Роторный двигатель кашеварова рдк-12
Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено для использования в качестве стационарных энергетических установок и силовых установок транспортных средств. Роторный двигатель содержит несколько статоров и роторов с общим рабочим валом, камерой сгорания, топливной форсункой и электросвечой; паровую (воздушную) камеру с трубочками, размещенными в выхлопной трубе и поставляющими пар (воздух) высоких параметров; дверцу с осью вращения и рычагом; клапаны для подачи сжатого воздуха, топлива и пара; электродатчики температуры и положения ротора. Каждый ротор имеет втулку и радиальные пластины, соединяющие его обод с рабочим валом, цилиндрическая поверхность ротора скользит по внутренней круговой цилиндрической поверхности статора, при этом по цилиндрической поверхности ротора скользит своей пружиной дверца статора. Поверхности статора, ротора, дверцы, камеры сгорания и паровой камеры имеют теплоизолирующее покрытие. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено для использования в качестве стационарных энергоустановок или силовых установок тракторных средств.
Традиционно в качестве стационарных энергоустановок и силовых установок транспортных средств используются газовые турбины /ГТ/ или поршневые двигатели внутреннего сгорания /ДВС/. Их недостаток - низкие эксплуатационные показатели по топливной экономичности и загрязнению окружающей среды. Известны также роторные двигатели [1]. Эти двигатели имеют преимущества по габаритам и массе по сравнению с ДВС и ГТ, но также не отвечают современным требованиям по топливной экономичности и загрязнению окружающей среды. Задачей, решаемой настоящим изобретением, является дальнейшее совершенствование роторных двигателей с учетом современных требований по топливной экономичности и сохранению окружающей среды. Для решения этой задачи роторный двигатель РДК-12 содержит несколько статоров и роторов с одним рабочим валом, паровую /воздушную/ камеру и дверцу с осью вращения; каждый статор имеет цилиндрическую камеру сгорания с воздуховодом, топливным патрубком, оканчивающимся форсункой, и с электросвечами; паровая /воздушная/ камера соединена с трубочками, установленными в выхлопной трубе и поставляющими в паровую /воздушную/ камеру пар /воздух/ высоких параметров, на оси вращения дверцы установлен рычаг, жестко соединенный с дверцей; двигатель имеет клапаны для сжатого воздуха, топлива и пара, электродатчики температуры и положения ротора; каждый ротор имеет втулку и радиальные пластины, соединяющие его обод с рабочим валом, цилиндрическую поверхность, скользящую пружиной по внутренней круговой цилиндрической поверхности статора, при этом по цилиндрической поверхности ротора скользит своей пружиной дверца статора; камеры внутри ротора, подсоединенные к компрессору через центральный канал рабочего вала и отверстия в нем и во втулке ротора; электродатчик температуры воздуха в камере ротора и клапан впуска воздуха высоких параметров в камеру расширения, образованную поверхностями статора, ротора и дверцы, а также камеру выхлопных газов, образованную поверхностями тех же деталей, но расположенную по другую сторону дверцы; поверхности статора, ротора и дверцы, камеры сгорания и паровой камеры имеют теплоизолирующее покрытие; двигатель имеет компьютер, управляющий работой всех его составных частей (узлов) по заданным параметрам. Цилиндрическая камера сгорания окружена паровой (воздушной) камерой, которая установлена также на цилиндрической поверхности статора, контактирующей с раскаленными газами сгоревшего топлива в камере расширения по обе стороны от камеры сгорания до трубы выхлопных газов и до клапана выхода пара (воздуха) высоких параметров в камеру расширения, при этом паровая камера соединена с отверстиями патрубка, установленного в выхлопной трубе и соединенного