RU97444U1

RU97444U1 - HEAT ROTARY ENGINE

Info

Publication number: RU97444U1
Application number: RU2010109880/22U
Authority: RU
Inventors: Николай Никитович Чулдин
Original assignee: Николай Никитович Чулдин
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2010-09-10

Abstract

1. Тепловой роторный двигатель, содержащий корпус с рабочей камерой и охлаждающей полостью, в которой расположен теплообменник, а также камерой нагрева и ротор с разделительными лопатками, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен воздухозаборной камерой и экраном, отделяющим его от камеры нагрева, при этом рабочая камера соединена с теплообменником его отводами и каналами, выполненными в корпусе. ! 2. Тепловой роторный двигатель по п.1, отличающийся тем, что оси каналов, входящих в рабочую камеру, расположены по касательной к окружности ротора. ! 3. Тепловой роторный двигатель по п.1, отличающийся тем, что разделительные лопатки смонтированы под углом, дающим возможность перекрытия лопатками каналов входа рабочего тела в теплообменник и выхода из него. 1. Thermal rotary engine comprising a housing with a working chamber and a cooling cavity in which the heat exchanger is located, as well as a heating chamber and a rotor with dividing vanes, characterized in that it is additionally equipped with an air intake chamber and a screen separating it from the heating chamber, the working chamber is connected to the heat exchanger by its bends and channels made in the housing. ! 2. Thermal rotary engine according to claim 1, characterized in that the axis of the channels included in the working chamber are tangent to the circumference of the rotor. ! 3. The thermal rotary engine according to claim 1, characterized in that the dividing vanes are mounted at an angle that makes it possible for the vanes to overlap the channels of the working fluid in and out of the heat exchanger.

Description

Предполагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, изготавливающих и использующих двигатели как внутреннего, так и внешнего сгорания.The alleged invention relates to mechanical engineering and can be used in all sectors of the economy that manufacture and use engines of both internal and external combustion.

Известен тепловой двигатель внешнего сгорания [1]. Содержащий неподвижный корпус с профилированными рабочими камерами. На выходном валу установлен цилиндрический ротор, в радиальных пазах которого размещены разделительные лопатки, с расположенными внутри каналами для уравнивания давления газа в подлопаточных пространствах. В корпусе расположена камера нагрева и охлаждающая полость, по которой протекает охлаждающая жидкость. В полости диаметрально-противоположно установлены два охлаждающих элемента (например - холодильники). Камера нагрева содержит нагревательный элемент (например - форсунка). Рабочие камеры образованы между радиальными выступами корпуса, ротором и корпусом. Разделительные лопатки покрыты слоем твердой смазки.Known external combustion engine [1]. Containing a fixed housing with profiled working chambers. A cylindrical rotor is installed on the output shaft, in the radial grooves of which dividing vanes are located, with channels located inside to equalize the gas pressure in the subscapular spaces. In the housing there is a heating chamber and a cooling cavity through which coolant flows. Two cooling elements (for example, refrigerators) are diametrically opposed to the cavity. The heating chamber contains a heating element (for example, a nozzle). The working chambers are formed between the radial protrusions of the housing, the rotor and the housing. Separating blades are coated with a layer of solid lubricant.

К недостаткам известного двигателя относятся:The disadvantages of the known engine include:

