Двигатель внешнего сгорания

 

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является упрощение конструкции и улучшение удельных показателей. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель внешнего сгорания содержит корпус с закрепленными с ним передней и задней крышками. В корпусе размещен ротор с лопастями. При этом рабочие полости высокого давления рабочего тела (газа) постоянно связаны с камерами сжатия и расширения, соединенными согласно рабочему циклу с охладителем и нагревателем. Согласно изобретению ротор размещен между боковыми перегородками, в которых выполнены окна, одно из которых постоянно сообщается с нагревательной полостью, а другое постоянно сообщается с охладительной полостью. Между ступенчатыми лопастями ротора выполнены камеры постоянного объема для переноса рабочего тела, при этом нагреватель связан с задней крышкой корпуса, а охладитель - с передней. 4 ил.

Изобретение относится к двигателям внешнего сгорания, предназначенным для преобразования тепловой энергии в механическую работу и может найти широкое применение на транспортных средствах и в большой энергетике, используя горячие источники, а также отходящее тепло тепловых электростанций.

Известные двигатели внешнего сгорания, предназначенные для выше указанных целей, это двигатель внешнего сгорания, описанный в журнале №2 “Техника молодежи” за 1996 год, с.2, который является наиболее близким по своей сущности, содержащий корпус, размещенный в нем ротор, совершающий качение, где имеются камеры сжатия и расширения, охладитель, регенератор, нагреватель, соединенные согласно рабочему циклу.

Недостатками вышеуказанного двигателя внешнего сгорания является сложный в целом по устройству и повышенные габариты.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, т.е. резко упростить конструкцию в целом двигателя внешнего сгорания, резко снизить в целом габариты двигателя внешнего сгорания.

Поставленная задача достигается за счет того, что во внутренней полости распределительного кольца с боковой рабочей камерой, последняя постоянно через окна в боковых перегородках сообщается с нагревательной полостью и охлаждающей полостью высокого давления рабочего тела - газа, где по свободной посадке размещен ротор, жестко связанный с валом отбора мощности с четырьмя ступенчатыми лопастями, а между каждыми двумя ступенчатыми лопастями в роторе сделана камера постоянного объема переноса холодного, рабочего тела - газа в нагревательную полость согласно рабочего цикла.

Данная компановка двигателя внешнего сгорания обеспечивает технический и экономический положительный эффект за счет резкого упрощения в целом конструкции двигателя по сравнению с существующими поршневыми аналогами и роторного аналога, описанного в журнале “Техника молодежи”. В новом двигателе внешнего сгорания резко снижается количество деталей, резко также упрощается форма деталей, а также обеспечивается постоянство крутящего момента, что существенно влияет на уменьшение габарита в целом. Учитывая то, что все главные детали имеют строго цилиндрическую форму и малые габариты, это дает возможность делать достаточно высокое давление рабочего тела - газа, что существенно даст возможность меньше расходовать топлива при достаточной мощности в целом. Благодаря своей простоте конструкции, новый двигатель внешнего сгорания легко может конкурировать с существующими двигателями внутреннего сгорания не только экономически, но и самое серьезное на данный момент времени и экологически. Экологичность нового двигателя внешнего сгорания существенно будет намного лучше по тому, что в топливо не будет попадать масло, а также не надо в бензин добавлять антидетонаторы всех видов, что существенно сделает новый двигатель экологичнее.

Описание устройства и работы двигателя внешнего сгорания показана на фиг.1, 2, 3, 4.

На чертежах представлены.

Фиг.1. - Продольный разрез двигателя внешнего сгорания.

Фиг.2. - Разрез А-А двигателя внешнего сгорания.

Фиг.3. - Вид сбоку ротора со ступенчатыми лопастями и боковыми уплотнениями.

Фиг.4 - Разрез В-В ротора в сборе.

