметрально противоположно оси вала 5, а линии, соединяющие вершины роторов блоков 1 и 2, являются параллельными, соответственно параллельны линии, соединяющие вершины роторов блоков 3 и 4, однако, между парами блоков эти параллельные линии являются перпендикулярными, например, линии между вершинами блоков 1 и 3, 2 и 4.

Анализ фиг. 9А показывает, что вращающиеся массы блоков 1 и 2, а также 3 и 4 являются взаимно сбалансированными. а следовательно, сбалансированы вращающиеся массы и всего устройства из четырех блоков. При увеличении на одном эксцентриковом валу количество таких блоков сбалансированность будет повышаться. . Пример 5, С целью конструктивного обеспечения полной динамической сбалансированности роторного двигателя на фиг.

9Б, В, Г приведено устройство; состоящее из трех двигателей — блоков 51, 52 и БЗ, каждый из которых подобен роторному двигателю, описанному в примере 1, но без противовесов, В устройстве по примеру 4 ротора эксцентрики всех трех блоков Б1,Б2 и БЗ установлены на одном эксцентриковом валу 1 таким образом, что полюса конхоид

1812326 рабочих камер блоков Б1 и БЗ расположены противоположно полюсу конхоиды рабочей камеры блока Б2; рабочие камеры и роторы всех блоков имеют соответственно равные сечения в плоскости, перпендикулярной оси эксцентрикового вала. длина корпуса блока

Б2 примерно соответствует сул1ме длин корпусов блоков Б1 и БЗ, при этом непрелиенным является требование к конструкции устройств, что вращающиеся массы блока

Б2 (акл1очающие ротор, эксцентрик, шестерни, охлаждающие жидкости и др,) должны быть равными сумме вращающихся масс блоков Б1 и Б2 при равных плечах вращения этих масс.

На фиг. 10 показаны три блока Б1, Б2, БЗ развернутыми на одном общема эксцентриковом валу, блок Б1 включает корпус 1, полюс 2, ротор 3 с вершинами а, б, выпускное окно 4, впускное окно 5, основание 17, общее для всех трех блоков; ниже по вертикали На фиг. 9Б, В, Г показано изменение положения ротора 3 и объемов рабочих полостей V1 и V1 при вращении вала 16 по

1 часовой стрелке в направлении V; блок Б2 включает корпус 6, полюс 7, ротор 8, впускное окно 9, выпускное окно

10, основание 17; ниже по вертикали на фиг. 9Б, В, Г показано изменение положения ротора 8 и обьемов Ч2 и V2 при вра1 щении вала 16; блок БЗ включает корпус 11, полюс 12, ротор 13, выпускное окно 14, впускное окно

15, эксцентриковый (выходной) вал 16, основание 17; ниже па фиг. 9Б, В, Г показано изменение положения ротора 13 и объемов VÇ и VÇ при вращении вала 16 по

1 стрелке V.

Анализ изменения взаимного положения роторов 3, 8 и 13 соответственно блоков

Б1, Б2 и БЗ при их одновременном вращении по часовой стрелке на общем эксцентриковом валу 16, приведенных на фиг, 9А, 9Б, 9В, 9Г с учетом конструктивных требований для обеспечения динамической сбалансированности вращающихся л1асс этих блоков, позволяет сделать вывод о том, что каждый из роторов 3, 8, 13, вращаясь по конхоидс а своем блоке (даигателе), находится а любой л1омент врел1ени диаметрально противоположно относительно оси эксцентрикового вала, с соседним ротором, т,е, линии, соединя1ощие вершины этих роторов, всегда параллельны, а следовательно, их вращающиеся массы всегда сбалансированы без противовесов.

Следовательно, описанный а примере 4 трехблочный роторный1 двигатель является полностью сбалансированным.

Пример 6. С целью обеспечения возможности увеличения мощности двигателя при неизменном диаметре его корпуса, а также повышения надежности его работы

5 за счетусиления связи между вращаюгцимися и неподвижными деталями устройства— между оотором и второй крышкой корпуса введена вторая пара шестерен, аналогичная первой паре шестерен, связанных с пеоаой

10 крышкой корпуса двигателя, Устройство по примеру 6 показано на фиг, 11 в трех проекциях, а на фиг. 12 показано развернутым по деталям вдоль оси вала 2, Данное устройство подобно показанному на фиг, 2 и фиг. 3А.

