Роторно-лопастной двигатель
Полезная модель относится к двигателестроению, в частности, к роторно-лопастным двигателям, в которых в качестве рабочего вещества используют сжатый газ или жидкость под высоким давлением.
Роторно-лопастной двигатель содержит корпус, в котором установлен ротор с образованием между внешней его поверхностью и внутренней поверхностью корпуса, по меньшей мере, одной расширительной камеры, имеющей по меньшей мере одно впускное отверстие для подвода рабочего вещества (рабочего тела) под высоким давлением в камеру и по меньшей мере одно выпускное отверстие для отвода рабочего вещества с пониженным давлением из камеры, при этом внутренняя поверхность корпуса контактирует с внешней поверхностью ротора в зоне его двух диаметрально противоположных участков с образованием двух расширительных камер, а на роторе в его радиальных пазах установлены лопасти, подпружиненные в сторону внутренней поверхности корпуса двигателя, с возможностью взаимодействия и обтюрации потока рабочего вещества в расширительной камере на участке движения от впускного отверстия до выпускного и передачи вращательного движения на ротор. Конструкция двигателя обеспечивает возможность реверсивного движения. Двигатель надежен, прост в эксплуатации, технологичен в изготовлении, компактен и экологичен.
Полезная модель относится к двигателестроению, в частности, к роторно-лопастным двигателям, в которых в качестве рабочего вещества используют сжатый газ или жидкость под высоким давлением.
Из уровня техники известен пневмогидростатический двигатель, включающий первую емкость, коленчатый вал с маховиком и опорами коренных подшипников, шатуны, поршни-понтоны, вторую емкость, заполненную водой, расположенные ниже коленчатого вала, подводящие и отводящие трубы, впускной и выпускной клапаны, распределительное устройство, например распределительный вал с впускным кулачком, направляющий стержень, а поршень-понтон снабжен направляющей втулкой и кронштейном, при этом первая емкость заполнена сжатым газом, например сжатым воздухом, а поршень-понтон выполнен в виде газонаполняемой камеры с возможностью изменять свой «погружной» объем под действием гидростатического давления, например, в виде «колокола» (RU 22804 U1, 27.04.2002).
Из уровня техники известен роторно-лопастной двигатель, содержащий цилиндрический корпус с боковыми крышками, размещенные внутри корпуса лопасти, образующие рабочие камеры, и механизм качания лопастей, кинематически связанный с выходным валом, при этом на лопастях шарнирно установлены качающиеся поршни, сочленные концами в шарнирный четырехзвенник (SU 870755, 07.10.1981).
Наиболее близким к заявляемому является роторно-лопастной двигатель, работающий преимущественно на сжатом газе, содержащий неподвижный корпус, размещенный в нем внешний полый ротор с жестко закрепленными на его внутренней цилиндрической поверхности лопастями, соосный ему внутренний ротор с лопастями, жестко соединенными с валом, замкнутые лопасти, образованные указанными лопастями, выходной вал, связанный с каждым из роторов посредством механизма суммирования движения, золотниковое распределительное устройство с распределительными окнами и механизм перемещения золотника. Золотник выполнен в виде гильзы с отверстиями, установленной с возможностью осевого перемещения на внешнем роторе, в цилиндрической стенке которого выполнены распределительные окна, а на наружной поверхности золотника в двух плоскостях, перпендикулярных оси, выполнены два эксцентричных паза, концы которых соединены между собой наклонными скосами, причем механизм перемещения золотника содержит жестко связанный с внутренним ротором подпружиненный ползун, вставленный в паз золотника для взаимодействия с последним (RU 599102, 25.03.1978).
Недостатками известных двигателей, в том числе, ближайшего аналога являются сложность их конструкций, шумность работы, низкая точность регулирования мощности, отсутствие возможности изменения направления вращения вала.
Задачей заявляемой полезной модели является создание конструкции двигателя, обеспечивающей стабильную работу двигателя при использовании в качестве рабочего вещества сжатого газа или жидкости под высоким давлением.
Задача решается тем, что роторно-лопастной двигатель содержит корпус, в котором установлен ротор с образованием между внешней его поверхностью и внутренней поверхностью корпуса, по меньшей мере, одной расширительной камеры, имеющей по меньшей мере одно впускное отверстие для подвода рабочего вещества (рабочего тела) под высоким давлением в камеру и по меньшей мере одно выпускное отверстие для отвода рабочего вещества с пониженным давлением из камеры, при этом внутренняя поверхность корпуса контактирует с внешней поверхностью ротора в зоне его двух диаметрально противоположных участков с образованием двух расширительных камер, а на роторе в его радиальных пазах установлены лопасти, подпружиненные в сторону внутренней поверхности корпуса двигателя, с возможностью взаимодействия и обтюрации потока рабочего вещества в расширительной камере на участке движения от впускного отверстия до выпускного и передачи вращательного движения на ротор.
Указанное выполнение двигателя обеспечивает его работу в очень большом диапазоне мощностей, например, от 2-3 кВт до нескольких десятков МВт, способность более сбалансировано совершать работу на один вал при заданном режиме оборотов, менять мощность и совершать работу по требуемой нагрузке.
Для обеспечения стабильной и непрерывной работы двигателя в качестве рабочего вещества можно использовать различные жидкости или сжатые газы под высоким давлением. Предпочтительно использовать жидкую углекислоту (двуокись углерода CO2 , молекулярный вес 44,011, tвозг=-78,48°С, при 760 мм.рт.ст., tпл.=-56,6°С, tкр.=+31,04°C, Ркр.=75,28 кг/см3).
Для обеспечения реверсивного вращения двигателя каждая камера выполнена с, по меньшей мере, двумя парами впускных и выпускных отверстий с возможностью попеременного закрытия одной пары отверстий при открытом состояние другой пары.