с трубочками, в которые поступает вода от насоса или сжатый воздух от компрессора; паровая камера имеет перегородки, соединяющие ее наружную и внутреннюю стенки и идущие от выхлопной трубы до клапана выпуска пара (воздуха) высоких параметров в камеру расширения двигателя; в паровой камере установлен электродатчик температуры пара (воздуха), соединенный с компьютером, управляющим работой клапана впуска пара (воздуха). Дверцы с осью вращения установлены по образующей цилиндрической поверхности статора в непосредственной близости к выхлопной трубе, дверца имеет нижнюю поверхность, совпадающую с внутренней цилиндрической поверхностью статора, и при этом она перехватывает отверстие, соединяющее камеру сгорания с камерой расширения, и замыкает электроцепь подпружиненного электродатчика, по сигналу которого компьютер включает подачу сжатого воздуха и топлив в камеру сгорания; оконечность дверцы утонченная и переходит в пружинную полосу, скользящую по цилиндрической поверхности ротора; на концах оси дверцы установлены рычаги под фиксированным углом к нижней поверхности дверцы; на корпусе паровой (воздушной) камеры установлены рессорная пружина и упор с амортизатором, ограничивающие движение рычага, а вместе с ним и углы поворота дверцы. Устройство РДК-12 поясняется чертежами, где на фиг. 1 даны поперечные сечения цилиндров двигателя, на фиг. 2 - место "М" на фиг. 1б, увеличение в 3 раза, на фиг. 3 - сечение по А-А на фиг. 1, на фиг. 4 - место "Н" на фиг. 3, увеличенное в 3 раза, на фиг. 5 - схема определения уравнения кривой сечения цилиндрической поверхности ротора двигателя, на фиг. 6 - сечение по Б-Б на фиг. 2. Описание РДК-12 дано применительно к его использованию на подвижной платформе в качестве двигателя. РДК-12 имеет статор 1 и ротор 2 с валом 3, ось вращения которого совмещена с геометрической осью внутренней круговой цилиндрической поверхности статора 1. Вал 3 соединен с втулкой 4 ротора 2, которая соединена радиальными пластинами 5 с цилиндрическим ободом ротора 2. Вал 3 установлен в подшипниках торцовых стенок 6 статора 1. По образующей наружной цилиндрической поверхности статора 1 установлена ось 7 вращения дверцы 8. Поверхности статора 1, ротора 2 и дверцы 8 образуют камеру 9 расширения (рабочего хода ротора 2) и камеру 10 выхлопа (удаления) отработанных газов. Камера 9 отделена от камеры 10 дверцей 8 с пластинчатой пружиной 11, которая скользит по цилиндрической поверхности ротора 2, и ротором 2 с пластинчатой пружиной 12, которая скользит по цилиндрической поверхности статора 1. Камеры 9 и 10 возникают в момент прохода роторной пружины 12 конца дверцы 8, перекрывающей отверстие 13 камеры 14 сгорания в камеру 9. Камера 14 сгорания образована цилиндрическими стенками 15 с термоизолирующим жаростойким покрытием 16. Между стенками 15 и 17 расположена паровая камера 18, в которую пар поступает из патрубка 19 с отверстиями 20. Противоположные стенки 15 и 17 паровой камеры 18 соединены перегородками 21, в которых установлен клапан 22, перекрывающий выход пара из паровой камеры 18 через отверстие 23. Паровая камера 18 проходит также от патрубка 19 до клапана 22 над наиболее разогреваемой частью статора 1. Клапан 22 открывается через 0,01 периода времени вращения ротора 2 после воспламенения топливной смеси в камере 14 и только в том случае, если температура в паровой камере превысит 500oC, на время 0,1 периода вращения ротора 2. Температура пара определяется электродатчиками, установленными в камере 18 вблизи клапана 22. В патрубок 19 пар поступает из трубочек 24, установленных в выхлопной трубе 25 и выходящих из патрубка водяного насоса (на фиг. не показан). Водяной насос накачивает воду под давлением в 200-300 кг/см2, которая нагревается в трубочках 24 до температуры 400oC, превращаясь в пар за счет тепловой энергии выхлопных газов. В паровой камере 18, предназначенной для предотвращения перегрева корпуса 15 камеры 14 сгорания, а также для утилизации тепла, перегревающего корпус 15 камеры 14, температура пара не может подняться более чем до 550oC, т.