- отсутствие регенератора,- lack of regenerator,

- малая площадь поверхности теплопередачи,- small heat transfer surface area,

- повышенный износ лопаток и внутренней поверхности корпуса вследствие трения скольжения между корпусом и разделительными лопатками.- increased wear of the blades and the inner surface of the casing due to sliding friction between the casing and the separating blades.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является тепловой роторный двигатель внешнего сгорания [2], содержащий корпус с профилированными рабочими камерами, охлаждающей полостью и камерой нагрева, в которой расположен нагревательный элемент, а также два противоположно расположенных холодильника и установленный па валу ротор, в пазах которого установлены разделительные лопатки. Один из холодильников имеет отводы, входящие в камеру нагрева, которая разделена на несколько частей перегородками, ротор снабжен уплотнениями, закрепленными на его торцах. Отводы выполнены расширяющимися книзу и имеют в поперечном сечении форму линзы, а внутри - сепарации. Уплотнения выполнены таким образом, что подлопаточные и подкрышечные пространства сообщаются между собой.The closest technical solution to the proposed one is a thermal rotary external combustion engine [2], comprising a housing with profiled working chambers, a cooling cavity and a heating chamber in which the heating element is located, as well as two oppositely located refrigerators and a rotor mounted on the shaft, in the grooves of which separation blades are installed. One of the refrigerators has taps entering the heating chamber, which is divided into several parts by partitions, the rotor is equipped with seals attached to its ends. The bends are made expanding downwards and have a lens shape in cross section and a separation inside. The seals are designed so that the subscapular and axillary spaces communicate with each other.

Разделительные лопатки имеют желоба, в которых размещены цилиндры.Separating vanes have grooves in which the cylinders are placed.

К недостаткам двигателя, принятого за прототип, также следует отнести его невысокую эффективность в работе в следствии: короткого пути охлаждения рабочего тела, наличие пульсаций рабочего тела в рабочих камерах, что приводит к неравномерности вращающегося момента при вращении ротора, отсутствие воздухозаборной камеры в которой рабочее дополнительно охлаждается воздухом а воздух, идущий в камеру нагрева, предварительно нагревается. Кроме того, не используется инерция расширяющегося тела. Известный двигатель менее надежен в работе, так как имеет такой конструктивный недостаток как наличие двух рабочих камер вместо одной, что приводит к увеличению износа разделительных лопаток и пазов ротора в два раза.The disadvantages of the engine adopted for the prototype should also include its low efficiency in operation as a result of: a short cooling path of the working fluid, the presence of pulsations of the working fluid in the working chambers, which leads to non-uniformity of torque during rotation of the rotor, the absence of an air intake chamber in which the working it is cooled by air and the air going into the heating chamber is preheated. In addition, the inertia of the expanding body is not used. The known engine is less reliable in operation, since it has such a design flaw as the presence of two working chambers instead of one, which leads to a twofold increase in the wear of dividing blades and rotor grooves.

Целью создания данного технического решения является: повышение эффективности двигателя за счет увеличения пути охлаждения рабочего тела, использования инерции расширяющегося рабочего тела, создания в двигателе воздухозаборной камеры, уничтожения пульсации давления рабочего тела в рабочих камерах.The purpose of creating this technical solution is: increasing the efficiency of the engine by increasing the cooling path of the working fluid, using the inertia of the expanding working fluid, creating an air intake chamber in the engine, and eliminating the pressure pulsation of the working fluid in the working chambers.

Попутной задачей является повышение надежности двигателя в работе путем уменьшения износа поверхностей разделительных лопаток и пазов ротора.A passing task is to increase the reliability of the engine in operation by reducing the wear of the surfaces of the dividing blades and rotor grooves.

Эти задачи решаются за счет того, что роторный двигатель, содержащий корпус с профилированной рабочей камерой и охлаждающей полостью, в которой расположен теплообменник, камера нагрева и ротор с разделительными лопатками, дополнительно снабжен воздухозаборной камерой отделенной экраном от камеры нагрева, а рабочая камера и теплообменник соединены между собой отводами теплообменника и каналами корпуса. Кроме того, оси каналов входящих в рабочую камеру двигателя, расположены по касательной к окружности ротора. При этом, разделительные лопатки смонтированы под углом, дающим возможность перекрытия лопатками каналов входа рабочего тела в теплообменник и выхода из него.These problems are solved due to the fact that the rotary engine containing the housing with a profiled working chamber and a cooling cavity in which the heat exchanger, the heating chamber and the rotor with dividing vanes are located, is additionally equipped with an air intake chamber separated by a screen from the heating chamber, and the working chamber and heat exchanger are connected between each other with heat exchanger taps and housing channels. In addition, the axis of the channels included in the working chamber of the engine are located tangent to the circumference of the rotor. At the same time, the dividing vanes are mounted at an angle, which makes it possible for the vanes to block the channels of the input of the working fluid into the heat exchanger and the exit from it.

