Роторный двигатель стирлинга

Роторный двигатель стирлинга

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям с внешним подводом теплоты.

Известен роторный двигатель RadMax (http://peswiki.com/index.php/Directory:Regi Technologies:RadMax rotary_engine), (http://www.membrana.ru/particle/10949). Роторный двигатель RadMax отличает завидная простота. В нем всего два вида подвижных деталей: один ротор (это толстый диск, установленный на оси мотора, с 12 радиальными прорезями) и 12 одинаковых лопаток - тонких прямоугольных пластинок. Ротор с пластинками вращается в корпусе с вырезом сложной формы, при этом пластинки двигаются в прорезях вверх-вниз (вдоль оси мотора), а над ротором и под ним образуются переменные объемы, в которых и осуществляются впуск, сжатие, рабочий ход и выхлоп. При этом за один оборот вала в RadMax происходит 24 рабочих хода, против двух в четырехцилиндровом четырехтактном ДВС. Недостаток двигателя RadMax, он не может работать в режиме двигателя Стирлинга. Что является негативным ограничением, так как теоретический кпд у двигателей Стирлинга наивысший среди всех известных двигателей.

Известен роторный двигатель, патент РФ №2255235, с внешним подводом теплоты, с рабочим телом, находящимся в нем под избыточным давлением, содержащий, по крайней мере, два разных по объему цилиндра, например с обкатывающимися по внутренней рабочей поверхности цилиндров роторами, расположенными на одном эксцентриковом валу, и с разделительными пластинами, при этом полость нагнетания малого цилиндра соединена каналом с полостью расширения большого цилиндра через теплообменник и нагреватель, а полость расширения малого цилиндра соединена каналом с полостью нагнетания большого цилиндра через теплообменник и холодильник.

Недостатком такой схемы является большая сложность изготовления эффективного теплообменника, отдать максимально тепло одного потока рабочего тела другому, в то же время, находясь в разных каналах, задача трудная, а от этого зависит кпд двигателя. Другое дело - теплообмен осуществлять в одном канале: при прохождении рабочего тела сначала в одну сторону отдавать тепло, затем в другую сторону, забирая тепло в том же канале.

Техническим результатом настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков и повышение эффективности работы двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что роторный двигатель Стирлинга с внешним подводом теплоты, с рабочим телом, находящимся в нем под избыточным давлением, содержит, по меньшей мере, два ротора на одном валу, которые размещены в соответствующих цилиндрических корпусах, при этом ротор состоит из цилиндра, выполненного заодно с шайбой, и вращается в цилиндрическом корпусе с выполненными в нем радиальными прорезями, в которые установлены пластины с вырезами, надетыми на шайбу ротора, с возможностью перемещения взад-вперед вдоль оси двигателя при вращении ротора, при этом ротор, пластины и корпус образуют переменные объемы, в которых происходят рабочие циклы двигателя Стирлинга, каждый из переменных объемов, образованных вокруг одного ротора, соединяется каналами с переменными объемами, образованными вокруг другого ротора, при этом каналы соединяют объемы, расположенные со сдвигом 90 градусов один относительно другого, а один ротор повернут относительно другого ротора на 180 градусов.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг. 1 показан общий вид роторов на валу;

На фиг. 2 – поперечный разрез двигателя по пластинам.

Описываемый двигатель содержит пластины 1 с вырезами, надетыми на шайбу 2 сложной формы. Шайба выполнена заодно с цилиндром 3 ротора. При этом пластины 1 перемещаются взад-вперед вдоль оси двигателя в радиальных прорезях корпуса 4.

Основная идея изобретения состоит в том, что у роторного двигателя Стирлинга (РДС) с внешним подводом теплоты, с рабочим телом, находящимся в нем под избыточным давлением - на общем валу установлены как минимум два ротора, состоящие из цилиндра, на каждом из которых находится как единое целое шайба сложной формы.

Каждый ротор вращается в цилиндрическом корпусе, например, с 12 внутренними радиальными прорезями, в которых расположены пластины 1 с вырезами под шайбу 2 сложной формы. Роторы вращаются в цилиндрических корпусах 4, соединенных между собой, при этом пластины 1, одетые вырезами на шайбу 2, двигаются в прорезях а над роторами, под цилиндрами и между пластинами 1 при вращении роторов образуются по 24 переменных объема на каждый ротор, в которых и происходят рабочие циклы РДС. Один ротор относительно другого повернут на 180 градусов, поэтому РДС идеально уравновешен, так как все возникающие силы возвратно-поступательного движения пластин 1 с вырезами в результате вращения роторов уравновешиваются. Каждый из 24 переменных объемов, образованных вокруг одного ротора, соединяется каналами с соответствующими переменными объемами вокруг другого ротора, при этом эти каналы соединяют переменные объемы, расположенные со сдвигом на 90 градусов относительно друг друга. В каналах могут быть установлены проволочные или иные рекуператоры, которые берут на себя основную тепловую нагрузку. Получается 24 переменных объема с участием одного ротора, которые соединены с 24 переменными объемами с участием другого ротора. Такое соединение, при нагреве всего объема вокруг первого ротора в первом цилиндре и охлаждении всего объема вокруг второго ротора в следующем цилиндре создает постоянный вращательный момент. Этот вращательный момент существует всегда, пока есть разница температур первого цилиндра с ротором по отношению ко второму цилиндру с ротором. РДС является обратимой машиной, если вращать роторы, один цилиндр будет разогреваться, а другой будет охлаждаться. Технология изготовления РДС благодаря конструкции по сравнению со всеми известными двигателями внутреннего и внешнего сгорания намного проще и дешевле. На выходе РДС получается вращательное движение, а проблема уплотнения вращающегося вала до 20 МПа сегодня успешно решена (мертвый объем РДС, т.е. объем, не участвующий в тепловом преобразовании, минимален). Также можно вращающий момент передавать из РДС магнитной муфтой, что вообще исключает потери рабочего тела.

Роторный двигатель Стирлинга с внешним подводом теплоты, с рабочим телом, находящимся в нем под избыточным давлением, содержащий, по меньшей мере, два ротора на одном валу, которые размещены в соответствующих цилиндрических корпусах, при этом ротор состоит из цилиндра, выполненного заодно с шайбой, и вращается в цилиндрическом корпусе с выполненными в нем радиальными прорезями, в которые установлены пластины с вырезами, надетыми на шайбу ротора, с возможностью перемещения взад-вперед вдоль оси двигателя при вращении ротора, при этом ротор, пластины и корпус образуют переменные объемы, в которых происходят рабочие циклы двигателя Стирлинга, каждый из переменных объемов, образованных вокруг одного ротора, соединяется каналами с переменными объемами, образованными вокруг другого ротора, при этом каналы соединяют объемы, расположенные со сдвигом 90 градусов один относительно другого, а один ротор повернут относительно другого ротора на 180 градусов.