Двигатель
Двигатель предназначен для использования в энергетике. Двигатель содержит, по крайней мере, один полый элемент, установленный с возможностью изменения своих геометрических размеров, подвижный элемент, установленный с возможностью движения при изменении размеров полого элемента, систему подачи рабочего тела, сообщенную с полым элементом, и выпускной клапан; полый элемент или его часть выполнен в виде трубчатой конструкции, взаимодействующей с подвижным элементом, и изготовлен из металла или сплава, выпускной клапан выполнен нажимным, срабатывающим от нажатия при изменении размеров полого элемента, и установлен в корпусе, подвижном элементе, полом элементе или в системе подачи рабочего тела; выпускной клапан имеет нажимную поверхность для закрытия при уменьшении размеров полого элемента или при снижении давления внутри него; имеется, по крайней мере, один упругий элемент, работающий на открытие клапана, и, по крайней мере, еще один упругий элемент для плотного закрытия клапана; при этом клапан изготовлен как неразъемная деталь или как узел из нескольких деталей. Изобретение обеспечивает повышение КПД и мощности, бесшумность, снижение вибраций, малый вес и низкую себестоимость. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Двигатель предназначен для использования в энергетике, а именно к машинам для преобразования энергии рабочего тела (газ, пар, жидкость) в механическую работу.
Наиболее близким к изобретению является двигатель, содержащий корпус, по крайней мере один полый элемент, установленный в корпусе с возможностью изменения своих геометрических размеров в зависимости от давления поступающего в его полость рабочего тела, подвижный элемент, установленный в корпусе с возможностью движения при изменении геометрических размеров полого элемента, систему подачи рабочего тела, герметично соединенную трубопроводом с внутренней полостью полого элемента, и выпускной клапан, при этом полый элемент или его часть выполнен в виде трубчатой конструкции с возможностью взаимодействия с подвижным элементом, жестко связан с последним и изготовлен из металла или металлического сплава, а выпускной клапан выполнен нажимным с возможностью срабатывания от нажатия при изменении геометрических размеров полого элемента и установлен в корпусе, подвижном элементе, полом элементе или в системе подачи рабочего тела (RU 2004109525 А, МПК F01B 29/08, опубликована 20.09.2005).
Недостатком этого двигателя являются низкие мощность и КПД из-за небольшой величины рабочего хода подвижного элемента, т.к. при открытии клапана подвижный элемент не успевает вернуться в исходное положение вследствие быстрого закрытия клапана.
Задачей изобретения является повышение КПД и мощности за счет увеличения рабочего хода подвижного элемента.
Поставленная задача решается за счет того, что в двигателе, содержащем корпус, по крайней мере один полый элемент, установленный в корпусе с возможностью изменения своих геометрических размеров в зависимости от давления поступающего в его полость рабочего тела, подвижный элемент, установленный в корпусе с возможностью движения при изменении геометрических размеров полого элемента, систему подачи рабочего тела, герметично соединенную трубопроводом с внутренней полостью полого элемента, и выпускной клапан, при этом полый элемент или его часть выполнен в виде трубчатой конструкции с возможностью взаимодействия с подвижным элементом, жестко связан с последним и изготовлен из металла или металлического сплава, а выпускной клапан выполнен нажимным с возможностью срабатывания от нажатия при изменении геометрических размеров полого элемента и установлен в корпусе, подвижном элементе, полом элементе или в системе подачи рабочего тела, выпускной клапан имеет нажимную поверхность для его закрытия при уменьшении геометрических размеров полого элемента или при снижении давления внутри полого элемента; а также имеется, по крайней мере, один упругий элемент, постоянно работающий на открытие клапана, и, по крайней мере, еще один упругий элемент для максимально плотного закрытия клапана и его поджатия к посадочной поверхности, при этом клапан изготовлен как неразъемная деталь или как узел, состоящий из нескольких деталей.
Причем полый элемент частично или полностью может быть выполнен в виде гофрированной трубчатой конструкции или гофрированной изогнутой трубки или в виде гофрированной трубчатой спирали, змеевика или пружины.
При этом упругий элемент для максимально плотного закрытия клапана может быть расположен между нажимной поверхностью для закрытия клапана и корпусом двигателя или может быть расположен между нажимной поверхностью для закрытия клапана и нажимной поверхностью для открытия клапана.
Изобретение поясняется чертежом, схематично изображающим продольный разрез двигателя.
Двигатель содержит корпус 1, установленный в нем полый элемент 2, выполненный из металла в виде трубчатой гофрированной конструкции (гофрированной пружины) и сообщенный трубопроводом 5 с системой подачи рабочего тела (условно не показана). В корпусе 1 с возможностью движения и взаимодействия с полым элементом 2 установлен подвижный элемент 11, выполненный в виде поршня с шатуном 10. Корпус 1 может быть выполнен в виде цилиндра, имеет монтажную крышку 13, отверстие 4 для подключения к трубопроводу 5 подачи рабочего тела и отверстие 12 для выпуска рабочего тела.
