Роторный двигатель внешнего сгорания

Авторы патента:

F02G1/00 - Силовые установки и двигатели объемного вытеснения, работающие на горячих газах (силовые установки с двигателями объемного вытеснения с генерированием рабочего газа путем сгорания топлива в установке F02G 3/00)

Владельцы патента RU 2764822:

Латыпов Равиль Ахатович (RU)

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внешнего сгорания содержит статор (1), установленный в нем с образованием холодной (2) и горячей (3) рабочих камер ротор (4). Холодная камера (2) снабжена впускными отверстиями (5), сообщенными с впускными трубопроводами, а также выпускными отверстиями (6), сообщенными с впускными отверстиями (7) горячей камеры (3) посредством перепускных трубопроводов (8). Горячая камера (3) снабжена выпускными отверстиями (9), сообщенными с выпускными трубопроводами (10). Выпускные (10) и перепускные (8) трубопроводы расположены в рекуперативном теплообменнике (11). Двигатель содержит связанный с рабочими валами ротора (4) золотниковый цилиндрический орган (12) с газораспределительным валом (15), в котором выполнены сквозные радиальные перепускные (13) и выпускные (14) отверстия с возможностью сообщения перепускных трубопроводов (8) с впускными каналами горячей камеры (3) и ее сообщения с выпускными трубопроводами (10) посредством выпускных каналов. Золотниковый орган (12) установлен с возможностью сообщения камер (2, 3) и трубопроводов. Перед входом в горячую камеру (3) установлены самодействующие клапаны (18). Технический результат заключается в уменьшении потерь заряда при осуществлении процессов газораспределения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно, к роторным двигателям с внешним подводом тепла, работающим как по замкнутому циклу, так и по незамкнутому.

Известен роторный двигатель с внешним подводом тепла, содержащий статор, установленный в нем с образованием холодной и горячей рабочих камер переменного объема профилированный трехгранный ротор, при этом холодная камера снабжена впускными отверстиями, сообщенными с впускными трубопроводами, а также выпускными отверстиями, которые сообщены с впускными отверстиями горячей камеры посредством перепускных трубопроводов, горячая камера снабжена также выпускными отверстиями, сообщенными с выпускными трубопроводами, причем выпускные и перепускные трубопроводы расположены в теплообменнике с возможностью передачи тепла от нагретых выпускных трубопроводов к перепускным трубопроводам (RU 2319848C1, опуб., 20.03.2008).

Недостатками известного двигателя являются значительные потери заряда в связи с закрытием и открытием впускных и выпускных отверстий только поверхностью ротора, при этом отсутствует возможность регулирования фаз газораспределения для оптимизации работы двигателя на различных скоростных режимах.

Технической проблемой является устранение отмеченных недостатков.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении эффективности работы двигателя за счет уменьшения потерь заряда при осуществлении процессов газораспределения по термодинамическому циклу Эриксона.

Проблема решается, а технический результат достигается тем, что роторный двигатель внешнего сгорания, содержит статор, установленный в нем с образованием холодной и горячей рабочих камер переменного объема профилированный (трех-, пяти-, семигранный и т.д.) ротор, имеющий в сечении постоянный диаметр, т.е. длину наибольшей хорды в различных положениях ротора при его движении на двух опорных рабочих валах двигателя, при этом холодная камера снабжена впускными отверстиями, сообщенными с впускными трубопроводами, а также выпускными отверстиями, которые сообщены с впускными отверстиями горячей камеры посредством перепускных трубопроводов, горячая камера снабжена также выпускными отверстиями, сообщенными с выпускными трубопроводами, причем выпускные и перепускные трубопроводы расположены в рекуперативном теплообменнике с возможностью передачи тепла от нагретых выпускных трубопроводов очередной порции рабочего тела в перепускных трубопроводах, при этом, согласно изобретению, двигатель содержит связанный кинематически с рабочими валами ротора золотниковый цилиндрический орган, содержащий вал газораспределения, в котором выполнены сквозные радиальные перепускные и выпускные отверстия с возможностью сообщения перепускных трубопроводов с впускными отверстиями горячей камеры посредством перепускных каналов, а также сообщения горячей камеры с выпускными трубопроводами посредством выпускных каналов, при этом золотниковый орган установлен с возможностью сообщения отверстий и трубопроводов при его повороте, синхронизированном с поворотом рабочих валов ротора, в соответствующем угловом положении ротора относительно статора, причем перед входом в горячую камеру установлены самодействующие клапаны с возможностью предотвращения перепуска заряда из горячей камеры в перепускной трубопровод. Золотниковый орган может быть расположен в районе горячей полости двигателя. Газораспределительный вал золотникового органа и опорные рабочие валы ротора расположены параллельно. Вал золотникового органа связан с валами ротора с возможностью изменения своего углового положения относительно углового положения вала ротора в зависимости от режима работы двигателя. Самодействующие клапаны могут быть установлены непосредственно в газораспределительном вале золотникового органа или в перепускном трубопроводе перед золотниковым органом.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг. 1 показано взаимное расположение золотникового органа и статора на поперечном разрезе двигателя;

