Cтраница 1
Турбопоршневые двигатели имеют большие перспективы для применения на различных судах морского флота, на тепловозах я других транспортных машинах. По своим габаритам они получаются более компактными, а их вес на единицу мощности гораздо меньше, чем для обычных двигателей внутреннего сгорания. [1]
Турбопоршневые двигатели, представляющие собой дальнейшее развитие совместной работы поршневых двигателей в сочетании с лопаточными машинами, приобрели за последнее время всеобщее признание; особенно заинтересованными в них оказались водный и наземный транспорт. [2]
Создание легких комбинированных турбопоршневых двигателей, представляющих комбинацию дизеля, нагнетателя и газовой турбины, относится к 30 - м годам текущего столетия. Первым предложил такую установку для авиации Б. С. Стечкин; в 1934 - 1935 гг. им был разработан проект авиационного двигателя с поршневым генератором газа и газовой турбиной. [3]
В турбопоршневом двигателе со свободным газотурбокомпрессором мощность турбины равна мощности, потребляемой компрессором. [4]
Принципиальные схемы турбопоршневых двигателей с приводным компрессором и присоединенной к валу турбиной: / - двигатель; 2 - реактивное сопло; 3 - воздушный радиатор; 4 - турбина 5 - нагнетатель; 6 - поршневой компрессор; 7 -баллон со сжатыи воздухом. [5]
Поэтому схема турбопоршневого двигателя, при которой газотурбокомпрессорная группа связана с коленчатым валом поршневого двигателя, является принципиально более целесообразной для транспортных и особенно для тепловозных и судовых установок, однако такая схема ввиду сложности практически трудно осуществима. [6]
При расчете турбопоршневых двигателей необходимо знать температуру газов после двигателя в ресивере перед турбиной, от правильности определения этой температуры зависит точность расчета турбины, расчета мощности всей установки. [7]
Существенным эксплуатационным недостатком турбопоршневых двигателей со свободным газотурбокомпрессором являются затруднительный пуск и плохая приемистость, в связи с чем они не вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к судовым и транспортным двигателям, хотя и используются в транспортных и судовых установках. [8]
Рабочие процессы1 в турбопоршневых двигателях. [9]
Отечественной машиностроительной промышленностью создаются турбопоршневые двигатели внутреннего сгорания, отвечающие всем требованиям современности. Однако литература в этой области, как по рабочему процессу, так и по конструированию и расчету турбопоршневых двигателей, крайне недостаточна. [10]
На основании анализа работы турбопоршневого двигателя можно заключить, что с повышением давления наддува значение турбины и компрессора возрастает и они становятся уже не вспомогательными, а основными агрегатами силовой установки. При повышении давления наддувочного воздуха до 6 - 8 кг / см2 мощности компрессора, турбины и поршневого двигателя становятся близкими между собой. [11]
Решение этой задачи является наиболее сложным для быстроходных турбопоршневых двигателей и в особенности дизелей с неразделенными камерами сгорания. Рабочий процесс дизелей этого типа характеризуется повышенными значениями скорости нарастания давления и максимального давления сгорания, при увеличении которых значительно возрастают тепловые и механические нагрузки на основные детали цилин-дро-поршневой и кривошипно-шатунной групп, и по этой причине существенно понижаются надежность работы дизелей и их сроки службы. [12]
С повышением давления наддува увеличивается доля мощности комбинированного турбопоршневого двигателя, затрачиваемая на привод нагнетателя. [13]
В настоящей книге рассматриваются некоторые вопросы теории поршневых и турбопоршневых двигателей внутреннего сгорания. Основное внимание обращено на рабочий процесс двигателя с учетом особенностей, обусловленных наличием компрессора и турбины в общей схеме силовой установки. [14]
Экспериментальные исследования и опыт эксплуатации показывают, что четырехтактные турбопоршневые двигатели без приводного компрессора при работе с импульсным газотурбонагнетателем отличаются более легким пуском и лучшей приемистостью по сравнению с двигателями с турбиной постоянного давления. При этом к двухтактные турбопоршневые двигатели, судя по результатам работы некоторых заводов ( Зульцер), с импульсным газотурбонагнетателем и без приводного компрессора имеют удовлетворительный пуск и довольно хорошую приемистость. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
Турбопоршневой двигатель содержит корпус, расположенные в его полости поршневые цилиндры с камерами сгорания и общей крышкой цилиндров, газораспределительное устройство с приводом управления выхлопными клапанами, направляющий аппарат, газовую турбину с рабочим колесом и механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, выполненный в виде маховика. Турбопоршневой двигатель дополнительно оснащен гидромотором, смонтированным в нижней его части и соединенным с гидронасосом. Газовая турбина установлена в корпусе с возможностью свободного вращения относительно вертикальной оси. Внутренняя часть рабочего колеса турбины имеет полость, в которой консольно размещены хвостовики лопаток. Наружная часть рабочего колеса выполнена в виде конической шестерни. Маховик механизма преобразования движения кинематически связан с гидромотором. Маховик выполнен состоящим из двух частей, которые соединяются по периметру профилированными лопатками и образуют нагнетатель воздуха. Верхняя часть маховика имеет профилированную поверхность для управления газовыхлопными клапанами, а в нижней его части по всему периметру выполнен Т-образный паз, взаимодействующий с зубчатыми шестернями редуктора. Внутренняя поверхность маховика выполнена конусообразной, параллельной поверхности блока цилиндров и плоскости движения шатунов и имеет рабочие направляющие дорожки для роликов, укрепленных на шатунах. Изобретение позволяет повысить экономичность двигателя и уменьшить загрязнение окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к турбопоршневым двигателям, и может быть использовано в машиностроении и автомобилестроении. В последнем случае предлагаемый двигатель может быть использован в качестве составной части трансмиссии автомобиля с супермаховиком.
