Двигатель наземного транспортного средства

Изобретение относится к энергетике и касается создания паросилового двигателя для наземных транспортных средств. Двигатель наземного транспортного средства имеет паровой котел, выход по пару которого соединен с входом турбины, вал которой соединен с валом наземного транспортного средства. Турбина содержит, по меньшей мере, два патрубка подвода пара, оси которых не совпадают с радиусом ротора турбины, и один патрубок отвода пара. На поверхности ротора турбины выполнено, по меньшей мере, три углубления, для подачи в них пара для вращения ротора турбины, оси которых параллельны осям патрубков подвода пара, а дно имеет сферическую форму. Двигатель дополнительно может иметь питающую емкость для воды, подключенную посредством крана к паровому котлу. Патрубок отвода пара может быть подключен к входу конденсатора пара. Выход конденсатора пара может быть подключен к входу емкости для воды или паровому котлу. Изобретение позволяет повысить экономичность использования наземных транспортных средств. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области энергетических установок для наземных транспортных средств, содержащих паровые силовые установки, и может быть использовано в качестве двигателей наземных транспортных средств, как рельсовых, так и безрельсовых.

Известна (RU, патент 2029880) силовая установка транспортного средства, содержащая поршневой двигатель, снабженный, по меньшей мере, одним цилиндром с крышкой и рубашкой охлаждения, впускной магистралью и выпускной трубой, механизмом газораспределения, парогенератор, размещенный в выпускной трубе, турбину, связанную с парогенератором, турбокомпрессор, турбина которого подключена к выпускной трубе, и электрогенератор, кинематически связанный с валом поршневого двигателя. Кроме того, установка дополнительно содержит циклонный сепаратор, снабженный шибером и сеткой, трансформатор теплоты, конденсатор, редуктор, узел нагрева и очистки питательной воды, датчик температуры питательной воды, регулятор питательной воды, распределитель нагрузки, распылитель воды, регулятор время - сечение и теплообменники, причем циклонный сепаратор и трансформатор теплоты последовательно включены в выпускную магистраль перед турбиной по ходу движения газов, выход последней подключен к турбине турбокомпрессора через конденсатор, редуктор кинематически связан с турбокомпрессором и электрически с электрогенератором, а узел нагрева и очистки питательной воды через датчик температуры и регулятор питательной воды подключен к парогенератору.

Недостатком известного технического решения следует признать сложность конструкции.

Известна (RU, патент 2054563) конструкция парогазового двигателя, содержащая прямоточный парогенератор, камеру смешения продуктов сгорания с водяным паром, на выходе которой установлен направляющий сопловой аппарат, одновенечную активную турбину с утилизатором теплоты выхлопа, соединенные с валом турбины через редукторы потребитель, например гребной винт, и водяной насос, выход которого соединен с парогенератором, средства для подачи топлива и окислителя. Парогенератор выполнен в виде жаровой трубы, сужающейся по ходу движения продуктов сгорания, с плотно прилегающей к ее наружной поверхности трубкой, навитой в виде спирали, выход которой соединен с активным соплом камеры смешения, при этом направляющий аппарат расположен на выходе дополнительно установленного сопла Лаваля, вход которого соосно с активным соплом совмещен в камере смешения, лопатки турбины центростремительного типа жестко соединены с теплопроводным диском, при этом средство для подачи окислителя выполнено в виде центробежного компрессора, лопатки которого закреплены на обратной стороне диска.

Недостатком известного технического решения следует признать сложность конструкции.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения можно признать (US, патент 4624110) двигатель транспортного средства, содержащий емкость для питательной воды с температурой до 100°С и паровой котел, причем выход по пару парового котла соединен с паровой турбиной, которая через редуктор непосредственно соединена с валом транспортного средства или с электрогенератором, расположенным на транспортном средстве, вырабатываемая которым электроэнергия может питать электродвигатели транспортного средства.

Недостатком известного технического решения можно признать его низкую эффективность.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого технического решения, состоит в разработке двигателя новой конструкции.

Технический результат, получаемый при реализации предложенной конструкции, состоит в повышении экономичности использования транспортных средств.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать двигатель наземного транспортного средства, содержащий паровой котел, выход по пару которого соединен с входом турбины, вал которой соединен с двигательной частью автомобиля, причем турбина содержит, по меньшей мере, два патрубка подвода пара, оси которых не совпадают с радиусом ротора турбины, и один патрубок отвода пара, при этом, по меньшей мере, расстояние между одной из пар патрубков отлично от расстояний между другими парами патрубков, а на поверхности ротора турбины в плоскости подвода патрубков выполнено, по меньшей мере, три углубления, оси которых параллельны осям патрубков подвода пара, а дно имеет сферическую форму, при этом, по меньшей мере, расстояние между одной из пар соседних углублений отлично от расстояний между другими парами соседних углублений. Двигатель может дополнительно содержать питающую емкость для воды, подключенную посредством крана или клапана к паровому котлу. Для сохранения объема воды в двигателе предпочтительно, чтобы патрубок отвода пара был подключен к входу конденсатора пара и, в этом случае, выход конденсатора пара желательно подключать к входу емкости для воды или паровому котлу. На выходе парового котла может быть установлен распределитель потока пара, обеспечивающий раздельную подачу пара в патрубки подвода пара к турбине.