На фиг. 2 то же на продольном разрезе двигателя в окончании такта выпуска отработавшего рабочего тела из горячей полости в выпускной трубопровод теплообменника;

На фиг. 3 показан золотниковый орган в различных угловых положениях;

На фиг. 4 - поперечный разрез золотникового органа.

Роторный двигатель внешнего сгорания содержит статор 1, движущийся в нем на колесах-роликах 16 двух рабочих валов 17 с образованием холодной 2 и горячей 3 рабочих камер переменного объема ротор 4 постоянного диаметра. Холодная камера 2 снабжена впускными отверстиями 5, сообщенными с впускными трубопроводами, а также выпускными отверстиями 6, которые сообщены с впускными отверстиями 7 горячей камеры 3 посредством перепускных трубопроводов 8. Горячая камера 3 снабжена также выпускными отверстиями 9, сообщенными с выпускными трубопроводами 10, причем выпускные трубопроводы 10 охватывают перепускные трубопроводы 8 и расположены в рекуперативном теплообменнике 11 типа «труба в трубе» с возможностью передачи тепла от нагретых выпускных трубопроводов 10 к перепускным трубопроводам 8. Двигатель содержит также связанный кинематически с рабочими валами ротора 4 золотниковый цилиндрический орган 12 газораспределительным валом 15. В золотниковом органе 12 выполнены сквозные радиальные перепускные 13 и выпускные отверстия 14 заданного количества и размера с возможностью сообщения перепускных трубопроводов 8 с впускными отверстиями 7 горячей камеры 3 посредством перепускных каналов 13, а также сообщения горячей камеры 3 с выпускными трубопроводами 10 посредством выпускных каналов 14. Золотниковый орган 12 установлен с возможностью сообщения камер 2 и 3 между собой, а также их сообщения с трубопроводами при повороте газораспределительного вала 15, синхронизированном с поворотом рабочих валов 17 двигателя, в соответствующем угловом положении ротора 4 относительно статора 1. Перед входом в горячую камеру 3 установлены самодействующие клапаны 18 с возможностью предотвращения перепуска заряда из горячей камеры 3 в перепускной трубопровод 8. Золотниковый орган 12 в предпочтительном выполнении расположен в районе горячей полости 3. Валы золотникового органа 12 и ротора 4 расположены параллельно.

Газораспределительный вал 15 золотникового органа 12 связан с рабочими валами 17 ротора 4 с возможностью изменения своего углового положения относительно углового положения вала ротора 4 посредством управляющего механизма 19 (устройство на чертежах не показано) в зависимости от режима работы двигателя.

Самодействующие клапаны 18 могут быть установлены в перепускном трубопроводе 8 непосредственно перед золотниковым органом 12 или во впускных отверстиях 13 (каналах) его газораспределительного вала.