В работах российского ученого Н.В.Гулиа описана конструкция автомобиля, в которой использован супермаховик. В качестве примера приведено описание автомобиля американского ученого Дэвида Рабенхорста. Конструкция данного автомобиля включает супермаховик с массой 100 кг, скоростью вращения до 23700 об/мин и возможностью запаса энергии в 24 мегаджоуля. Данный автомобиль имеет также стационарно установленный разгонный электродвигатель мощностью в 40 кВт и может иметь пробег до 60 км при средней скорости движения 90 км/час. Этот автомобиль не загрязняет воздух, но его конструкция требует наличия определенной инфраструктуры в виде электроподстанций для подзарядки. Предлагаемая конструкция двигателя предназначена, в частности, для подзарядки энергией супермаховика.
Известны “Двухтактный турбодизель и способ его работы” по патенту РФ №2061183, M. Kл. F 02 B 53/00, опубл. 27.05.1996 г.
Известный турбодизель содержит: корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, расположенные в корпусе по окружности поршневые цилиндры с камерой сгорания, устройство для продувки и подачи воздуха в цилиндры, привод управления выхлопными клапанами и вал отбора мощности, на котором установлен газотурбинный двигатель.
Турбодизель содержит также механизм преобразования движения поршней, который выполнен в виде кулачкового механизма, причем шатуны поршней снабжены роликами, взаимодействующими с криволинейной поверхностью копиров.
К недостаткам данного двигателя следует отнести его невысокую надежность в работе вследствие больших ударных нагрузок в процессе возвратно-поступательного движения поршней, а также вследствие наличия пульсаций давления выходящих газов на рабочие лопатки, препятствующих получению сплошного потока газа по всей площади проходного сечения лопаток.
Известен также “Турбопоршневой двигатель” по патенту РФ №2165536, заявл. 24.05.99 г., опубл. 20.04.2001 г.
Данный двигатель является наиболее близким к заявляемому и может служить в качестве прототипа.
Известный двигатель содержит корпус с картером в нижней части, расположенные в корпусе поршневые цилиндры с камерами сгорания и общей крышкой цилиндров, газораспределительный орган с приводом управления выхлопными клапанами, направляющий аппарат, расположенную за ним газовую турбину с рабочим колесом, а также механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение поршней. Газовая турбина выполнена осевой, двухступенчатой и установлена в корпусе за направляющим аппаратом, являющимся продолжением выхлопного тракта.
Механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение поршней выполнен в виде маховика, который смонтирован на валу двигателя. На наружной поверхности маховика выполнены направляющие дорожки для перемещения роликов шатунов. В конструкции данного двигателя удалось существенно снизить ударные нагрузки в процессе возвратно-поступательного движения поршней, а также устранить эффект пульсаций газа путем создания его сплошного потока по всему периметру проходного сечения лопаток. Это привело к повышению надежности двигателя в работе, а также к возможности его надежного запуска. Двигатели подобной конструкции могут быть успешно применены в автомобилестроении.
Однако вышеописанный двигатель не может быть использован, например, для разгона супермаховика в трансмиссии автомобилей будущих поколений. Таким образом, известный двигатель имеет ограниченные возможности в применении.
Автор предлагаемого изобретения поставил перед собой следующие задачи:
- создание экономичного малогабаритного двигателя, конструкцией которого предусмотрено сведение к минимуму загрязнения окружающей среды;
- повышение надежности в работе двигателя путем обеспечения возможности безударного подключения и отключения кинематики супермаховика и газовой турбины, а также обеспечения возможности работы в повторно-кратковременном режиме.
Поставленные задачи достигаются за счет того, что турбопоршневой двигатель, содержащий корпус с расположенными в его полости поршневыми цилиндрами и камерой сгорания, газораспределительный орган с приводом, направляющий аппарат, газовую турбину и механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение поршней, который выполнен в виде маховика, дополнительно оснащен гидромотором, установленным в нижней его части, соединенным с гидронасосом и кинематически связанным с маховиком механизма преобразования движения.
Газовая турбина двигателя новой конструкции установлена в корпусе с возможностью свободного вращения относительно вертикальной оси, внутренняя часть ее рабочего колеса имеет полость, в которой консольно размещены хвостовики лопаток турбины, наружная часть турбинного колеса выполнена в виде конической шестерни. Маховик механизма преобразования движения кинематически связан с гидромотором и выполнен состоящим из двух частей. Верхняя часть маховика имеет профилированную поверхность для управления газовыхлопными клапанами, в средней части по периметру установлены профилированные лопатки, образующие нагнетатель воздуха, а в нижней его части по всему периметру выполнен Т-образный паз, взаимодействующий с зубчатыми шестернями редуктора,
При этом внутренняя поверхность маховика выполнена конусообразной, параллельной поверхности блока цилиндров и плоскости движения шатунов и имеет направляющие дорожки для роликов, укрепленных на шатунах. Введение в конструкцию двигателя гидромотора, который приводит во вращение маховик, позволяет использовать двигатель в установке с гидравлическим приводом. Установка газовой турбины в двигателе с возможностью свободного вращения относительно вертикальной оси, а также ее оригинальная конструкция позволяют обеспечить максимальную передачу энергии при ее выбеге, возможность достижения двигателем большой скорости набора оборотов, а также возможность безударного подключения и отключения турбины. Предложенный способ отбора мощности позволяет подбором передаточного отношения конических шестерен получить значительные обороты на выходе двигателя. Конусное расположение шатунно-поршневой группы позволяет увеличить диаметр рабочего колеса турбины, а также использовать маховик не только для управления газовыхлопными клапанами, но и как нагнетатель воздуха в цилиндры. Декомпрессионное устройство облегчает запуск двигателя, обеспечивает его защиту в тех случаях, когда давление масла ниже нормы. Использование бездетонационных видов топлива, например, таких, как спирт, позволяет увеличить степень его сжатия и в результате получить агрегатную мощность большую, чем при использовании бензина или дизельного топлива. В результате повышается к.п.д. турбопоршневого двигателя, а его использование позволяет значительно уменьшить загрязнение окружающей среды.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
фиг.1 схематично показан продольный разрез предлагаемого двигателя,
фиг.2 схематично изображена движительная установка автомобиля с супермаховиком.