к. уже при температуре пара в 500oC начинает периодически открываться клапан 22 и в паровую камеру 18 поступает из патрубка 19 пар с температурой в 400oC вместо пара в 500oC, спускаемого через клапан 22 и отверстие 23 в камеру 9. Для машин, эксплуатирующихся при отрицательных температурах, вместо воды в трубочки 24 поступает сжатый до 50 кг/см2 воздух от дополнительного компрессора /вместо водяного насоса/, повышающего давление сжатого воздуха, поступающего в него из баллона для сжатого воздуха. В этом случае паровая камера 18 станет камерой для сжатого воздуха, поступающего в нее через патрубок 19. В этом случае производительность основных компрессоров увеличивается с учетом потребления сжатого воздуха дополнительным компрессором, который может быть установлен на одном из концов вала 3, не занятого подключением статора. Для лучшего сбалансирования инерционных сил производительность основного компрессора, работающего от диаметрально противоположного колена вала 3 (за счет увеличения длины статора и ротора), увеличивается с учетом потребления воздуха дополнительным компрессором. Камера 14 имеет патрубок 26 с клапаном 27, через который по трубе 28 от компрессора подается воздух, сжатый до 30 кг/см2, и патрубок 29 с клапаном 30 и форсункой 31, через которые топливным насосом под давлением 1000 кг/см2 подается сжиженный газ из баллона со сжиженным газом, находящимся под давлением 16 кг/см2. Между форсунками 31 каждой камеры 14 установлены электросвечи 32, поджигающие топливную смесь. В статоре 1 установлен подпружиненный электродатчик 33 открытия и закрытия клапана 27 в момент касания этого датчика дверцей 8, перекрывающей отверстие 13, до момента отхода дверцы от датчика 33, определяющего момент закрытия клапана 27 и включения форсунки 31 подачи топлива и электросвеч 32, воспламеняющих топливную смесь сжиженного газа и воздуха. Электродатчик 34, установленный за клапаном 22, включает этот клапан после касания датчика 34 пружиной 12. В паровой камере 18 установлены электродатчики 35 температуры пара (воздуха). Все электродатчики соединены с компьютером, управляющим работой клапанов, электросвечей и других устройств РДК-12. На концах оси 7 дверцы 8 установлены рычаги 36, с которой они жестко соединены (заштифтованы) так, что угол поворота дверцы 8 равен углу поворота рычага 36. На корпусе 17 паровой камеры 18 установлены рессорная пружина 37 и стальной упор 38 с амортизатором 39. При отклонении дверцы 8 от нулевого положения, при котором ее внутренняя поверхность совпадает с внутренней цилиндрической поверхностью статора 1, на угол в 20-30o рычаг 36 касается конца пружины 37 и его дальнейшему отклонению препятствует сила сопротивления пружины 37 ее сжатия рычагом 36. Предельный угол отклонения рычага 36 и дверцы 8, равный 60-70o, определяет упор 38 с амортизатором 39. Вал 3 имеет осевой канал 40, подсоединенный к компрессору, подающему в него воздух, сжатый до 50-60 кг/см2, который выходит через отверстия в вале 3 и втулке 4 в камеры 41, а затем через отверстие, перекрытое клапаном 42, в камеру 9 расширения. Клапан 42 открывается тогда, когда температура в камерах 41 превысит 500oC и ротор 2 пройдет электродатчик 34 на 0,1 оборота на время не более 0,1 периода вращения ротора 2, температура в камере 41 определяется электродатчиком 43. Электродатчик 43 и клапан 42 соединены с компьютером проводной связью через канал 40. Трубочки имеют радиаторные ребра 44, увеличивающие их поверхность и интенсивность теплообмена между выхлопными газами трубы 25 и воды и пара (или сжатого воздуха), проходящего через трубочки 24 в патрубок 19. Статор 1, ротор 2, камера 14 сгорания, паровая камера 18, дверца 8 и выхлопная труба 25 имеют теплоизоляцию, изображенную на чертежах крестообразной штриховкой. Цилиндрическая поверхность ротора 2 в сечении плоскостью, перпендикулярной его оси вращения, имеет кривую, которая может быть построена, исходя из следующих соображений: - ротор вращается вокруг своей оси с постоянной угловой скоростью