За счет того, что два теплообменника объединены в один - увеличивается путь охлаждения рабочего тела, следовательно, увеличивается разность температур и давления между нагревом и охлаждением рабочего тела.Due to the fact that the two heat exchangers are combined into one, the cooling path of the working fluid increases, therefore, the temperature and pressure difference between heating and cooling of the working fluid increases.

Угол между разделительными лопатками (и их количество) создан таким, что они при любом своем положении перекрывают собой каналы 31, 32 и каналы 27. В следствие чего исчезают пульсации давления в рабочей камере и потери части рабочего хода, следовательно увеличивается полезная работа двигателя.The angle between the dividing blades (and their number) is created so that they, at any position, overlap the channels 31, 32 and channels 27. As a result, pressure pulsations in the working chamber and loss of part of the working stroke disappear, therefore, the useful work of the engine increases.

Воздух, проходящий через воздухозаборную камеру дополнительно охлаждает рабочее тело и от него же нагревается перед поступлением в камеру нагрева, что дает экономию топлива.The air passing through the air intake chamber additionally cools the working fluid and heats up from it before entering the heating chamber, which saves fuel.

Направление осей каналов 31, 32 по касательной к окружности ротора позволяет использовать инерцию движения расширяющегося рабочего тела, которое воздействует непосредственно на разделительную лопатку сразу после выхода из каналов и не гасится, ударяясь в ротор.The direction of the axes of the channels 31, 32 along the tangent to the circumference of the rotor allows you to use the inertia of the movement of the expanding working fluid, which acts directly on the dividing blade immediately after leaving the channels and does not go out, hitting the rotor.

Одна рабочая камера вместо двух в два раза уменьшает количество поступательных движений разделительных лопаток. Следовательно, в два раза уменьшается износ лопаток и пазов ротора.One working chamber instead of two halves reduces the number of translational movements of the dividing blades. Consequently, the wear of the blades and grooves of the rotor is reduced by half.

а) увеличения пути охлаждения рабочего тела,a) increasing the cooling path of the working fluid,

б) уничтожения пульсации давления рабочего тела в рабочих камерах,b) the destruction of the pulsation of the pressure of the working fluid in the working chambers,

в) создания в двигателе воздухозаборной камеры,c) creating an air intake chamber in the engine,

г) использования инерции расширяющегося рабочего тела.d) the use of inertia of the expanding working fluid.

Предлагаемое изобретение поясняется рисунками где:The invention is illustrated by drawings where:

фиг.1 изображен роторный двигатель, внешний вид с торца справаfigure 1 shows a rotary engine, an external end view on the right