Выпускной клапан 6 имеет нажимную поверхность 8 для его открытия, а также нажимную поверхность 3 для его закрытия. Имеется также упругий элемент 7, постоянно работающий на открытие клапана, и упругий элемент 9 для максимально плотного закрытия клапана, его поджатия к посадочной поверхности при закрытии.
Двигатель работает следующим образом.
Из системы подачи рабочего тела (паровой котел, камера сгорания) через трубопровод 5 рабочее тело поступает в полый элемент 2.
Под действием рабочего тела полый элемент увеличивает свои размеры - пружина 2 расширяется. При этом подвижный элемент - поршень 11 - начинает перемещаться, т.к. он жестко связан с полым элементом 2, т.е. поршень 11 перемещается вверх вместе с шатуном 10, тем самым совершая полезную работу. Упругий элемент 7 работает на открытие клапана 6, но клапан не открывается, т.к. давление рабочего тела внутри полого элемента 2 удерживает клапан 6 в закрытом положении. Перемещение подвижного элемента - поршня 11 - вверх происходит до тех пор, пока нажимная поверхность 8 клапана 6 не дойдет до стенки корпуса 1. В этот момент происходит срабатывание (открытие) клапана 6 от нажатия, после чего давление в полом элементе 2 падает, за счет упругой деформации полый элемент 2 вместе с подвижным элементом 11 совершает обратное движение, а клапан 6 при этом остается открытым за счет воздействия упругого элемента (пружины) 7. В определенный момент, при возвращении подвижного элемента 11 в исходное положение, нажимная поверхность 3 (для закрытия клапана) упирается в поверхность корпуса 1, при этом подвижный элемент 11, продолжая движение вниз, закрывает клапан 6, преодолевая сопротивление упругого элемента - пружины 7, т.к. сила упругой деформации полого элемента 2 намного больше, чем сила упругого элемента 7. В конструкции двигателя имеется упругий элемент 9, который предназначен для плавного, безударного, максимально плотного закрытия клапана 6 при его возвращении в исходное положение. Упругий элемент может размещаться между нажимной поверхностью для закрытия клапана и корпусом двигателя, а также между нажимными поверхностями (для открытия и закрытия) клапана 6. Упругие элементы выполнены с возможностью регулировки жесткости и размеров. После закрытия клапана 6 давление внутри полого элемента 2 начинает повышаться и цикл повторяется.
Двигатель на входе имеет отверстие для подачи рабочего тела, а на выходе - элемент, совершающий силовые движения (шатун), которые могут передаваться через различные механизмы для совершения полезной работы.
Двигатель обеспечивает повышение КПД и мощности за счет увеличения рабочего хода подвижного элемента и практически не требует смазки и охлаждения. Кроме того, существенными достоинствами являются бесшумность, отсутствие вибрации, малый вес и низкая себестоимость.
1. Двигатель, содержащий корпус, по крайней мере один полый элемент, установленный в корпусе с возможностью изменения своих геометрических размеров в зависимости от давления поступающего в его полость рабочего тела, подвижный элемент, установленный в корпусе с возможностью движения при изменении геометрических размеров полого элемента, систему подачи рабочего тела, герметично соединенную трубопроводом с внутренней полостью полого элемента, и выпускной клапан, при этом полый элемент или его часть выполнен в виде трубчатой конструкции с возможностью взаимодействия с подвижным элементом, жестко связан с последним и изготовлен из металла или металлического сплава, а выпускной клапан выполнен нажимным с возможностью срабатывания от нажатия при изменении геометрических размеров полого элемента и установлен в корпусе, подвижном элементе, полом элементе или в системе подачи рабочего тела, отличающийся тем, что выпускной клапан имеет нажимную поверхность для его закрытия при уменьшении геометрических размеров полого элемента или при снижении давления внутри полого элемента, а также имеется, по крайней мере, один упругий элемент, постоянно работающий на открытие клапана, и, по крайней мере, еще один упругий элемент для максимально плотного закрытия клапана и его поджатия к посадочной поверхности, при этом клапан изготовлен как неразъемная деталь или как узел, состоящий из нескольких деталей.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что полый элемент частично или полностью выполнен в виде гофрированной трубчатой конструкции или гофрированной изогнутой трубки.
3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что полый элемент выполнен в виде гофрированной трубчатой спирали, змеевика или пружины.
4. Двигатель по любому из пп.1 или 2 или 3, отличающийся тем, что упругий элемент для максимально плотного закрытия клапана расположен между нажимной поверхностью для закрытия клапана и корпусом двигателя.
5. Двигатель по любому из пп.1 или 2 или 3, отличающиеся тем, что упругий элемент для максимально плотного закрытия клапана расположен между нажимной поверхностью для закрытия клапана и нажимной поверхностью для открытия клапана.
