Газовая машина

 

Сущность изобретения: газовая машина содержит три последовательно установленных полых корпуса, соответственно компрессора, теплового преобразователя и плоского механизма роторно-поршневого механического преобразователя, связанных с атмосферой и между собой воздухопроводами и газопроводами, соединенными с корпусами герметически. В полости теплового преобразователя, выполненной в виде камеры сгорания, размещены средства подачи топлива. Механизм роторно поршневого преобразователя, установленный в полости корпуса, включает ротор с валом и радиальными пазами, в которых размещены с возможностью перемещения с минимальными технологическими зазорами два жестко связанных одинаковых плоских поршня. Внутренняя полость выполнена в виде прямого некругового цилиндра. Вал ротора кинематически связан с корпусом и компрессором, корпус теплового преобразователя снабжен бункером подачи твердого топлива в виде полого цилиндра с окном на его боковой поверхности, выполненным с возможностью последовательного сообщения с атмосферой или полостью камеры сгорания, или разобщения с ними и колосниковой решеткой. Поперечное сечение прямого некругового цилиндра полости описывается кривой, аналогичной конхолде. Механизм роторно-поршневого механического преобразователя в ней может быть снабжен второй парой поршней, а коленчатый вал второй дополнительной шатунной шейкой, жестко связанной с коленчатым валом и кинематически со второй парой жестко связанных между собой поршней, установленных перпендикулярно первой, причем шатунные шейки установлены симметрично относительно его оси вращения. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к роторно-поршневым тепловым двигателям и может быть использовано в промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте, в быту.

Роторно-поршневой тепловой двигатель Ванкеля неработоспособен на дешевом твердом топливе, имеет прерывность горения, виброактивность ротора.

Роторно-поршневой тепловой двигатель [1] имеет малую работоспособность механического преобразователя, неработоспособность теплового преобразователя на дешевом твердом топливе, малые долговечность, КПД.

Цель изобретения увеличение надежности, КПД и экономичности.

Предлагаемая машина содержит колосниковую решетку, установленную в корпусе теплового преобразователя, бункер подачи топлива, соединенный герметически и шарнирно с этим корпусом, связанным при помощи трубопроводов с корпусом компрессора, с корпусом механического преобразователя, ролики, соединенные шарнирно с ротором, выполненные с возможностью качения по частям поверхностей поршней первого и второго, связанного жестко с первым поршнем, кривошип, прямая ось вращения которого, соединенного шарнирно с корпусом механического преобразователя, относительно этого корпуса равноудалена от прямой оси вращения корпуса механического преобразователя относительно ротора и от прямой оси вращения кривошипа относительно поршня, соединенного шарнирно с кривошипом.

На фиг. 1 изображен плоский механизм двухпоршневого механического преобразователя энергии газа в механическую работу вращающегося вала; на фиг. 2 тепловой преобразователь химической энергии твердого топлива в тепловую энергию рабочего газа-продукта сгорания топлива; на фиг. 3 ролико-поршневой узел механического преобразователя; на фиг. 4а,б кривошипно-поршневой узел механического преобразователя; на фиг. 5 и 6 кривошипно-поршневой узел трехпоршневого механического преобразователя; на фиг. 7 зубчатая передача с внутренним зацеплением двухпоршневого механического преобразователя.

Машина содержит стойки-корпус 1 механического преобразователя, ротор 2, рабочую полость 3 корпуса 1, газопровод 4, впускное отверстие 5, часть 6 поверхности поршня 21, полость 7 радиального паза ротора, часть 8 поверхности паза, часть 9 поверхности вогнутого внутреннего участка полости корпуса 1, часть 10 поверхности паза, часть 11 поверхности поршня 14, выпускное отверстие 12 в стенке корпуса 1, выпускную полость 13 корпуса 1, плоский поршень 14.

На чертежах также показаны точка 15 на поверхности выпуклого участка поршня 14, промежуточная полость 16 корпуса 1, часть 17 поверхности паза ротора, часть 18 поверхности поршня 14, часть 19 поверхности поршня 21, часть 20 поверхности паза, плоский поршень 21, крайняя точка 22 на поверхности выпуклого участка поршня 21, корпус 23 теплового преобразователя (фиг.2), воздухопровод 24, колосниковая решетка 25, внутренняя полость 26, бункер 27, полость 28 бункера, ролики 29, ось 30 механического преобразователя, ось 31, кривошип 32 (фиг.4), вал 33, ось 34, поршень 35, зубчатые колеса 36 и 37.