фиг.2 то же, разрез А-А на фиг.3figure 2 is the same, section aa in figure 3

фиг.3 то же, разрез В-В на фиг.2figure 3 the same, section bb in figure 2

фиг.4 то же, разрез С-С на фиг.2figure 4 the same, a section CC in figure 2

фиг.5 то же, разрез Д-Д на фиг.2figure 5 is the same, section DD in figure 2

Тепловой роторный двигатель содержит: неподвижный корпус 1 (фиг.2) с профилированной рабочей камерой 2 в которой находится рабочее тело (газ - например гелий), цилиндрический ротор 3, оканчивающийся выходными концами вала 4 и 5, (фиг.5) и в радиальных пазах 6, 7 и 8 которого размещены разделительные лопатки 9, 10 и 11. Ротор выполнен полым и охлаждается жидкостью (на рисунках не показано). Пружины 12, 13 и 14 поджимают к корпусу 1 разделительные лопатки 9, 10 и 11, на внешних концах которых имеются желобы. В желобах расположены цилиндры 15, 16 и 17, которые предназначены для уменьшения трения между лопатками 9, 10 и 11 и внутренней поверхностью корпуса 1. трущиеся поверхности пазов 6, 7, 8 и поверхности желобов в разделительных лопатках 9, 10 и 11 покрыты слоем твердой смазки, например: графитодисульфидмолибденовая композиция, которая не требует смазки, т.к. этот слой сам является смазкой и выдерживает температуры 800-1000 градусов Цельсия, а некоторые композиции и выше.The thermal rotary engine contains: a stationary housing 1 (Fig. 2) with a profiled working chamber 2 in which there is a working fluid (gas - for example helium), a cylindrical rotor 3 ending in the output ends of the shaft 4 and 5, (Fig. 5) and in radial grooves 6, 7 and 8 of which dividing blades 9, 10 and 11 are placed. The rotor is hollow and is cooled by liquid (not shown in the figures). Springs 12, 13 and 14 are pressed against the housing 1 by dividing blades 9, 10 and 11, at the outer ends of which there are grooves. Cylinders 15, 16 and 17 are located in the grooves, which are designed to reduce friction between the blades 9, 10 and 11 and the inner surface of the housing 1. The friction surfaces of the grooves 6, 7, 8 and the surface of the grooves in the separating blades 9, 10 and 11 are coated with a layer of hard lubricants, for example: graphitodisulfide-molybdenum composition, which does not require lubrication, because this layer itself is a lubricant and can withstand temperatures of 800-1000 degrees Celsius, and some compositions and higher.

В дальнейшем смазка (консистентная или жидкостная) требуется только для опорных подшипников 35, 36In the future, grease (grease or fluid) is required only for thrust bearings 35, 36

В корпусе 1 расположены: камера нагрева разделенная на две (и более) части 18, и 19 перегородкой 20 (фиг.2, 4) и воздухозаборная камера, также разделенная на две (и более) части 21 и 22 перегородкой 23 и устроенная аналогично камере нагрева. Воздухозаборная камера 21, 22 и камера нагрева 18, 19 разделены экраном 24. В корпусе 1 имеется охлаждающаяся полость 25 в которой расположен теплообменник 26, который своей нижней частью монтируется в каналах 27, а верхней частью проходит перегородки 28, 23 и оканчивается отводами 29, 30, которые входят в камеру нагрева 18, 19 через экран 24. В камере нагрева отводы 29, 30 расширяются к низу и монтируются в каналах 31, 32 корпуса 1, их расширительные (они же нагревательные) части «а» (фиг.3) в поперечном сечении имеют форму линзы «с» и внутри имеют сепарацию «в», которые некоторой своей частью «х» (рис 3) расположены в каналах 31, 32 корпуса 1. Осевые линии каналов 31, 32 проходят по касательной к окружности ротора, что дает возможность использования инерции расширяющихся газов (рабочего тела). В дальнейшем расширительные части отводов будем называть диффузорами.In the housing 1 are located: a heating chamber divided into two (or more) parts 18 and 19 by a partition 20 (FIGS. 2, 4) and an air intake chamber also divided into two (or more) parts 21 and 22 by a partition 23 and arranged similarly to the chamber heating up. The air intake chamber 21, 22 and the heating chamber 18, 19 are separated by a screen 24. In the housing 1 there is a cooling cavity 25 in which a heat exchanger 26 is located, which is mounted with its lower part in the channels 27, and the upper part passes through the partitions 28, 23 and ends with bends 29, 30, which enter the heating chamber 18, 19 through the screen 24. In the heating chamber, the taps 29, 30 expand to the bottom and are mounted in the channels 31, 32 of the housing 1, their expansion (they are heating) parts "a" (figure 3) in the cross section they have the shape of a lens “c” and inside they have a separation “b”, which s a part of their "x" (Figure 3) are disposed in the channels 31, 32 of the housing 1. The axial line channels 31, 32 extend tangentially to the circumference of the rotor, enabling the use of expanding gases inertia (working fluid). In the future, the expansion parts of the branches will be called diffusers.