Турбопоршневой двигатель содержит: корпус 1 с впускными окнами 2 для прохода воздуха по всему периметру, расположенные в полости корпуса 1 поршневые цилиндры 3 с камерами сгорания 4 и общей крышкой 5 цилиндров, на которой установлен переходник 6, в нижней части которого установлено декомпрессионное устройство 7, направляющий аппарат 8, газораспределительное устройство 9 с приводом 10 управления газовыхлопными клапанами 11, двухступенчатую газовую турбину 12 с рабочим колесом 13, установленную в корпусе с возможностью свободного вращения относительно вертикальной оси, механизм 14 преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, выполненный в виде маховика 15. Турбопоршневой двигатель оснащен гидромотором 16, который смонтирован в нижней части корпуса 1, соединен с масляным насосом 17 и кинематически связан с маховиком 15. В нижней же части корпуса 1 установлена крышка картера 18, которая снизу закрыта герметичной крышкой 19 редуктора 20. В полости крышки 19 установлены шестерни 21 редуктора 20. В нижней части маховика выполнен Т-образный двухсторонний зубчатый паз 22. Внутренняя часть рабочего колеса 13 газовой турбины 12 имеет полость, в которой консольно размещены хвостовики лопаток 23, а наружная часть турбинного колеса 13 выполнена в виде конической шестерни 24. В переходнике 6 смонтированы лабиринтные уплотнения 25 колеса газовой турбины.
Газовыхлопной тракт 26 образован лопатками 27 спрямляющего аппарата 28 и вставкой 29.
Между маховиком 15 и корпусом 1 установлено по периметру окружности три ряда роликоподшипников 30. Корпус картера газовой турбины 31 соединен через фланцы переходника 6 с фланцами корпуса 1. Маховик 15 механизма 14 преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное выполнен состоящим из двух частей, соединенных по периметру профилированными лопатками 32, и образующим нагнетатель воздуха, лопатки которого расположены внутри корпуса маховика. Верхняя часть 33 маховика 15 имеет профилированную поверхность для управления газовыхлопными клапанами 11, а в нижней внутренней его части выполнен Т-образный двухсторонний зубчатый паз 22, в котором установлены шестерни-сателлиты 34, соединенные с шестернями 21. Внутренняя поверхность маховика 15 выполнена конусообразной, параллельной поверхности блока цилиндров 3 и плоскости движения шатунов и имеет рабочие направляющие дорожки 35 для роликов 36, укрепленных на шатунах. В крышке 5 блока цилиндров 3 установлены форсунки 37 и свечи 38. В корпусе картера 31 газовой турбины 12 установлена шлицевая рессора 39 конической шестерни 40. В центральной внутренней части двигателя установлены: емкость 41, имеющая форму входного направляющего аппарата для центробежного нагнетателя 42, редуктор 43, топливный насос 44, гидромотор 16 привода маховика 15, масляный насос 17. В цилиндрах 3 установлены поршни 45 и выполнены продувочные окна 46 как с внутренней, так и с наружной стороны. В нижней части цилиндров 3 установлены гидрокомпенсаторы 47. Привод декомпрессионного устройства 7 смонтирован с наружной стороны корпуса 1 двигателя. Направляющая дорожка 35 маховика 15 на внутренней поверхности имеет выступы, равные по высоте ходу поршня. Количество этих выступов соответствует числу рабочих ходов поршней 45 за один оборот, что позволяет получить значительную агрегатную мощность. Вышеописанный турбопоршневой двигатель 48 является составной частью трансмиссии автомобиля (фиг.2), которая содержит супермаховик 49, гидронасос 50, гидроаккумулятор 51, преобразователи 52 энергии торможения, гидромотор 16 двигателя 48, гидромоторы 53 колес, электростартер 54, рессору 55 (аварийную), напрямую соединяющую двигатель с гидронасосом 50, рессору раскрутки супермаховика 56, рессору 57 привода гидронасоса 50.
Движительная установка с турбопоршневым двигателем работает следующим образом:
В период длительной стоянки супермаховик 49 находится в покое. Для ввода его в работу электростартер 54 приводит в движение гидронасос 50, который при определенных оборотах под давлением подает масло в гидромотор 16 двигателя. Последний посредством шестерен 21 и 34 раскручивает маховик 15 и приводит в движение масляный насос 17, маховик 15 двигателя. При определенном давлении масла в системе включается декомпрессионное устройство 7, закрываются газовыхлопные клапаны 11, и движущиеся в цилиндрах 3 поршни 45 сжимают воздух, в который через форсунки 37 впрыскивается топливо. Топливо в цилиндрах 3 сгорает. Маховик 15 посредством выступов 33, выполненных в верхней его части, воздействует на газораспределительное устройство 9 с приводом 10 и газовыхлопные клапаны 11, открывают цилиндры 3, продукты сгорания через входной направляющий аппарат 8 поступают на лопатки 23 осевой двухступенчатой газовой турбины 12. Отдав энергию посредством вращения турбины 12, продукты сгорания выходят в газовыхлопной тракт 26. При работе двигателя в окна 46 цилиндров 3 поступает воздух от центробежного нагнетателя 42. Подачу топлива в цилиндры 3 можно регулировать. Это возможно осуществлять как при каждом ходе поршня, так и по определенной программе, в зависимости от нагрузки. Коническая шестерня 24 газовой турбины через шлицевую рессору 39, рессору 56 приводит в движение супермаховик 49. При достижении установленного числа оборотов - зарядки супермаховика 49 подача масла от гидронасоса 50 на гидромотор 16, а также подача топлива автоматически прекращается. Декомпрессионное устройство 7 открывает выхлопные клапаны 11. После отдачи энергии и падения оборотов до установленных газовая турбина 12 отключается от супермаховика 49, Число оборотов уменьшается, и турбопоршневой двигатель останавливается. Запасенная энергия супермаховиком расходуется на привод гидронасоса, что позволяет проехать без работы двигателя значительное расстояние до следующей зарядки. В случае неисправности супермаховика 49 привод гидронасоса 50 может осуществляться напрямую от турбопоршневого двигателя, через рессоры 55, 56.