Двигатель внешнего сгорания состоит из следующих узлов и деталей, это корпуса 1, где по свободной посадке установлено распределительное кольцо 2, имеющее боковую рабочую камеру 3. Камера 3 постоянно сообщается в верхней части с окном 4, расположенным в перегородке 5, а в нижней части с окном 6 в перегородке 7. Верхнее окно 4 в боковой перегородке 5 постоянно сообщается с полостью 8, заполненной рабочим телом - газом на расчетное давление. Рабочее тело - газ в полости 8 при работе постоянно нагревается через нагреватель 9, жестко связанный с задней крышкой 10. Нижнее окно 6 в перегородке 7 постоянно сообщается с полостью 11, заполненной рабочим телом - газом на расчетное давление. Рабочее тело - газ при работе постоянно охлаждается через охладитель 12. Со стороны нагревательной полости 8 в перегородке 5 имеется теплоизоляция 13, а со стороны охлаждающей полости 11 в перегородке 7 имеется теплоизоляция 14. Охладитель 12 жестко связан с передней крышкой 15. Торцы корпуса 1 и передняя крышка 15 и задняя крышка 10 уплотняются кольцами 16. Передняя крышка 15 и задняя крышка 10 крепятся к корпусу 1 болтами 17. Во внутренней полости распределительного кольца 2 и между перегородками 5 и 7 по свободной посадке размещен ротор 18 с четырьмя ступенчатыми лопастями 19, установленными свободно в пазах последнего. Между каждых двух ступенчатых лопастей 19 в роторе 18 сделаны камеры 20 постоянного объема для переноса охлажденного рабочего тела - газа в нагревательную полость 8. Ротор 18 жестко связан с валом 21 отбора мощности с помощью шпонки 22. С боков ступенчатых лопастей 19 имеются сообщающиеся канавки 23, а рабочий торец имеет радиус для того, чтобы торцевое давление с двух сторон уравновешивалось и таким образом на износ будут влиять только прижимные силы пружин 24 и инерционные силы. Эти силы можно контролировать и таким образом, при хорошей смазке, торцы лопастей 19 могут работать очень долго без износа. Жидкая смазка заливается расчетное количество в полости 8 и 11, что гарантировано обеспечит надежную смазку всем трущимся деталям двигателя внешнего сгорания. Вал 21 отбора мощности опирается на подшипниках 25, размещенных в расточке задней крышки 10 и в расточке передней крышки 15 во втулке 26. На выходном конце вала 21 отбора мощности установлены неподвижно кольцо 27, распорная втулка 28, кольцо 29 с уплотнительным кольцом 30 и закрепленные гайкой 31. В центральной расточке передней крышки 15 неподвижно установлены кольцо 32, распорная втулка 33, кольцо 34 с уплотнительным кольцом 35. Между кольцами 32 и 34 неподвижно установлена уплотнительная манжета 36, крылья которой перекрывают сразу два зазора между вращающимися кольцами 27 и 29 и между неподвижными кольцами 32 и 34, что обеспечит надежное уплотнение в статическом и динамическом состоянии. Манжету 36 необходимо делать из фторопласта, он обладает малым трением и выдерживает высокие температуры до 250°C. Особое внимание необходимо уделить боковому уплотнению ротора 18, где рядом с каждой ступенчатой лопастью 19 выполнен шпоночный глубокий паз, а в пазах размещены по свободной посадке сначала пластинчатые пружины 37 и фторопластовые или из другого материала шпонки 38 по свободной посадке. Боковое уплотнение ступенчатых лопастей 19 делается также как в роторе 19, см. фиг.3 и 4. Таким способом обеспечивается достаточно надежное и долговечное уплотнение. Учитывая то, что будет в наличии хорошая смазка, достаточно малые температуры будут действовать на детали двигателя и еще отсутствие всяких нагаров в масле, то долговечность нового двигателя внешнего сгорания будет намного больше, чем у существующих двигателей внутреннего сгорания.

Работа двигателя внешнего сгорания, см. фиг.1, 2, 3 и 4.

Для нормальной работы двигателя внешнего сгорания необходимо заполнить нагревательную полость 8 и охладительную полость 11 сжатым газом на расчетное давление и в эти же полости залить жидкую смазку расчетное количество, после чего подвести холодную воду или другую жидкость в охладитель 12, обеспечив ее циркуляцию при работе. Затем обеспечить подвод горячей воды или пара в нагреватель 9. В данный момент времени в нагревательной полости 8 рабочее тело - газ быстро нагревается и давление резко возрастает, а в охлаждающей полости 12 рабочее тело - газ охлаждается, в результате резкого повышения давления рабочего тела - газа в рабочей камере 3 распределительного кольца 2, смотрите фиг.2 рабочее тело - газ с большим усилием давит на одну из выдвинутых четырех ступенчатых лопастей 19 в рабочей камере 3 распределительного кольца 2 и таким образом заставляет повернуться ротор 18 на угол 90° и больше, а затем выдвигается вторая последующая ступенчатая лопасть 19 совместно с камерой 20 в роторе 18, где имеется охлажденное рабочее тело - газ. В данный момент времени охлажденный газ быстро нагревается в нагревательной полости 8 через окно 4 в перегородке 5 и расширяясь давит на вторую ступенчатую лопасть 19, заставляя еще повернуться ротор 18 на 90° и больше, а первая лопасть в данный момент плавно перед собой сжимает расчетную порцию рабочего тела - газа и через окно 6 в перегородке 7 соединяет с охладительной полостью 11, где рабочее тело - газ быстро охлаждается в камере 20 и опять охлажденным возвращается в нагревательную полость 8, таким образом циклы один за другим повторяются попеременно, что заставляет вращаться ротор 18 с большой скоростью за счет перепада давления в нагревательной полости 8 и охладительной полости 11. Величина перепада давления зависит от разности перепада температуры в нагревательной полости 8 и охладительной полости 11.

Исходя из вышеизложенного необходимо систему охлаждения делать более совершенной, от этого зависит мощность двигателя и его экономичность. Необходимо также объем рабочего тела - газа в охладительной полости 11 делать как можно больше, чем в нагревательной полости 8, тем лучше и быстрее будет охлаждаться последующая порция рабочего тела - газа и при сжатии газа передней лопастью 19 меньше будет оказывать рабочее сопротивление, а это позволит с меньшей температурой перепада получать больший крутящий момент на валу 21 отбора мощности. Данный способ нагрева рабочего тела - газа приемлем для энергетики, а для транспортных средств способ нагрева должен быть по принципу пропускание горячего газа через нагреватель 9.

Топливо желательно сжигать по принципу как у реактивных самолетов, а газы пропускать через нагреватель 9, что сделать не сложно. Практически можно нагревать по принципу паяльной лампы, пропуская много воздуха, чтобы топливо сгорало полностью. В результате предложенных усовершенствований новый двигатель внешнего сгорания найдет широкое применение и в энергетике и на транспортных средствах.

Формула изобретения

Двигатель внешнего сгорания, содержащий корпус с закрепленными с ним передней и задней крышками, размещенный в корпусе ротор с лопастями, при этом рабочие полости высокого давления рабочего тела (газа) постоянно связаны с камерами сжатия и расширения, соединенными согласно рабочему циклу с охладителем и нагревателем, отличающийся тем, что ротор размещен между боковыми перегородками, в которых выполнены окна, одно из которых постоянно сообщается с нагревательной полостью, а другое постоянно сообщается с охладительной полостью, между ступенчатыми лопастями ротора выполнены камеры постоянного объема для переноса рабочего тела, при этом нагреватель связан с задней крышкой корпуса, а охладитель - с передней.

РИСУНКИ