Роторно-лопастной двигатель и механизм для преобразования движения

Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использована для производства роторно-лопастных двигателей внешнего сгорания. Реализация полезной модели позволяет получить высокоэффективный, надежный, долговечный и экологически чистый роторно-лопастной двигатель с замкнутым рабочим циклом, способный работать на всех видах топлива и без него в пограничной области естественной разности температур, имеющий высокие эксплуатационные характеристики и технологичный в изготовлении. Роторно-лопастной двигатель, содержит цилиндрический корпус, два соосных рабочих вала с диаметрально расположенными лопастями, делящими полость корпуса на четыре замкнутых пространства. Охладители и теплообменники с равными и постоянными объемами, связанные газовыми магистралями с корпусом двигателя через две диаметрально расположенные группы пар отверстий, так, что каждая пара связана с одним охладителем. Лопасти двигателя имеют несквозные каналы на их радиусных участках. Величина отверстия в паре равна контактной поверхности радиусного участка лопасти в месте вырезанного канала, а сама пара отверстий вписана в величину радиусного участка лопасти. Все полости двигателя заполнены любым не сжиженным газом или их смесью под давлением. Количество пар отверстий в группе может быть в два или четыре раза больше количества каналов на лопасти, а при вращении лопастей совпадение каналов с парами отверстий в корпусе определено расположением этих каналов вдоль лопастей. Механизм связи лопастей, объединяющий оба вала, включает ромбический шарнирный четырехзвенник, рычагами связанный с ведущими валами, размещенный между копиром, закрепленным на внешней торцевой стенке двигателя и устройством с направляющими на ведомом валу, и взаимодействующий с ними.

Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использовано для производства роторно-лопастных двигателей.

Известна роторная машина, содержащая полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены две лопасти с роликами и валами, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и эксцентрично их оси вращения механизм связи в виде вала с монолитной крестовиной, при этом каждая лопасть состоит из пары сегментных накладок, двух спрофилированных дисков с полой цилиндрической внутренней частью, один из них имеет со стороны внешних два внутренних сегментных выступа, в которых выполнены продолговатые отверстия, расположенные аналогично как в другом диске, через которые проходит пара валов со смещенным шестигранным диском в сторону полой цилиндрической части спрофилированного диска лопасти и входит в контакт с радиальными направляющими одной из двух параллельно расположенных и монолитно выполненных с валом крестовин, причем крепление валов с роликами, контактирующих с направляющими крестовины механизма связи, осуществляется установкой последних в продолговатых отверстиях в лопастях (Патент РФ №2227210, F01C 1/00).

Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической рабочей полостью, два соосных рабочих вала один в другом, к одним торцам которых присоединены диски с диаметрально расположенными секторными лопастями, вращающимися в рабочей полости корпуса, ко вторым торцам рабочих валов присоединены ведущие шестерни дифференциала с выходным валом двигателя, и сдвоенный мальтийский механизм, взаимодействующий с дисками, причем один крест механизма повернут относительно другого на половину угла мальтийского креста, а дифференциал преобразует вращательно-прерывистое движение рабочих валов во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью (Патент РФ №2225313, F01C 1/077).

Недостатком этого двигателя является то, что он имеет ограниченные функциональные возможности.

Известна тепловая машина «ИЛО», работающая по замкнутому циклу Стирлинга, содержащая регенератор между холодной и горячей зонами, и не менее двух замкнутых пространств для размещения рабочего тела, механически связанных своими изменяющимися объемами, причем эти

замкнутые пространства размещены в горячей зоне, а в холодной зоне не менее двух охладителей с равными и постоянными объемами, параллельно соединенными газовыми магистралями с уменьшающимися объемами замкнутых пространств горячей зоны, при этом увеличивающиеся объемы газовой магистралью связаны между собой, при достижении максимальной величины замкнутое пространство через один из охладителей, сменяющийся в каждом цикле, соединено с минимальным из уменьшающихся объемом замкнутых пространств, соединенным со всеми охладителями, с последующей изоляцией этого уменьшающегося пространства до достижения им минимального объема (Заявка на изобретение РФ №2006140531, F02C 1/043).

Наиболее близким к заявляемому роторно-лопастному двигателю является роторно-лопастной двигатель в цилиндрическом корпусе которого на вращающихся валах, проходящих по оси корпуса, размещены лопасти с механизмом связи лопастей, делящие полость корпуса на четыре замкнутых пространства (Гуськов Г.Г. Необычные двигатели. - М. Знание, 1971, с.28).

Недостатком прототипа является то, что в момент вспышки от свечи зажигания, резко расширяющиеся газы осуществляют сильное механическое воздействие на лопасти двигателя, что может привести к их разрушению, а также то, что такому двигателю необходим подходящий столь же простой и долговечный механизм связи лопастей.