Количество расходуемого топлива турбопоршневым двигателем в значительной степени будет зависеть от режимов его использования в составе трансмиссии автомобиля. По предварительной оценке расход топлива автомобиля весом 1500 кг не будет превышать 3 л на 100 км. Используя современные материалы, возможно сегодня изготовить супермаховик незначительных габаритов и с большим запасом энергии, что позволит эксплуатировать автомобили в черте городов без работы двигателя внутреннего сгорания.
1. Турбопоршневой двигатель, содержащий корпус, расположенные в его полости поршневые цилиндры с камерами сгорания и общей крышкой цилиндров, газораспределительное устройство с приводом управления выхлопными клапанами, направляющий аппарат, газовую турбину с рабочим колесом, механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, выполненный в виде маховика, отличающийся тем, что двигатель дополнительно оснащен гидромотором, смонтированным в нижней его части и соединенным с гидронасосом, а газовая турбина установлена в корпусе с возможностью свободного вращения относительно вертикальной оси, внутренняя часть ее рабочего колеса имеет полость, в которой консольно размещены хвостовики лопаток турбины, наружная часть рабочего колеса выполнена в виде конической шестерни, а маховик механизма преобразования движения кинематически связан с гидромотором и выполнен состоящим из двух частей, соединенных по периметру профилированными лопатками и образующих нагнетатель воздуха, при этом верхняя часть маховика имеет профилированную поверхность для управления газовыхлопными клапанами, а в нижней его части по всему периметру выполнен Т-образный паз, взаимодействующий с зубчатыми шестернями редуктора.
2. Турбопоршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность маховика выполнена конусообразной, параллельной поверхности блока цилиндров и плоскости движения шатунов и имеет рабочие направляющие дорожки для роликов, укрепленных на шатунах.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к машиностроению. Турбопоршневой двигатель содержит ротор, поршень и клапан. Зубчатая шестерня на валу ротора зацеплена зубчатой шестерней одинакового диаметра на валу клапана. Поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач. Ротор, закрепленный на валу, имеет цилиндрическую форму и помещен в цилиндрический корпус. Поршень, закрепленный на роторе по окружности, помещен в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы. Сторона поршня, на которую может оказывать давление рабочее тело, имеет прямоугольную форму. Клапан цилиндрической формы, закрепленный на валу и помещенный в отверстие в цилиндре, может вращаться в цилиндре. Между клапаном и ротором имеется минимальный зазор. Клапан может создавать закрытое пространство в цилиндре между поршнем и клапаном. Клапан имеет вырез по окружности для пропуска поршня под клапаном и канал подачи рабочего тела, проходящий через вал клапана. При совмещении канала подачи рабочего тела на валу клапана с отверстием трубки подачи рабочего тела, идущей от аккумулятора рабочего тела, рабочее тело при открытом кране подачи рабочего тела может поступать в закрытое пространство цилиндра между клапаном и поршнем. За один такт «Рабочий ход» поршень под действием энергии рабочего тела поворачивает ротор с валом на угол более 300 градусов. Техническим результатом является создание двигателя. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл. 
1. Название изобретения.
«Турбопоршневой двигатель». Далее - Изобретение.
2. Область техники, к которой относится Изобретение.
Изобретение преимущественно относится к области машиностроения.
3. Уровень техники.
Из уровня техники известны следующие устройства для преобразования энергии рабочего тела в механическую работу.
Двигатель - энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. В зависимости от типа двигателя работа может быть получена от вращающегося ротора, возвратно-поступательно движущегося поршня или от реактивного аппарата. Двигатели приводят в действие рабочие машины, транспортные средства сухопутного, водного, воздушного и космического назначения, производственно-технологической установки, коммунальные и бытовые приборы. Двигатели, непосредственно преобразующие природные энергетические ресурсы в механическую энергию, называются первичными.
Источник информации:
Большая Советская энциклопедия. Том 7. - М.: Советская энциклопедия, 1975. - С.574.
Поршневая машина - устройство, в котором основные функции по преобразованию энергии рабочего тела выполняет поршень. При его движении вместе с изменением объема камеры, которую он образует с цилиндром поршневой машины, изменяются параметры - давление, температура рабочего тела. При работе поршневой машины энергия рабочего тела может понижаться или повышаться. Впуск и выпуск рабочего тела в цилиндр поршневой машины регулируются распределительным устройством с помощью клапанов, золотников или самого поршня.
Для поршневой машины характерна цикличность и прерывистость рабочего процесса. В большинстве поршневых машин поршень связан с коленчатым валом кривошипным механизмом, с помощью которого возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение вала. Из-за цикличности рабочего процесса и наличия кривошипного механизма поршневые машины не так быстроходны, как лопаточные машины, они имеют большую удельную массу и большие потери на трение.
Источник информации:
Большая Советская энциклопедия. Том 20. - М.: Советская энциклопедия, 1975. - С.404.
Поршень - подвижная деталь поршневой машины, перекрывающая поперечное сечение ее цилиндра и перемещающаяся в направлении его оси. В двигателях, силовых цилиндрах, прессах поршень передает давление рабочего тела движущимся частям.
Источник информации:
Большая Советская энциклопедия. Том 20. - М.: Советская энциклопедия, 1975. - С.404.
Паровая машина - первичный поршневой двигатель, в котором потенциальная энергия сжатого водяного пара преобразуется в механическую работу.
Источник информации:
Большой энциклопедический словарь. Политехнический. - М.: Большой энциклопедический словарь, 2000. - С.360.
Турбина - первичный двигатель с чисто вращательным движением рабочего органа - ротора и непрерывным рабочим процессом, преобразующий в механическую работу кинетическую энергию подводимого рабочего тела - пара, газа или воды.
Прежде всего, паровая турбина начала вытеснять отжившую свой век паровую машину. Она позволяла преобразовывать энергию пара во вращательное движение вала непосредственно, без промежуточных передач, поэтому имела КПД значительно выше, чем у паровой машины.