Описываемый двигатель работает следующим образом. В начальном состоянии ротор 4 находится в крайнем левом положении и определенное количество рабочего тела (воздух гелий, водород и т.п) находится в перепускном канале 8 теплообменнике 11 рекуперативного типа (устройство на чертежах не показано) под определенным давлением, превышающем давление рабочего тела в холодной полости 2, а внешняя поверхность горячей полости 3 двигателя накалена докрасна внешним источником тепла, например, газовой или бензиновой горелкой. В крайнем левом положении ротора 4, который вращается по часовой стрелке на колесах-роликах 16 рабочих валов 17 с шестернями, которые находится в постоянном зубчатом соединении с зубчатым венцом ротора 4, газораспределительный вал 15 золотникового органа 12 проворачивается управляемым приводом 19 (его устройство на чертежах не показано) в положение впуска рабочего тела из перепускного трубопровода 8 теплообменника 11 в горячую полость 3 двигателя. Попадая на раскаленную внутреннюю поверхность горячей полости 3 двигателя, рабочее тело расширяясь повышает свое давление, которое обеспечивает автоматическое перекрытие впускного канала самодействующими клапанами 18 после превышения давления в перепускном трубопроводе 8 теплообменника 11. Далее продолжается рабочий такт двигателя, т.е. передается крутящий момент на рабочие валы с маховиками (на чертежах не показаны) и одновременно сжимается очередная порция рабочего тела в холодной полости 2, которая поступает под давлением в перепускной трубопровод 8 теплообменника 11. В крайнем правом положении ротора 4 газораспределительный вал 15 золотникового органа 12 проворачивается, закрывает впускные отверстия 7 горячей камеры 3 и открывает выпускные отверстия 9, через которые при движении ротора 4 в крайнее левое положение обеспечивается выпуск нагретого, отработавшего рабочего тела в выпускной трубопровод 10 через теплообменник 11 и передача остаточного тепла отработавшего рабочего тела очередной порции рабочего тела, находящемуся в перепускном трубопроводе рабочему телу, повышая его давление и КПД двигателя (фиг. 1 и 2). В крайнем левом положении ротора 4 вал 15 золотникового органа 12 проворачивается управляющим механизмом 19, перекрывает выпускное отверстие 9 горячей камеры 3 и открывает впускные отверстия 7. Цикл повторяется. В зависимости от режима работы двигателя во время рабочего хода предусматривается возможность одновременного перекрытия золотниковым органом 12 и впускного и выпускного отверстий за счет подбора их количества, диаметров, профиля и относительного угла между осями отверстий (фиг. 3 и 4).

Таким образом, использование отдельного золотникового органа 12 с общим валом газораспределения 15 позволяет упростить конструкцию двигателя внешнего сгорания и обеспечить выбор оптимальных фаз впуска и выпуска рабочего тела из горячей полости, в том числе и за счет использования возможности изменения углового положения золотникового органа 12 относительно ротора 4, что снижает потери заряда и значительно повышает эффективность работы двигателя, работающего по термодинамическому циклу Эриксона.

1. Роторный двигатель внешнего сгорания, содержащий статор, установленный в нем с образованием холодной и горячей рабочих камер переменного объема профилированный ротор постоянного диаметра, при этом холодная камера снабжена впускными отверстиями, сообщенными с впускными трубопроводами, а также выпускными отверстиями, которые сообщены с впускными отверстиями горячей камеры посредством перепускных трубопроводов, горячая камера снабжена также выпускными отверстиями, сообщенными с выпускными трубопроводами, причем выпускные и перепускные трубопроводы расположены в рекуперативном теплообменнике с возможностью передачи тепла от нагретых выпускных трубопроводов к перепускным трубопроводам, отличающийся тем, что он содержит связанный кинематически с рабочими валами ротора золотниковый цилиндрический орган с газораспределительным валом, в котором выполнены сквозные радиальные перепускные и выпускные отверстия с возможностью сообщения перепускных трубопроводов с впускными каналами горячей камеры, а также сообщения горячей камеры с выпускными трубопроводами посредством выпускных каналов, при этом золотниковый орган установлен с возможностью сообщения камер и трубопроводов при повороте его газораспределительного вала, синхронизированном с поворотом рабочих валов ротора, в соответствующем угловом положении ротора относительно статора, причем перед входом в горячую камеру установлены самодействующие клапаны с возможностью предотвращения перепуска заряда из горячей камеры в перепускной трубопровод рекуперативного теплообменника.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что золотниковый орган расположен в районе горячей полости, а газораспределительный вал золотникового органа и опорные рабочие валы ротора расположены параллельно.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что газораспределительный вал золотникового органа связан с рабочими валами двигателя с возможностью изменения своего углового положения относительно углового положения ротора в зависимости от режима работы двигателя.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что самодействующие клапаны установлены в перепускном трубопроводе перед золотниковым органом или непосредственно в газораспределительном вале золотникового органа.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к устройству теплового блока двигателей, работающих по циклу Стирлинга. Предложен тепловой блок двигателя Стирлинга, содержащий цилиндр вытеснителя 1 с установленным в нем поршнем-вытеснителем 2, нагреватель 3, регенератор 4 и охладитель 5.

Система для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания // 2755072

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено одновременно для получения тепловой и электрической энергии. Предложена система для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания, состоящая из котла 1 и двигателя внешнего сгорания 3, кинематически соединенного с электрогенератором 8.