Наиболее близким к заявляемому механизму связи лопастей является механизм для преобразования движения, содержащий корпус, основной ведущий вал, кулачок, установленный на корпусе соосно-ведущему валу, диск с направляющими и ромбический шарнирный четырехзвенник с пальцами, взаимодействующими с кулачком и направляющими, снабженный установленным соосно основному ведущем валу дополнительным ведущим валом, рычагами и ведомым валом, ведущие валы шарнирно соединены рычагами с серединами противоположных сторон шарнирного четырехзвенника, а диск установлен с возможностью вращения и выполнен с зубчатым венцом (а.с. СССР №724850, F16H 25/04).

Недостатком такого двигателя является повышенная сложность конструкции.

Задачей, на решение которой направлено создание настоящей полезной модели, является разработка конструкции высокоэффективного, надежного, долговечного и экологичного роторно-лопастного двигателя, способного работать на различных видах топлива, имеющего высокие эксплуатационные характеристики и технологичного в изготовлении.

Поставленная задача решается тем, что роторно-лопастной двигатель, содержащий цилиндрический корпус, два соосных рабочих вала с диаметрально расположенными лопастями, делящими полость корпуса на четыре замкнутых пространства и механизм связи лопастей для преобразования движения, объединяющий оба вала. Он дополнительно содержит охладители и теплообменники с равными и постоянными объемами, связанные газовыми магистралями с корпусом двигателя через две

диаметрально расположенные группы пар отверстий, выполненных вдоль образующей цилиндрического корпуса так, что каждая пара отверстий связана с одним охладителем, а в лопастях двигателя вырезаны одинаковые количества равных по размеру несквозных каналов вдоль радиусных участков со стороны, противоположной направлению их вращения. Величина отверстия в паре равна контактной поверхности радиусного участка лопасти в месте вырезанного канала, а сама пара отверстий вписана в величину ее радиусного участка.

Все его полости заполнены любым как одноатомным, так и многоатомным газом под давлением, включая воздух.

Для обеспечения его работы тепловая энергия подводится к корпусу двигателя, а регулирование мощности, без изменения разности температур горячей и холодной зоны, производится соединением магистралей входа и выхода охладителей с установкой регулирующих вентилей.

Количество пар отверстий в группе в два или четыре раза больше количества каналов на лопасти.

При вращении лопастей совпадение каналов с парами отверстий в корпусе определено расположением этих каналов вдоль лопастей.

Механизм связи лопастей роторно-лопастного двигателя, содержащий корпус, соосные ведущие валы шарнирно соединенные рычагами с серединами противоположных сторон шарнирного четырехзвенника с пальцами, взаимодействующими с копиром, установленным на корпусе соосно-ведущему валу, и устройством с направляющими. Копир жестко закреплен на внешней торцевой стенке цилиндрического корпуса двигателя, и сквозь него проходят соосные ведущие валы, а ромбический шарнирный четырехзвенник размещен между копиром и устройством с направляющими, закрепленным на ведомом валу.

Копир на внешней торцевой стенке цилиндрического корпуса двигателя повернут вокруг оси по отношению к группам пар отверстий в корпусе таким образом, что первая по направлению вращения лопасть, из двух максимально сведенных, своим радиусным участком перекрывает одну группу пар отверстий, тогда как вторая группа пар отверстий будет перекрыта радиусным участком диаметрально расположенной лопасти.

Работа полезной модели проиллюстрирована рисунками, где

- на фиг.1 представлен общий вид роторно-лопастного двигателя, где количество пар отверстий в группе в четыре раза больше количества каналов на лопасти,

- на фиг.2 - показан вид с торца и развертка боковой поверхности корпуса, где количество пар отверстий в группе в два раза больше количества каналов на лопасти:

а - расположение лопастей в момент соединения максимального объема замкнутого пространства через один из охладителей, соединенный с меньшим пространством, связанным с другим охладителем,

b - момент изоляции минимального пространства,

с - уменьшение замкнутого пространства, соединенного с охладителем и увеличение изолированного,

d - момент соединения максимального объема с минимальным через другой охладитель.

- на фиг.3 представлен общий вид двигателя с механизмом связи лопастей.