Источник информации:
1. Большая Советская энциклопедия. Том 26. - М.: Советская энциклопедия, 1975. - С.320.
2. Дятчин Н.И. История развития техники: Учебное пособие. - Ростов н/Д: Феникс, 2001. - С.219.
Ванкеля двигатель - роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого разработана в 1957 инженером Ф.Ванкелем. Особенность двигателя - применение вращающегося ротора-поршня, размещенного внутри цилиндра, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде. Установленный на валу ротор жестко соединен с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестерней. Ротор с зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг шестерни. Его грани при этом скользят по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объемы камер в цилиндре. Такая конструкция позволяет осуществить 4-тактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами.
Источник информации:
Большая Советская энциклопедия. Том 4. - М.: Советская энциклопедия, 1975. - С.289, 290.
Аналогом данного Изобретения является двигатель, описанный в патенте US 817814 A Карлом Штальгреном в 1906 году.
Основные сходства данного Изобретения с двигателем Карла Штальгрена:
1. Поршень вращается внутри цилиндра.
2. Клапан цилиндрической формы.
3. Зубчатая шестерня на валу ротора зацеплена зубчатой шестерней одинакового диаметра на валу клапана.
4. Поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор без промежуточных передач.
Недостатки двигателя Карла Штальгрена:
1. Диаметр вращения поршня равен диаметру клапана, что отрицательно влияет на мощность двигателя.
2. Поршень имеет семь сторон, которыми соприкасается со стенками цилиндра, что ухудшает герметичность цилиндра.
3. Клапан цилиндрической формы имеет два выреза, один - для пропуска поршня, второй - для подачи рабочего тела, что увеличивает угол поворота поршня в цилиндре холостым ходом.
4. Клапан цилиндрической формы в корпусе вращается на неподвижной гильзе, что отрицательно влияет на срок службы двигателя и применение различных рабочих тел для работы двигателя.
1. Сущность изобретения.
Изобретение направлено на создание турбопоршневого двигателя преимущественно для транспортных средств:
1) способного преобразовывать, подобно турбине, энергию рабочего тела во вращательное движение вала непосредственно, без промежуточных передач;
2) с вращающимся в цилиндре с клапаном поршнем, закрепленным по окружности на роторе цилиндрической формы;
3) с вращающимся клапаном для регулировки подачи и выпуска рабочего тела.
Цель изобретения - расширение арсенала технических средств: двигателей для преобразования энергии рабочего тела - пара, газа, сжатого воздуха в механическую работу.
Существенными признаками, характеризующими изобретение, являются:
1. Под действием энергии рабочего тела поршень в цилиндре совершает только вращательное движение, и потенциальная энергия рабочего тела превращается в механическую работу.
2. За один такт «Рабочий ход» под действием энергии рабочего тела поршень, закрепленный на роторе, поворачивает ротор с валом на угол больше 300°.
3. Значительно большой крутящий момент в начале рабочего хода.
4. Эффективная работа при давлении рабочего тела ниже среднего.
5. Надежность и длительный срок работы двигателя.
6. Получение большой агрегатной мощности, увеличивая диаметр ротора, площадь поршня, давления рабочего тела и количество цилиндров с поршнем.
7. Способность устойчиво работать при очень малых частотах вращения ротора с большим крутящим моментом.
8. При наличии двух цилиндров с поршнем в любой момент времени при подаче рабочего тела в одном из цилиндров будет рабочий ход.
9. Способность работать на водяном паре, получаемом по способу, описанному в патенте № RU 225104 С2 «Способ получения пара из воды в паровой машине».
10. Способность работать на газе, получаемом от сгорания бензина, природного газа, солярки, спирта вне турбопоршневого двигателя.
11. Способность работать на экологически чистом рабочем теле - на сжатом воздухе.
12. При работе турбопоршневого двигателя на сжатом воздухе, где для сжатия воздуха используется электроэнергия, вырабатываемая экологически чистыми источниками, такими как гидроэлектростанция, ветроэнергетическая станция, солнечная батарея, не загрязняется атмосфера.
Таким образом, турбопоршневой двигатель, содержащий ротор, помещенный в цилиндрический корпус, поршень, закрепленный на роторе и помещенный в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы, зубчатая шестерня на валу ротора зацеплена зубчатой шестерней одинакового диаметра на валу клапана, и поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач, отличается тем, что ротор, закрепленный на валу, имеет цилиндрическую форму и помещен в цилиндрический корпус, поршень, закрепленный на роторе по окружности, помещен в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы, сторона поршня, на которую может оказывать давление рабочее тело, имеет прямоугольную форму, клапан цилиндрической формы, закрепленный на валу и помещенный в отверстие в цилиндре, может вращаться в цилиндре, между клапаном и ротором имеется минимальный зазор, клапан может создавать закрытое пространство в цилиндре между поршнем и клапаном, клапан имеет вырез по окружности для пропуска поршня под клапаном и канал подачи рабочего тела, проходящий через вал клапана, при совмещении канала подачи рабочего тела на валу клапана с отверстием трубки подачи рабочего тела, идущей от аккумулятора рабочего тела, рабочее тело при открытом кране подачи рабочего тела может поступать в закрытое пространство цилиндра между клапаном и поршнем, поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач.
Схема одноцилиндрового турбопоршневого двигателя представлена в поперечном разрезе на фиг.1, в продольном разрезе на фиг.2, а схема двухцилиндрового турбопоршневого двигателя представлена в поперечном разрезе на фиг.3, в продольном разрезе на фиг.4,
где: 1 - корпус турбопоршневого двигателя;
2 - ротор цилиндрической формы;
3 - вал ротора;
4 - цилиндр - уширение цилиндрической формы в корпусе турбопоршневого двигателя, торцы цилиндра закрыты и с корпусом двигателя составляют жесткую конструкцию;
5 - поршень, сторона поршня, на которую рабочее тело может оказывать давление, имеет прямоугольную форму;
6 - корпус клапана;
7 - клапан цилиндрической формы;
8 - вырез по окружности на клапане;
9 - вал клапана;
10 - канал для подачи рабочего тела;
11 - зубчатая шестерня;
12 - трубка подачи рабочего тела, соединена с аккумулятором рабочего тела, аккумулятор рабочего тела - баллон, наполненный сжатым воздухом, газом, паром в зависимости от выбора рабочего тела;
13 - кран подачи рабочего тела;
14 - отверстие для выпуска рабочего тела;
15 - маховик.