Корпус 1 и ротор 3 с торцов закрыты крышкам 33, 34 (фиг.3, 4, 5) в которых расположены подшипники 35 и 36 (фиг.5), закрытые крышками 37, 38. Уплотнения между концами вала 4, 5 и крышками 33, 34 достигается за счет сильфонных самопритирающихся уплотнений 39, 40 (фиг.5). Торцовые уплотнения ротора 3 достигаются дисками 41 и 42 (фиг.3, 5), которые устанавливаются на его торцах и вращаются вместе с ним. Торцовые уплотнения между корпусом 1 и дисками 41, 42 достигаются лабиринтами 43 и 44 (фиг.3, 5). Диски 41 и 42 изготавливаются таких размеров чтобы не перекрывались подлопаточные пространства в пазах 6, 7, 8 ротора 3 (фиг.2) и которые сообщались бы с подкрышечными пространствами 45, 46 (фиг.5), в результате чего отпадает необходимость делать в лопатках 9, 10, 11 декомпрессионные каналы. На крышке 34 в камере нагрева 18 монтируется форсунка 47 (фиг.3, 4).The housing 1 and the rotor 3 from the ends are closed by covers 33, 34 (Figs. 3, 4, 5) in which bearings 35 and 36 (Fig. 5) are located, closed by covers 37, 38. Seals between the ends of the shaft 4, 5 and covers 33 , 34 is achieved by self-locking bellows seals 39, 40 (FIG. 5). Mechanical seals of the rotor 3 are achieved by disks 41 and 42 (Figs. 3, 5), which are installed on its ends and rotate with it. Mechanical seals between the housing 1 and the disks 41, 42 are achieved by the labyrinths 43 and 44 (Figs. 3, 5). The disks 41 and 42 are made of such dimensions that the subscapular spaces in the grooves 6, 7, 8 of the rotor 3 (FIG. 2) do not overlap and which communicate with the axillary spaces 45, 46 (FIG. 5), as a result of which there is no need to make blades 9, 10, 11 decompression channels. On the cover 34 in the heating chamber 18 mounted nozzle 47 (Fig.3, 4).

Двигатель работает следующим образом:The engine operates as follows:

На крышке 34 смонтирована форсунка 47 с насосом и воздуходувкой смонтированной на воздухозаборной камере 22 (на рисунках не указаны). Насос под давлением подает топливо в форсунку, которая ее распыляет в камере нагрева 18. Воздуходувка забирает воздух из атмосферы через воздухозаборную камеру 21, 22 подает его в камеру нагрева 18 и перемешивает с топливом. Смесь поджигается от искры.A nozzle 47 with a pump and a blower mounted on the air intake chamber 22 is mounted on the cover 34 (not shown in the figures). The pump delivers fuel under pressure to the nozzle, which sprays it in the heating chamber 18. The blower draws air from the atmosphere through the air intake chamber 21, 22, feeds it into the heating chamber 18 and mixes it with fuel. The mixture is ignited by a spark.

Двигатель работает по замкнутому циклу и в нем постоянно находится газ (рабочее тело) под давлением. Таким образом в рабочей камере 2, подлопаточных пространствах, теплообменнике 26 и в подкрышечных пространствах 45, 46 будет находится рабочее тело под давлением, от которого будет зависеть его плотность, а следовательно и теплоемкость.The engine operates in a closed cycle and it constantly contains gas (working medium) under pressure. Thus, in the working chamber 2, the subscapular spaces, the heat exchanger 26 and in the axillary spaces 45, 46, the working fluid will be under pressure, on which its density, and therefore its heat capacity, will depend.