Роторно-лопастной двигатель содержит:

- 1 - цилиндрический корпус,

- 2 - лопасти,

- 3 - отверстия в цилиндрическом корпусе для подключения газовых магистралей,

- 4 - несквозные каналы вдоль радиусных участков лопастей,

- 5 - охладители,

- 6 - внутренний ведущий вал,

- 7 - наружный ведущий вал,

- 8 - копир,

- 9 - шарнирный четырехзвенник,

- 10 - устройство с направляющими на ведомом валу,

- 11 - регенератор (теплообменник),

- 12 - палец четырехзвенника, связывающий устройство с направляющими на ведомом валу с копиром,

- 13 - шарнирные рычаги.

Двигатель с заполненным рабочим телом (газ под давлением) работает следующим образом. Перед пуском вал 10 проворачивают до положения, когда замкнутые пространства не связаны между собой через охладители, как показано на фиг.2в, и фиг.2с. Затем двигатель начинают разогревать. В замкнутых пространствах не связанных с охладителями повышается давление рабочего тела. Эти замкнутые пространства увеличиваются, перемещая лопасти 2 до достижения положения, где увеличившиеся замкнутые пространства подключаются к охладителям 5 (Р1;... Р4.) через каналы 4 на лопастях фиг.2а, фиг.2д. При этом горячее рабочее тело из замкнутых пространств Р4 поступает в охладители Р3, вытесняя из них холодное рабочее тело в замкнутые пространства Р2, скомпенсированные подключенными охладителями Р1. По инерции лопасти проворачиваются и холодное рабочее тело, поступившее в минимальные замкнутые пространства Р2 из охладителей Р3 изолируется в них и разогревается фиг.2в. Под действием приложенной тепловой энергии происходит увеличение давления. Максимальные замкнутые пространства, в это время непосредственно подключаются ко всем охладителям 5, и в них происходит падение давления. Вследствие чего объем максимальных замкнутых пространств уменьшается, а минимальных увеличивается. Цикл повторяется с выбросом горячего рабочего тела в следующий охладитель. При приложении к ведущим валам 6 и 7 вращающих моментов от лопастей 2, пальцы 12 ромбического шарнирного четырехзвенника 9 начинают

обкатываться по профилю копира 8 и, двигаясь по направляющим 10, передают вращение ведомому валу.

Применение замкнутого цикла, подобного циклу Стирлинга, в заявляемой полезной модели позволяет создать универсальный, высокоэффективный, надежный, долговечный и экологически чистый двигатель способный работать как на земле, так и в космосе.

1. Роторно-лопастной двигатель, содержащий цилиндрический корпус, два соосных рабочих вала с диаметрально расположенными лопастями, делящими полость корпуса на четыре замкнутых пространства и механизм связи лопастей для преобразования движения, объединяющий оба вала, отличающийся тем, что он дополнительно содержит охладители и теплообменники с равными и постоянными объемами, связанные газовыми магистралями с корпусом двигателя через две диаметрально расположенные группы пар отверстий, выполненных вдоль образующей цилиндрического корпуса так, что каждая пара отверстий связана с одним охладителем, а в лопастях двигателя вырезаны одинаковые количества равных по размеру несквозных каналов вдоль радиусных участков со стороны, противоположной направлению их вращения, величина отверстия в паре равна контактной поверхности радиусного участка лопасти в месте вырезанного канала, а сама пара отверстий вписана в величину ее радиусного участка.

2. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что все его полости заполнены любым как одноатомным, так и многоатомным газом под давлением, включая воздух.

3. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения его работы тепловая энергия подведена к корпусу двигателя, а регулирование мощности, без изменения разности температур горячей и холодной зоны, обеспечено соединением магистралей входа и выхода охладителей с установкой регулирующих вентилей.

4. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что первая по направлению вращения лопасть, из двух максимально сведенных механизмом связи лопастей, своим радиусным участком перекрывает одну группу пар отверстий, тогда как вторая группа пар отверстий будет перекрыта радиусным участком диаметрально расположенной лопасти.

5. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что количество пар отверстий в группе в два раза больше количества каналов на лопасти.

6. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что количество пар отверстий в группе в четыре раза больше количества каналов на лопасти.

7. Роторно-лопастной двигатель по п.5 или 6 отличающийся тем, что при вращении лопастей совпадение каналов с парами отверстий в корпусе определено расположением этих каналов вдоль лопастей.

8. Механизм связи лопастей роторно-лопастного двигателя, содержащий корпус, соосные ведущие валы, шарнирно соединенные рычагами с серединами противоположных сторон шарнирного четырехзвенника с пальцами, взаимодействующими с копиром, установленным на корпусе соосно ведущему валу, и устройством с направляющими, отличающийся тем, что копир жестко закреплен на внешней торцевой стенке цилиндрического корпуса двигателя и сквозь него проходят соосные ведущие валы, а ромбический шарнирный четырехзвенник размещен между копиром и устройством с направляющими, закрепленным на ведомом валу.