Одноцилиндровый турбопоршневой двигатель, представленный на фиг.1 и фиг.2, работает следующим образом.
Ротор 2 помещен в цилиндрический корпус 1, торцы цилиндрического корпуса закрыты. В середине цилиндрического корпуса 1, где вращается ротор 2, имеется цилиндрическое уширение - цилиндр 4, где вращается поршень 5, закрепленный на роторе 2.
В верхней части цилиндра 4 имеется отверстие, где помещен клапан 7 на валу 9.
Между вращающимся клапаном 7 и вращающимся ротором 2 имеется минимальный зазор. Крутящий момент от вала 3 ротора на вал 9 клапана передается через зубчатые шестерни 11 одинакового диаметра. Поршень 5 вращает ротор 2 по часовой стрелке, а клапан 7 вращается против часовой стрелки. Клапан 7 имеет вырез 8 по окружности для пропуска поршня 5 под вращающимся клапаном 7 и выпуска рабочего тела после рабочего хода. Когда поршень 5, вращаясь в цилиндре 4, пройдет под вращающимся клапаном 7 и вырез 8 клапана минует вращающийся ротор 2, клапан 7, закрывает открытое пространство между ротором 2 и клапаном 7 как показано на фиг.1. В цилиндре 4 между клапаном 7, стенкой цилиндра 4, торцы которой закрыты, поршнем 5 и ротором 2 создается закрытое пространство. В этот момент отверстие канала 10 подачи рабочего тела на валу 9 совмещается с отверстием трубки 12 подачи рабочего тела, идущей от аккумулятора рабочего тела, и при открытом кране 13 подачи рабочего тела рабочее тело поступает в закрытое пространство цилиндра между клапаном 7 и поршнем 5 через канал 10 подачи рабочего тела. Рабочее тело подается в течение времени на 15° поворота поршня 5 и ротора 2 по часовой стрелке. В закрытом пространстве в цилиндре 4 между клапаном 7 поршнем 5 рабочее тело расширяется и перемещает поршень 5 по окружности цилиндра 4, и поршень 5, закрепленный на роторе 2, вращает ротор 2 с валом 3.
Поршень 5 под давлением рабочего тела в цилиндре 4 за один такт «Рабочий ход» перемещается на угол более 300°, вращая при этом ротор 2 с валом 3 ротора на тот же угол.
В конце рабочего хода, вращаясь против часовой стрелки, вырез по окружности на клапане 7 подходит к ротору 2 в цилиндре 4 и открывает закрытое пространство в цилиндре 4 между клапаном 7 и поршнем 5.
Выпуск рабочего тела после такта «Рабочий ход» происходит за время, в течение которого поршень 5 и ротор 2 поворачиваются на угол 50° по часовой стрелке.
Так далее чередуются такты «Рабочий ход» и «Выпуск» в цилиндре 4 с поршнем 5 и клапаном 7. Для начала движения ротора, поршня и клапана применяют электродвигатель.
Детали, совершающие вращательное движение, уравновешиваются. Герметичность цилиндра 4 достигается точным изготовлением и уплотнением деталей.
Диаграмма фаз газораспределения в цилиндре турбопоршневого двигателя представлена на фиг.5.
Частный случай - двухцилиндровый турбопоршневой двигатель.
На фиг.3 и фиг.4 представлена схема двухцилиндрового турбопоршневого двигателя.
Аккумулятор рабочего тела наполнен сжатым воздухом давлением 200 атм. Через редуктор снижения давления до 10 атм сжатый воздух подается по трубке 12 подачи рабочего тела в цилиндры 4 при открытом кране 13 подачи рабочего тела через клапаны 7 цилиндрической формы. Рабочий ход в одном из цилиндров начинается в тот момент, когда вращающийся клапан 7 закрывает цилиндр 4, и отверстие канала 10 для подачи рабочего тела на валу клапана 7 совмещается с отверстием трубки 12 подачи рабочего тела. Поршни 5 закреплены на роторе по окружности со смещением на 180°. Когда в одном из цилиндров продолжается рабочий ход и поршень под давлением сжатого воздуха поворачивает ротор на угол 180° от начала рабочего хода, то в другом цилиндре начинается рабочий ход.
Поршень 5, закрепленный на роторе 2, поворачивает непосредственно, без промежуточных передач ротор 2 с валом 3 за один такт «Рабочий ход» на угол больше 300°. Таким образом, в любой момент времени при подаче сжатого воздуха в двухцилиндровом турбопоршневом двигателе будет рабочий ход.
Ротор 2 вращается по часовой стрелке, и крутящий момент от вала 3 ротора передается на вал 9 клапана через зубчатые шестерни 11 одинакового диаметра, то клапан 7 будет вращаться против часовой стрелки.
Для начала вращения ротора 2 в момент запуска двигателя в цилиндры 4 подают сжатый воздух через трубку с краном подачи рабочего тела при запуске, и в одном из цилиндров 4 непременно будет идти рабочий ход, что приведет к первоначальному вращению ротора 2 и запуску двигателя при открытом кране 13 подачи рабочего тела.
Технические характеристики двухцилиндрового турбопоршневого двигателя представлены в таблице.