Формула изобретения
1. Роторный двигатель, содержащий несколько статоров и роторов с одним рабочим валом, паровую (воздушную) камеру и дверцу с осью вращения, отличающийся тем, что каждый статор имеет цилиндрическую камеру сгорания с воздуховодом, топливным патрубком, оканчивающимся форсункой, и с электросвечами, паровая (воздушная) камера соединена с трубочками, установленными в выхлопной трубе и поставляющими в паровую (воздушную) камеру пар (воздух) высоких параметров, на оси вращения дверцы установлен рычаг, жестко соединенный с дверцей, двигатель имеет клапаны для сжатого воздуха, топлива и пара, электродатчики температуры и положения ротора, каждый ротор имеет втулку и радиальные пластины, соединяющие его обод с рабочим валом, цилиндрическую поверхность, скользящую пружиной по внутренней круговой цилиндрической поверхности статора, при этом по цилиндрической поверхности ротора скользит своей пружиной дверца статора, камеры внутри ротора, подсоединенные к компрессору через центральный канал рабочего вала и отверстия в нем и во втулке ротора, электродатчик температуры воздуха в камере ротора и клапан впуска воздуха высоких параметров в камеру расширения, образованную поверхностями статора, ротора и дверцы, а также камеру выхлопных газов, образованную поверхностями тех же деталей, но расположенную по другую сторону дверцы, поверхности статора, ротора и дверцы, камеры сгорания и паровой камеры имеют термоизолирующее покрытие, двигатель имеет компьютер, управляющий работой всех его составных частей (узлов) по заданным программам. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что цилиндрическая камера сгорания окружена паровой (воздушной) камерой, которая установлена также на цилиндрической поверхности статора, контактирующей с раскаленными газами сгоревшего топлива в камере расширения по обе стороны от камеры сгорания до трубы выхлопных газов и до клапана выхода пара (воздуха) высоких параметров в камеру расширения, при этом паровая камера соединена с отверстиями патрубка, установленного в выхлопной трубе и соединенного с трубочками, в которые поступает вода от насоса или сжатый воздух от компрессора, паровая камера имеет перегородки, соединяющие ее наружную и внутреннюю стенки и идущие от выхлопной трубы до клапана выпуска пара (воздуха) высоких параметров в камеру расширения двигателя, в паровой камере установлен электродатчик температуры пара (воздуха), соединенный с компьютером, управляющим работой клапана впуска пара (воздуха). 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дверца с осью вращения установлена по образующей цилиндрической поверхности статора в непосредственной близости к выхлопной трубе, дверца имеет нижнюю поверхность, совпадающую с внутренней цилиндрической поверхностью статора, и при этом она перекрывает отверстие, соединяющее камеру сгорания с камерой расширения и замыкает электроцепь подпружиненного электродатчика, по сигналу которого компьютер включает подачу сжатого воздуха и топлива в камеру сгорания, оконечность дверцы утонченная и переходит в пружинную полосу, скользящую по цилиндрической поверхности ротора, на концах оси дверцы установлены рычаги под фиксированным углом к нижней поверхности дверцы; на корпусе паровой (воздушной) камеры установлены рессорная пружина и упор с амортизатором, ограничивающие движение рычага, а вместе с ним и углы поворота дверцы.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6