Во время работы форсунки 47 раскаленные газы омывают диффузоры «а» (фиг.3), с находящимся в них сепарациями «в». Все это нагревается до высокой температуры.During operation of the nozzle 47, hot gases are washed by diffusers “a” (FIG. 3), with separations “b” located in them. All this is heated to high temperature.

Предварительно двигатель вращается от постороннего источника энергии (стартера). Рабочее тело вытесняется одной из лопаток 9, 10, 11 из камеры 2 в теплообменник 26 в котором оно охлаждается, затем через отводы 29, 30 каналы 31, 32 вновь поступает в рабочую камеру 2. Проходя через раскаленные диффузоры «а» и находящиеся в них сепарации «в» рабочее тело резко нагревается, увеличивается в своей объеме и повышает в камере 2 давление. Давление рабочего тела в камере 2 воздействует на разделительную лопатку 9 и заставляет вращаться ротор по часовой стрелке. После этого стартер отключается.Previously, the engine rotates from an external source of energy (starter). The working fluid is displaced by one of the blades 9, 10, 11 from the chamber 2 into the heat exchanger 26 in which it is cooled, then through the taps 29, 30 the channels 31, 32 again enter the working chamber 2. Passing through the hot diffusers “a” and those inside them separation "in" the working fluid heats up sharply, increases in volume and increases the pressure in the chamber 2. The pressure of the working fluid in the chamber 2 acts on the dividing blade 9 and causes the rotor to rotate clockwise. After that, the starter turns off.

Рабочее тело вытесняясь лопатками 9, 10 из камеры 2 в теплообменник 26 где охлаждается уменьшаясь в своем объеме, а значит уменьшается и его давление. Следовательно в рабочей камере 2 между лопаткой 10 и каналом 27, а также в теплообменнике 26 до диффузоров «а» (фиг.3) давление рабочего тела будет всегда ниже чем в диффузорах «а», в каналах 31, 32 и в камере 2 до разделительной лопатки 9.The working fluid is displaced by the blades 9, 10 from the chamber 2 into the heat exchanger 26 where it cools down, decreasing in volume, and therefore its pressure decreases. Therefore, in the working chamber 2 between the blade 10 and the channel 27, as well as in the heat exchanger 26 to the diffusers “a” (FIG. 3), the pressure of the working fluid will always be lower than in the diffusers “a”, in the channels 31, 32 and in the chamber 2 to dividing blade 9.

Поток воздуха проходящий через воздухозаборную камеру 21, 22 омывает трубки теплообменника 26 и отводы 29, 30 находящиеся в этой камере и таким образом дополнительно охлаждает рабочее тело, одновременно нагреваясь перед поступлением в камеру нагрева 18, 19.The air flow passing through the intake chamber 21, 22 washes the tubes of the heat exchanger 26 and the outlets 29, 30 located in this chamber and thus additionally cools the working fluid, while simultaneously heating before entering the heating chamber 18, 19.

Источник информации использованной при составлении заявки.Source of information used in the preparation of the application.

1. Патент РФ №2023888 МКИ F01С 1/344 от. 30.11.94 г.1. RF patent No. 2023888 MKI F01C 1/344 from. 11/30/94

2. Патент - 2105179 МКИ F01С 1/3442. Patent - 2105179 MKI F01C 1/344

Claims

1. Thermal rotary engine comprising a housing with a working chamber and a cooling cavity in which the heat exchanger is located, as well as a heating chamber and a rotor with dividing vanes, characterized in that it is additionally equipped with an air intake chamber and a screen separating it from the heating chamber, the working chamber is connected to the heat exchanger by its bends and channels made in the housing.

2. Thermal rotary engine according to claim 1, characterized in that the axis of the channels entering the working chamber are located tangent to the circumference of the rotor.

3. The thermal rotary engine according to claim 1, characterized in that the dividing vanes are mounted at an angle that makes it possible for the vanes to overlap the channels of the working fluid in and out of the heat exchanger.