Углубления в поверхности ротора турбины выполняют функцию лопаток, обеспечивающих вращение ротора турбины при попадании на него пара.

Использование углублений указанной формы обусловлено невозможностью обеспечения попадания всего количества пара на лопатку турбины из-за отсутствия возможности герметичного размещения лопаток в кожухе турбины. Определенная часть пара будет проходить мимо лопаток не совершая полезной работы. В случае использования углублений порция пара, вышедшая из патрубка подачи, практически полностью совершает работу по перемещению ротора турбины на оси. Поскольку ось ротора турбины жестко соединена с валом наземного транспортного средства, то вращение ротора передается на вал транспортного средства. В случае использования распределителя потоков пара возможно рассчитать подачу пара в турбину таким образом, что порция пара будет выходить из патрубка подачи только в тот момент, когда против него будет расположено очередное углубление в поверхности ротора.

Количество патрубков ввода пара в паровую турбину зависит от диаметра турбины. Необходимым условием размещения патрубков является непопадание пара из одного патрубка одновременно в два углубления на поверхности ротора турбины. Аналогично количество углублений на поверхности ротора определяется его размерами, а также выше указанным условием.

Паровой котел может работать на любом виде топлива, способным устойчиво нагревать воду до температуры кипения. Также двигатель может дополнительно содержать средства, увеличивающие температуру пара.

В дальнейшем особенности и преимущества предлагаемого двигателя будут рассмотрены на примере использования его в легковом автомобиле.

В комплект двигателя, используемого в легковом автомобиле типа «ВА3-21099», входит паровой котел емкостью 4 дм³, нагреваемый горелкой, работающей на отработанном смазочном масле, на выходе по пару парового котла установлен многоходовой кран-распределитель потоков пара, к выходам которого подсоединены 3 трубопровода, выполненных из латуни, заканчивающихся патрубками ввода пара в кожух паровой турбины. Паровая турбина содержит ротор диаметром 0,15 м, на поверхности которого расположено 4 углубления, имеющих каплевидную форму. Патрубки ввода наклонены относительно направления радиуса ротора турбины под углом 65°. Под этим же углом направлены продольные оси углублений в поверхности ротора турбины. Патрубок отвода пара ориентирован практически по радиусу ротора паровой турбины. Выход патрубка отвода отработанного пара посредством латунного трубопровода подключен к конденсатору пара. Выход конденсатора посредством дюритового шланга подключен к паровому котлу. Дополнительно вход по воде парового котла подключен дюритовым шлангом к бачку омывателя стекол. Емкость с отработанным маслом размещена под капотом автомобиля и соединена с горелкой парового котла посредством дюритового шланга. Между выходом парового котла по пару и краном-распределителем может быть установлено любое средство повышения температуры пара.

При приведении автомобиля в движение многоходовой кран посредством электрического привода приводят в движение, последовательно подавая пар в патрубки подвода пара, а затем на каплевидные углубления в поверхности ротора. Под действием пара ротор начинает вращаться с частотой до 3000 об/мин, передавая движение ротора на вал, расположенный в коробке передач. Автомобиль приходит в движение.

Использование двигателя предложенной конструкции позволяет повысить экономичность использования транспортных средств за счет сокращения расходов на топливо, а также техническое обслуживание двигателя.

1. Двигатель наземного транспортного средства, содержащий паровой котел, выход по пару которого соединен с входом турбины, вал которой соединен с валом наземного транспортного средства, отличающийся тем, что турбина содержит по меньшей мере два патрубка подвода пара, оси которых не совпадают с радиусом ротора турбины, и один патрубок отвода пара, а на поверхности ротора турбины выполнено по меньшей мере три углубления для подачи в них пара для вращения ротора турбины, оси которых параллельны осям патрубков подвода пара, а дно имеет сферическую форму.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит питающую емкость для воды, подключенную посредством крана к паровому котлу.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что патрубок отвода пара подключен к входу конденсатора пара.

4. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что выход конденсатора пара подключен к входу емкости для воды или паровому котлу.