15 которые описаны в примере 1, и отличается лишь тем, что дополнительно введена вторая пара шестерен для усиления связи между ротором и второй крышкой двигателя, что позволяет увеличить длину ротора по оси

20 вала, а следовательно. повысить мощность двигателя при неизменном диаметре его корпуса, Таким образом, s устройстве, приведенном на фиг.11 и фиг. 12А, в отличие от такого х<е по назначению устройства в при25 мере 1, имеются две равные шестерни 6 и

12 с внутренним зацеплением, установленные на торцовых сторонах ротора 5, и две неподвижные шестерни 8 и 14 с внешним зацеплением, жестко связанные с крыщка30 ми 3 и 13 корпуса 1 роторного двигателя. В остальном устройство по примеру 6 взаимозаменяет устройство, показанное на фиг.2 в примере 1.

Пример 7. На фиг. 12Б на общем

35 эксцентриковом валу 1 расположены два роторных устройства, одно устройство. включающее: корпус 2 с ротором, установленным на эксцентрике вала 1, нагреватель 3, регенератор 4, выполненный в виде тепловой

40 трубки, где конец А является испарителем, а конец Б — конденсатором, охладитель 5 и клапан 7 (например, газоуправляемый, золотникоаый и т.п,) является роторным двигателем, описанным в примере 1; второе

45 устройство 6, предназначенное для улучшения наполнения рабочим телом камеры расшире .Ия корпуса 2, является блокол1 расширения и сжатия рабочего тела. движение которого показано стрелкой V ) при вра50 щении эксцентрикоаого вала по стрела<е V.

При работе двигателя по примеру 7 горячее рабочее тело из полости сжатия корпуса 2 через регенератор 4 (ко11ец А— испаритель} а направлении стрелки V1 по-

55 ступает а полость расширения корпуса 6, далее через охлэдитель 5, клапан 7, регенератор 4 (конец Б — конденсатор} нагретое рабочее тело поступает в нагpeBBTOAb 3 и камеру расширения корпуса 2, замыкая тем самым цикл работы двигателя.

1812326

5

25

35

55

Роторы и эксцентрики в корпусах 2 и 6 устанавливаются один относительно другого под углом О, 900, 180 с учетом выполнения требований их балансировки.

Пример 8. На фиг. 12 В показан двигатель. где посредством общего эксцентрикового вала 1 связаны два двигателя, каждый иэ которых подобен устройству, приведенному в примере 1, и включает корпус, нагреватель, охладитель, регенератор и клапан, но отличается тем, что названные элементы каждого из двигателей включены в общий канал, по которому перемещается рабочее тело при работе двигателя, в следующей последовательности: из камеры сжатия корпуса 2 по стрелке V рабочее тело через регенератор 4 (конец А — испаритель) поступает в охладитель 5, далее через регенератор 8(конец Б- конденсатор) поступает в нагреватель 6 и камеру расширения корпуса 7, из камеры сжатия корпуса 7 по стрелке Ч через регенератор 8 (конец А— испаритель) поступает в охладитель 9, регенератор 4 (конец Б — конденсатор) и нагреватель 3 поступает в камеру расширения корпуса 2, замыкая, таким образом канал, по которому проходит рабочее тело при работе устройства, Клапаны 10 и 11 служат для управления потоком рабочего тела по каналу — рабочему объему устройства, Ротора и эксцентрики в корпусах 2 и 3 устанавливаются на эксцентриковом валу 1 под углом один к другому, предпочтительная их установка -О, 900, 180 . — с учетом положения

"полюсов" и конхоид рабочих камер каждого отдельного двигателя блока для обеспечения сбалансированности вращающихся масс. Направление теплоты в регенераторах 4 и 8 показано стрелками от А к Б.