П р и м е р 1. Машина содержит системы регулятора скорости, питания, смазки, пуска, охлаждения и зажигания, корпус теплового преобразователя, бункер 27 подачи твердого топлива, соединенный герметически с этим корпусом, крышку, соединенную шарнирно с бункером, в цилиндрической стенке которого выполнено окно, в цилиндрической стенке полости крышки связанной жестко с корпусом 23, имеются верхнее отверстие, выполненное с возможностью совпадения с окном, участок для герметического закрытия окна и нижнее отверстие, выполненное с возможностью совпадения с окном, колосниковую решетку 25, установленную в этом корпусе, часть полости которого выполнена в виде полости камеры сгорания, газопровод 4, соединенный герметически с корпусом 23, в стенке которого выполнено отверстие, сообщающее полость газопровода и полость этого корпуса, воздухопровод 24, соединенный герметически с корпусом 23, в стенке которого имеется отверстие, сообщающее полость воздухопровода и полость этого корпуса, корпус часть компрессора, в стенке которой, связанной жестко с частью стойки, выполнено отверстие, сообщающее атмосферу и всасывающую полость этого корпуса, в стенке которого, соединенного герметически с воздухопроводом, выполнено отверстие, сообщающее полость воздухопровода и нагнетательную полость компрессора, корпус 1 механического преобразователя, вал, связанный с частью компрессора. При этом в роторе 2, связанном жестко с валом, имеются сходные радиальные пазы, поршень 14, часть которого выполнена в пазу, поршень 21, сходный с поршнем 14, связанным жестко с поршнем 21, образующим поступательную пару с ротором, боковая поверхность которого соединена шарнирно с корпусом 1. В стенке последнего соединенного герметически с газопроводом, выполнены впускное 5 и выпускное 12 отверстия. Отверстие 12 сообщает атмосферу и выпускную полость корпуса 1 механического преобразователя, в котором выполнены минимальные технологические зазоры между сопряженными поверхностями корпуса, ротора, поршня, золотник (не показан) для периодического открытия выпускного отверстия, сообщающего полость газопровода и примыкающую к рабочей полости корпуса 1 полость золотника, связанного жестко с частью ротора, установленного эксцентрично в этом корпусе, образующем кинематическую пару с поршнем 21. Крайняя точка 22 последнего выполнена с возможностью совпадения с любой точкой замкнутой линии, неподвижной относительно корпуса 1 и определяемой в полярной системе координат при помощи функции (ρ-R)²= 2(1-cos2ϕ) где ρ расстояние от прямой оси вращения ротора относительно корпуса 1 до точки 22; ϕ величина полярного угла; R,r диаметр ротора.

П р и м е р 2 отличается от примера 1 тем, что ротор роторно-поршневого механического преобразователя снабжен двумя роликами 29, установленными с возможностью вращения на осях 30, жестко установленных в пазу ротора, а в жестко связанной паре поршней выполнен паз, который кинематически связан с роликами.

П р и м е р 3 отличается от примера 1 тем, что кривошип 32 при помощи осей 31 и 34 соединен шарнирно соответственно с поршнем 21 и корпусом 1, прямая ось вращения которого относительно кривошипа 32 равноудалена от прямой оси вращения корпуса 1 относительно этого кривошипа и от прямой оси вращения поршня относительно кривошипа 32.

П р и м е р 4 отличается от примера 3 тем, что содержит поршень 35, траектория движения которого относительно стойки перпендикулярна траектории движения поршня 21 относительно стойки, сходного с поршнем 35, прямая ось вращения которого относительно кривошипа 32 и прямая ось вращения поршня 21 относительно этого кривошипа симметричны относительно прямой оси вращения кривошипа 32 относительно корпуса 1.

П р и м е р 5 отличается от примера 3 тем, что содержит зубчатую передачу с внутренним зацеплением, большое 36 и малое 37 колеса которой, сходной по выполняемой функции с кривошипом 32, соответственно связано жестко с ротором и при помощи осей соединено шарнирно с поршнем 21 и корпусом 1, прямая ось вращения которого относительно малого колеса 37 равноудалена от прямой оси вращения корпуса 1 относительно ротора и от прямой оси вращения поршня относительно малого колеса.