Полезная модель поясняется иллюстративным материалом.
На фиг.1 представлен вид в изометрии заявляемого двигателя с поперечным разрезом, на фиг.2 представлена схема работы двигателя, а на фиг.3 представлен общий вид двигателя в изометрии.
Роторно-лопастной двигатель (см. фиг.1) содержит эллипсообразный в поперечном сечении корпус 1 с установленным в его средней части цилиндрическим ротором 2. Между внешней поверхностью ротора 2 и внутренней поверхностью корпуса 1 образованы две расширительные камеры 3, каждая из которых снабжена впускным отверстием 4 и выпускным отверстием 5. В пазах вала 6 ротора 2 установлено четыре лопасти 7, каждая из которых подпружинена пружиной 8, таким образом, что при вращении ротора указанные лопасти плотно прилегают к внутренней поверхности корпуса, предотвращая прорыв потока рабочего вещества на участке от впускного отверстия 4 до соответствующего ему выпускного отверстия 5.
В варианте двигателя, изображенного на фиг.2 каждая из двух расширительных камер снабжена двумя парами впускных и выпускных отверстий. При этом впускные 4 и выпускные 5 отверстия одной пары перекрыты, а другой пары - открыты. Перекрытие выпускных 5 отверстий может быть осуществлено с помощью заглушек 9, а впускных 4 - посредством клапанов 10 и распределительного устройства 11.
Предлагаемый двигатель работает за счет использования энергии рабочего вещества, находящегося под высоким давлением в емкости 12, которое по трубопроводам 13, через вентили 14 поступает к распределительным устройствам 11 двигателя. Несколько двигателей могут быть объединены в систему, работающую от одного источника
Работа предлагаемого двигателя осуществляется следующим образом.
После открытия вентилей 14 рабочее вещество, например, двуокись углерода, с температурой до +30°С и давлением до 7-8 МПа по трубопроводам 13 и через распределительные устройства 11 порциями поступает через впускные отверстия 4 в каждую камеру расширения 3. В камерах 3 рабочее вещество адиабатно расширяется, толкая каждую лопасть 7, которая своей кромкой скользит по внутренней поверхности корпуса двигателя, предотвращая прорыв потока рабочего вещества до выпускного отверстия 5, и тем самым передает вращение на ротор 2 и связанный с ним вал. Отработанное рабочее вещество, отдав энергию, удаляется из камеры через выпускное отверстие 5, при этом часть рабочего вещества, находящегося в твердом состоянии в виде снежинок (до 50%), удаляется по одной системе трубопроводов в емкость для сбора сухого льда, а другая его часть, находящаяся в газообразном состоянии с температурой -50-60°С, удаляется по другой системе трубопроводов и в дальнейшем может использоваться в качестве хладагента и т.д.
Для обеспечения реверсивного вращения необходимо посредством распределительных устройств 11 автоматически поменять подачу рабочего вещества от одних впускных отверстий 4 к другим, при этом закрыв соответствующие выпускные отверстия 5 и открыв другие.
С помощью регулирующего устройств можно осуществлять подачу определенного количества рабочего вещества на одну лопасть от 1 до 50, 100, 200 и более граммов или 2, 3, 4, регулируя выходную мощность двигателя.
При стабильных оборотах, например, 3000 об/мин, можно автоматически менять мощность в очень широком диапазоне, наращивать ее при необходимости или сбрасывать при отсутствии потребности в ней в пределах от 3 до 1000 кВт.
Конструкция заявляемого двигателя обеспечивает многосуточный режим непрерывной работы в автоматическом режиме за счет надежности, простоты конструкции двигателя.
За счет отсутствия возвратно-поступательного движения у заявляемого двигателя очень низкий уровень шума и вибрации.
Вспомогательные системы, обеспечивающие подачу рабочего вещества просты за счет отсутствия систем зажигания и аккумуляторных батарей.
Рабочее вещество с низкой температурой и использование в качестве материалов для деталей двигателя фторопластов, например, фторопласт Ф-4 и фторопластовых композиционных материалов, обеспечивает отсутствие износа трущихся деталей.
Одновременно со своей основной функцией, предлагаемый двигатель способен утилизировать «холод», т.е. газы с температурой -75°С и ниже и использовать его в промышленности по назначению (в морозильниках, при кондиционировании помещений, создании микроклимата).
Сбор вредного отработанного СО2 и использование его же в качестве рабочего вещества повышает экологичность предлагаемого двигателя.
Вышеописанная конструкция двигателя обеспечивает возможность реверсивного движения. Заявляемый двигатель надежен, прост в эксплуатации, технологичен в изготовлении, компактен и экологичен.
1. Роторно-лопастной двигатель, содержащий корпус, в котором установлен цилиндрический ротор с образованием между внешней его поверхностью и внутренней поверхностью корпуса, по меньшей мере, одной расширительной камеры, имеющей, по меньшей мере, одно впускное отверстие для подвода рабочего вещества под высоким давлением в камеру и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для отвода рабочего вещества с пониженным давлением из камеры, при этом на роторе установлены лопасти с возможностью их взаимодействия с потоком рабочего вещества и передачи вращательного движения на ротор, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса контактирует с внешней поверхностью ротора в зоне его двух диаметрально противоположных участков с образованием двух расширительных камер, лопасти установлены в радиальных пазах ротора и подпружинены в сторону внутренней поверхности корпуса.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего вещества используют двуокись углерода под высоким давлением.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждая камера выполнена с, по меньшей мере, двумя впускными и двумя выпускными отверстиями с возможностью попеременного закрытия одной пары впускного и выпускного отверстий при открытом состоянии другой пары для обеспечения реверсивного вращения двигателя.