Диаграмма изменения давления в цилиндрах в зависимости от угла поворота вала ротора в двухцилиндровом турбопоршневом двигателе представлена на фиг.6,
где: 16 - показания давления в первом цилиндре. На фиг.4 первый цилиндр показан слева, 17 - показания давления во втором цилиндре.
| Таблица технических характеристик двухцилиндрового турбопоршневого двигателя «Пул-кар» | |
| Параметры | Величины |
| Число цилиндров | 2 |
| Диаметр ротора, мм | 312 |
| Диаметр цилиндра, мм | 360 |
| Диаметр клапана, мм | 180 |
| Площадь поршня, мм 2 | 2880 |
| Рабочее давление в цилиндре в начале такта «Рабочий ход», атм | 10 |
| Число вращения вала ротора за одну минуту | до 1500 |
| Объем аккумулятора сжатого воздуха - баллона, л | 50 |
| Количество баллонов | 5 |
| Максимальное давление сжатого воздуха в баллоне, атм | 200 |
1. Турбопоршневой двигатель, содержащий ротор, помещенный в цилиндрический корпус, поршень, закрепленный на роторе и помещенный в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы, зубчатая шестерня на валу ротора зацеплена зубчатой шестерней одинакового диаметра на валу клапана и поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач, отличающийся тем, что ротор, закрепленный на валу, имеет цилиндрическую форму и помещен в цилиндрический корпус, поршень, закрепленный на роторе по окружности, помещен в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы, сторона поршня, на которую может оказывать давление рабочее тело, имеет прямоугольную форму, клапан цилиндрической формы, закрепленный на валу и помещенный в отверстие в цилиндре, может вращаться в цилиндре, между клапаном и ротором имеется минимальный зазор, клапан может создавать закрытое пространство в цилиндре между поршнем и клапаном, клапан имеет вырез по окружности для пропуска поршня под клапаном и канал подачи рабочего тела, проходящий через вал клапана, при совмещении канала подачи рабочего тела на валу клапана с отверстием трубки подачи рабочего тела, идущей от аккумулятора рабочего тела, рабочее тело при открытом кране подачи рабочего тела может поступать в закрытое пространство цилиндра между клапаном и поршнем, поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач.
2. Турбопоршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что за один такт «Рабочий ход» поршень под действием энергии рабочего тела поворачивает ротор с валом на угол более 300°.
3. Турбопоршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что способен работать на сжатом воздухе, на газе, получаемом от сгорания бензина, природного газа, солярки, спирта вне турбопоршневого двигателя.
4. Турбопоршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что при работе турбопоршневого двигателя на сжатом воздухе, где для сжатия воздуха используется электроэнергия, вырабатываемая экологически чистыми источниками как гидроэлектростанция, ветроэнергетическая станция, солнечная батарея, не загрязняется атмосфера.
www.freepatent.ru
Турбопоршневой двигатель относится к области машиностроения энергетики, судостроения, авиастроения и предназначен для преобразования энергии рабочего тела в механическую работу, является логическим усовершенствованием турбопоршневого двигателя описанного В. Батленовым в патентах на изобретение RU 
2364726 и RU 2454545. Полезная модель разработана для уменьшения размера - длины и удельного веса турбопоршневого двигателя, для уменьшения не эффективных затрат рабочего тела - сжатого воздуха, пара, газа, получаемого при сгорании жидкого или газообразного топлива вне турбопоршневого двигателя, жидкости и для приведения работы двигателя без резких скачков - выравнивание неравномерность работы двигателя, уменьшении вибрации. Уменьшение размера - длины и удельного веса многоцилиндрового турбопоршневого двигателя, уменьшение потерь рабочего тела не производящих полезную работу, ровная работа двигателя, уменьшение вибрации происходит с изменением подачи рабочего тела в цилиндры двигателя. Рабочее тело в цилиндры подают при помощи крана подачи рабочего тела размещенного в корпусе турбопоршневого двигателя рядом с цилиндрами, поочередно, в тот момент, когда поршень в цилиндре проходит под вырезом по окружности на клапане цилиндрической формы, а вырез по окружности на клапане цилиндрической формы минует цилиндр и рабочее тело проходит минимальное расстояние от крана подачи рабочего тела до цилиндра с минимальными потерями энергии и объема рабочего тела. Рабочее тело в следующий цилиндр начинают подавать до прекращения подачи рабочего тела в предыдущий цилиндр. Крутящий момент на кран подачи рабочего тела, для синхронной работы с поршнями, подают через зубчатые шестерни одинакового диаметра от вала ротора. Поршни в цилиндрах смещены относительно друг друга по кругу на равные расстояния и соответствует смещениям выемок, для подачи рабочего тела в цилиндры, на цилиндрической поверхности крана подачи рабочего тела. Размещение крана подачи рабочего тела в корпусе двигателя рядом с цилиндрами позволяет уменьшить размер - длину и удельный вес многоцилиндрового турбопоршневого двигателя. Техническим результатом является уменьшение размера - длины и удельного веса многоцилиндрового турбопоршневого двигателя, уменьшение потерь рабочего тела не производящих полезную работу, экономное использование энергии рабочего тела и ровная работа двигателя на всех оборотах с наименьшей вибрацией.
1. Название полезной модели.
«Турбопоршневой двигатель», Далее - полезная модель.
2. Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к областям машиностроения, энергетики, судостроения, авиастроения и предназначена для преобразования энергии рабочего тела в механическую работу.
3. Уровень техники.
Из уровня техники известен турбопоршневой двигатель содержащий ротор, поршень и клапан. Зубчатая шестерня на валу ротора зацеплена зубчатой шестерней одинакового диаметра на валу клапана. Поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач. Ротор, закрепленный на валу, имеет цилиндрическую форму и помещен в цилиндрический корпус. Поршень, закрепленный на роторе по окружности, помещен в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы. Сторона поршня, на которую может оказывать давление рабочее тело, имеет прямоугольную форму. Клапан цилиндрической формы, закрепленный на валу и помещенный в отверстие в цилиндре, может вращаться в цилиндре. Между клапаном и ротором имеется минимальный зазор. Клапан может создавать закрытое пространство в цилиндре между поршнем и клапаном. Клапан имеет вырез по окружности для пропуска поршня под клапаном и канал подачи рабочего тела, проходящий через вал клапана. При совмещении канала подачи рабочего тела на валу клапана с отверстием трубки подачи рабочего тела, идущей от аккумулятора рабочего тела, рабочее тело при открытом кране подачи рабочего тела может поступать в закрытое пространство цилиндра между клапаном и поршнем. За один такт «Рабочий ход» поршень под действием энергии рабочего тела поворачивает ротор с валом на угол более 300 градусов.