Работа по первому примеру (преобразование химической энергии твердого топлива в механическую работу вращающегося вала, осуществляемое за период один оборот относительно стойки). В начале первой части каждого нечетного полупериода поршень 21, пересекаемый прямолинейным отрезком, включающим начало центр отверстия 5 и конец центр отверстия 12, проходит середину этого отрезка. В течение первой части каждого нечетного полупериода рабочий газ из камеры сгорания по газопроводу 4 через впускное отверстие 5 поступает в рабочую полость 3 и действует на поршень 21 и поршень 14; рабочая площадь поршня 14 больше рабочей площади поршня 21, поэтому величина силы давления рабочего газа на поршень 14 меньше величины силы давления рабочего газа на поршень 21, поэтому в сторону большей силы против часовой стрелки вращается ротор 2 под действием поршней, толкаемых расширяющимся рабочим газом, и при помощи вала двигает части, выполняющие полезную работу, и часть компрессора, нагнетающего в полость 26 воздух, поддерживающий горение топлива в камере сгорания. Поршень 14 из выпускной полости 13 через выпускное отверстие 12 выталкивает в атмосферу отработавший газ. Величины сил давления каждого поршня на части цилиндрической части 9 внутренней поверхности корпуса 1 малы, потому что центробежные силы вращающихся поршней противоположны по направлению. В начале второй части каждого нечетного полупериода поршень 21 проходит впускное отверстие 5, рабочая полость 3 становится промежуточной полостью 16, возникает новая рабочая полость 3. В течение второй части каждого нечетного полупериода рабочий газ поступает в новую рабочую полость 3 и толкает поршень 21, отработавший газ выталкивается поршнем 14 в атмосферу из полости 13. В начале третьей части каждого нечетного полупериода поршень 14 проходит выпускное отверстие 12, промежуточная полость 16 становится новой выпускной полостью 13. В течение третьей части каждого нечетного полупериода рабочий газ поступает в рабочую полость 3 и толкает поршень 21, выталкивающий отработавший газ из новой выпускной полости 13 в атмосферу. Процессы, происходящие в течение каждого четного полупериода, не отличаются от процессов, происходящих в течение каждого нечетного полупериода в газовой машине. Твердое топливо извне перемещается в полость 28 бункера 27, полость 28 которого, находящегося в первом положении относительно стойки, примыкает к атмосфере и не примыкает к полости 26. Во втором положении бункера 27 относительно стойки, возникшем после первого поворота бункера 27 относительно стойки на 90^о против часовой стрелки, полость 28 не примыкает к атмосфере и к полости 26. В третьем положении бункера 27 относительно стойки, возникшем после второго поворота бункера 27 на 90^о против часовой стрелки относительно стойки, из полости 28, примыкающей к полости 26 и не примыкающей к атмосфере, топливо под действием веса этого топлива перемещается в полость 26, включающую полость камеры сгорания. Несгоревшие остатки удаляются известным способом.

Формула изобретения

1. ГАЗОВАЯ МАШИНА, содержащая системы регулятора скорости, питания, смазки, пуска, охлаждения и зажигания, три последовательно установленных полых корпуса соответственно компрессора, теплового преобразователя и плоского механизма роторно-поршневого механического преобразователя, связанных с атмосферой и между собой воздухопроводами и газопроводами, соединенными с корпусами герметически, причем в полости теплового преобразователя, выполненной в виде камеры сгорания, размещены средства подачи топлива, а механизм роторно-поршневого механического преобразователя включает установленный в полости корпуса ротор с валом и радиальными пазами, в которых размещены с возможностью перемещения и с минимальными технологическими зазорами два одинаковых плоских поршня, внутренняя полость выполнена в виде прямого некругового цилиндра, вал ротора кинематически связан с корпусом и компрессором, отличающаяся тем, что корпус теплового преобразователя снабжен бункером подачи твердого топлива в виде полого цилиндра с окном на его боковой поверхности, выполненным с возможностью последовательного сообщения с атмосферой или с полостью камеры сгорания или разобщения с ними, и колосниковой решеткой, а поперечное сечение прямого некругового цилиндра полости описывается кривой где ρ расстояние от полюса, т.е. оси вращения ротора, до крайней точки поршня; v полярный угол; 2r длина отрезка, соответствующего длине между крайними точками двух жестко связанных между собой поршней; R-r диаметр образующей окружности.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что ротор механизма роторно-механического преобразователя снабжен двумя роликами, установленными с возможностью вращения на осях, жестко установленных в пазу ротора, а в жестко связанной паре поршней выполнен паз, который кинематически связан с роликами.

3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что механизм роторно-поршневого механического преобразователя снабжен коленчатым валом, коренные и шатунные шейки которого шарнирно соединены соответственно с корпусом и серединой жестко связанных между собой поршней.

4. Машина по п. 3, отличающаяся тем, что механизм роторно-поршневого механического преобразователя снабжен второй парой поршней, а коленчатый вал второй дополнительной шатунной шейкой, жестко связанной с коленчатым валом и кинематически с второй парой жестко связанных между собой поршней, установленных перпендикулярно к первой, причем шатунные шейки установлены симметрично относительно оси вращения.

5. Машина по п. 3, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена зубчатой передачей с большим колесом, установленным жестко в корпусе и имеющим внутреннее зацепление, и малым колесом, жестко связанным с коленчатым валом и имеющим наружное зацепление, передаточное отношение между которыми равно 2 1.

6. Машина по п. 2, отличающаяся тем, что механизм роторно-поршневого механического преобразователя снабжен коленчатым валом, коренная и шатунная шейки которого соединены шарнирно соответственно с корпусом и с по меньшей мере одним поршнем, и зубчатой передачей, большее колесо которой выполнено с внутренним зацеплением и неподвижно соединено с ротором, а малое с внешними зацеплением и неподвижно соединено с коленчатым валом, причем передаточное отношение между ними равно 2 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7