Охладитель свободнопоршневого двигателя стирлинга с линейным генератором // 2754571

Изобретение относится к энергомашиностроению и может применяться в двигателях Стирлинга с линейным генератором, содержащих охладитель. Совокупностью существенных признаков охладителя свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором 1 являются корпус 2, концентрично расположенный на наружной поверхности цилиндра 3 двигателя с выполненными в корпусе каналами, сообщенными с регенеративным теплообменником 22, и рубашку охлаждения 4, охватывающую корпус.

Охладитель свободнопоршневого двигателя стирлинга с линейным генератором // 2754571

Двухтактный гибридный двигатель с преобразованием в работу отходящей теплоты двс и дожиганием выхлопных газов (варианты) // 2745467

Группа изобретений относится к области энергетики - гибридным поршневым двигателям внутреннего сгорания и двигателям с внешним подводом теплоты. Техническим результатом являются увеличение удельной мощности двигателя, повышение КПД, надежности и моторесурса, а также улучшение экологических параметров.

Двигатель стирлинга с регулируемой выходной мощностью // 2741168

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к тепловым двигателям внешнего сгорания, работающим по циклу Стирлинга на твердом, жидком, газообразном топливе или другом источнике тепла. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении эксплуатационно-технических, экономических и экологических характеристик.

Роторная машина силовой установки с внешним подводом теплоты (варианты) // 2731466

Группа изобретений относится к тепловым двигателям роторного типа. Техническим результатом является повышение удельных показателей двигателей, использующих доступный газ, к примеру, азот (воздух), до уровня двигателей с использованием гелия и водорода.

Способ получения искусственной газовой смеси для энергетической установки, работающей в режиме рециркуляции отработанных газов // 2730270

Изобретение относится к области анаэробной энергетики и может быть использовано в воздухонезависимых энергоустановках с тепловыми двигателями и особенно в судовых энергетических установках подводных аппаратов, работающих без доступа атмосферного воздуха. Изобретение позволяет упростить технологический процесс, повысить надежность и эффективность получения искусственной газовой смеси криогенного цикла сжижения CO2 для воздухонезависимых энергетических установок, работающих в широком диапазоне нагрузок, что достигается за счет того, что в начале весь расход циркуляционного потока жидкой CO2 охлаждают до 218÷220К в процессе теплообмена с потоком жидкого O2 за счет испарения части жидкого O2, при этом расход жидкого O2 соответствует расходу для получения оптимального состава искусственной газовой смеси, требующейся для работы энергетической установки, после чего в процессе теплообмена с осушенным потоком газовой смеси поток жидкой CO2 нагревают до 237÷238К и вновь охлаждают до температуры 220÷222К за счет полного испарения жидкого O2 и теплообмена с газифицированным O2, который нагревают до 235÷236К, а осушенный поток газовой смеси охлажденный до 220÷222К в процессе теплообмена с жидкой CO2 при давлении 1,6÷2,0 МПа разделяют на жидкую CO2 и несконденсированную газовую смесь O2 и CO2, при этом поток несконденсированной газовой смеси эжектируют и за счет эжекции смешивают с потоком газифицированного O2, после чего обогащенный O2 обратный поток направляют для теплообмена в первую ступень, где нагревают до температуры 305÷310К и соединяют с неочищенной частью рециркуляционного потока, и полученную искусственную газовую смесь направляют в энергетическую установку.

Тепловой поршневой двигатель замкнутого цикла // 2718089

Изобретение относится к тепловым двигателям. Техническим результатом является повышение КПД двигателя.

Двухтактный двс с аэродинамическим клапаном в поршне и преобразованием теплоты отходящих газов (варианты) // 2706091

Группа изобретений относится к гибридным тепловым двигателям внутреннего сгорания и с внешним подводом теплоты. Техническим результатом являются увеличение приемистости и удельной мощности двигателя, повышение КПД, надежности и моторесурса.

Система пневмодвигателя и способ ее работы // 2757620

Техническое решение относится к области машиностроения, в частности к пневмодвигателям, работающим от сжатого воздуха. Система имеет пневмодвигатель 1 с цилиндро-поршневой группой, а также головку блока цилиндра с системой впускного 2 и выпускного 3 коллектора с клапанным механизмом, воздушный компрессор 7 соединен через трубопровод 9 с ресивером 8, который через распределительный кран 10 соединен через первый трубопровод 11 с пневмодвигателем 1 и через второй трубопровод 12 с камерой 13.1 нагреваемой среды радиатора 13, которая на выходе через впускной коллектор 2 соединена с пневмодвигателем 1, соединенным через выпускной коллектор 3 с камерой 13.2 нагревающей среды радиатора 13.