Регенераторы 4 и 8 в примере 8 предложено выполнять в виде тепловых трубок, хотя, естественно, они могут быть выполнены трубчатыми и т.п. Направление вращения общего эксцентрикового вала 1 HB фиг. 12 В показано стрелкой Ч1.

Таким образом, комбинация из этих двух двигателей, соединенных по схеме фиг.

12В, приводит к двум отдельным, но взаимосвязанным системам, в каждой из которых осуществляются два полных цикла за один оборот ротора.

Пример 9. На фиг. 13 показан двигатель, основой которого является устройство, описанное в примере 1. С целью ускорения разогрева при запуске двигателя и повышения его КПД при работе, эксцентрик вала дополнительно снабхсен полостями (каналами), по которым проходит нагретое рабочее тело или жидкость(например при запуске). Двигатель на фиг. 13 А и

13 Б включает основные детали: корпус 1, ротор 2, связанный с валом 3 посредством эксцентрика 4 и шестерен, эксцентрик 4 снабжен каналами 5 (для примера на фиг. 13

А и Б показан один канал 5), на корпусе 1 расположены впускное 6 и выпускное 7 окна, основание 8, вал 3 имеет канал 9 для подвода рабочего тела к каналам 5 эксцентрика и канал 91 для его отвода в систему охлаждения или циркуляции.

На фиг. 13 В и 13 Г показан эксцентрик

4, установленный на валу 3 с системой циркуляции рабочего тела, где для наглядности диаметры эксцентрика 4 и вала 3 увеличены.

Система циркуляции включает компрессор

16, трубопроводы 17 и 7, компенсатор 18, канал 8, кольцевые коллекторы 5К и 5 К1, каналы 5 и 51 в эксцентрике 4, обойму 10 с кольцевым каналом 12, трубопроводы 11, 13, 15, охладитель 14; направление движения рабочего тела показано стрелками V.

При исключении из устройства на фиг.

13 В элементов 14 — 18 и подключении эксцентрика 4 посредством трубопроводов 7 и

13 параллельно трубкам 6 на фиг. 1, видно, что в этом случае часть горячего рабочего тела, выходящего при работе двигателя из полости V1, будет проходить через каналы эксцентрика и нагревать его и ротор 2, способствуя тем самым разогреву ротора и корпуса при запуске этого двигателя, а также повышению его КПД в процессе работы за счет использования части тепла рабочего тела.

Работа двигателя по примеру 9 с устрой- ством перемещения рабочего тела по каналам в эксцентрике ротора, подобна работе двигателя по примеру 1, поэтому более подробно не описывается.

Оптимальным является устройство, приведенное в примере 2 и близкое к нему, приведенное в примере 8 с роторами, установленными нэ общем эксцентриковом валу и развернутыми один относительно другого на 900.

Внедрение предложенного роторного двигателя внешнего сгорания в двигателестроении в сравнении с аналогом-роторным двигателем фирмы Даймлер-Бенц позволит создавать роторные двигатели внешнего сгорания требуемой мощности полностью уравновешенными без противовесов, работающими по двухтактному циклу; выполнять запуск двигателей при двух и более цилиндрах без стартера и маховика.

В сравнении с поршневыми двигателями Стирлинга предлагаемый двигатель позволит исключить кривошипно-шатунный механизм из конструкции двигателя; упростить регенератор зэ счет исключения к не1812326 му требования, о получении (накоплении) и отдаче (возвращении) тепловой энергии со скоростью до 20000 C/с вследствие того, что в предложенном двигателе рабочее тело (гелий и др.) не изменяет направления своего движения в трубопроводах в рабочем режиме, т.е. регенератор работает как рекуператор; кроме того, при снятии указанного требования к регенератору открывается возможность увеличения числа оборотов ротора двигателя, а следовательно, дополнительного с ижения его удельной массы и габаритов; обеспечить минимальное тепловое и инфракрасное оптическое излучение, что особо важно для военной техники.

Формула изобретения

1, Роторный двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий корпус с крышками, эксцентриковый вал, проходящий через крышки корпуса, ротор с торцовыми и радиальными уплотнениями, установленный на эксцентриковом валу и размещенный в корпусе так, что разделяет его обьем на полость расширения и полость сжа