Источник информации:
Описание изобретения к патенту RU 2 364 726 C2.
Прототипом данной полезной модели является двигатель, описанный в патенте RU 2 364 726 C2 В. Батленовым в 2007 году.
Основные сходства данной полезной модели с аналогом.
1. Крутящий момент вала ротора в турбопоршневом двигателе создается путем подачи рабочего тела в цилиндр.
2. Клапан цилиндрической формы, закрепленный на валу и помещенный в отверстие в цилиндре, может вращаться в цилиндре. Между клапаном и ротором имеется минимальный зазор. Клапан цилиндрической формы может создавать закрытое пространство в цилиндре между поршнем и клапаном. Клапан имеет вырез по окружности для пропуска поршня под клапаном.
3. Зубчатая шестерня на валу ротора зацеплена зубчатой шестерней одинакового диаметра на валу клапана.
Основные недостатки турбопоршневого двигателя В. Батленова:
1. Устройство подачи рабочего тела в цилиндр турбопоршневого двигателя через вал клапана увеличивает размер - длину турбопоршневого двигателя.
2. Рабочее тело, проходя значительное расстояние через вал клапана по каналу для подачи рабочего тела, от крана подачи рабочего тела до цилиндра, теряет не эффективно часть своей энергии. Впуск рабочего тела в цилиндр происходит только короткий промежуток времени - за время поворота поршня на 15° и при больших оборотах ротора заданное количество рабочего тела не успевает поступить в цилиндр между поршнем и клапаном, что способствует уменьшению заданной мощности двигателя и при этом для эффективной работы двигателя подаваемое давление рабочего тела в цилиндры должно быть значительным, до 10 атм.
3. Резкие колебания давления рабочего тела в цилиндре вызывают неравномерность работы турбопоршневого двигателя.
4. Рабочее тело, со значительным давлением, оставшиеся в объемах канала подачи рабочего тела и выреза на клапане, после подачи в цилиндр турбопоршневого двигателя, при дальнейшем повороте клапана уходит в отверстие для выпуска рабочего тела без совершения полезной работы.
4. Раскрытие полезной модели.
Полезная модель разработана для уменьшения размера - длины и удельного веса турбопоршневого двигателя, для уменьшения не эффективных затрат рабочего тела - сжатого воздуха, пара, газа, жидкости и для приведения работы двигателя без резких скачков - выравнивание неравномерность работы двигателя, уменьшение вибрации, и является логическим усовершенствованием турбопоршневого двигателя описанного В. Батленовым в патентах на изобретение RU 2364726 и RU 2454545.
Существенные признаки характеризующие полезную модель и их отличие от аналога:
1. Длина турбопоршневого двигателя на 25% меньше от аналога при одинаковых технических характеристиках.
2. Равномерная работа турбопоршневого двигателя на всех оборотах с наименьшей вибрацией.
3. Рабочее тело подают в цилиндры между клапаном цилиндрической формы и поршнем, поочередно, при открытом кране для пуска двигателя при помощи крана подачи рабочего тела установленного в корпусе многоцилиндрового турбопоршневого двигателя рядом с цилиндрами, после того как поршень в цилиндре проходит под вырезом по окружности на клапане, а вырез по окружности на клапане минует цилиндр и рабочее тело проходит минимальное расстояние от крана подачи рабочего тела до цилиндра с минимальными потерями энергии и объема рабочего тела.
4. Подача рабочего тела в следующий цилиндр начинают до прекращения подачи рабочего тела в предыдущий цилиндр и когда рабочее тело поступает в цилиндр между поршнем и клапаном цилиндрической формы, расширяясь приводит в движение поршень в цилиндре и поршень передает вращательное движение, непосредственно, без промежуточных передач на ротор, создавая крутящий момент вала ротора и энергия рабочего тела превращается в механическую работу.
5. Зубчатые шестерни одинакового диаметра образуют зубчатую передачу для подачи крутящего момента от вала ротора на кран подачи рабочего тела и для синхронной работы ротора и поршня в цилиндре с краном подачи рабочего тела.
6. Зубчатые шестерни другого одинакового диаметра образуют зубчатую передачу для подачи крутящего момента от вала ротора на вал клапана цилиндрической формы и для синхронной работы клапана цилиндрической формы, ротора и поршня в каждом цилиндре.
7. Поршни в цилиндрах смещены относительно друг друга по кругу на равные расстояния и соответствуют смещениям выемок для подачи рабочего тела в цилиндры и вырезов для пропуска поршня под клапаном. Угол 
смещения поршней относительно друг друга в цилиндрах и смещения выемок подачи рабочего тела, вырезов по окружности на клапане относительно друг друга рассчитывается по формуле:
,
где: «n» - число дополнительно введенных цилиндров в аналог турбопоршневого двигателя;
(1+n) - общее количество цилиндров в турбопоршневом двигателе.
8. Каждый клапан цилиндрической формы имеет вырез по окружности на клапане для пропуска поршня под клапаном, в цилиндре.
9. Для пуска турбопоршневого двигателя не требуется дополнительного устройства или стартера, пуск и остановка двигателя осуществляется при помощи крана для пуска двигателя.
10. Турбопоршневой двигатель эффективно может работать на давлениях от 2 до 10 атм.
11. В турбопоршневом двигателе (1+n) роторов закреплены на одном валу ротора и (1+n) клапанов цилиндрической формы закреплены на одном валу клапана.
12. Число дополнительно введенных «n» цилиндров, «n» роторов, «n» поршней и «n» клапанов цилиндрической формы в аналог данной полезной модели зависит от требуемой мощности турбопоршневого двигателя и число «n» выбирают от 1 до 11 и от 11 до 99 для турбопоршневых двигателей большой мощности.
13. Турбопоршневой двигатель способен преобразовывать энергию рабочего тела - сжатого воздуха, пара, газа, получаемого при сгорании жидкого или газообразного топлива вне турбопоршневого двигателя и жидкости в механическую работу.
Техническим результатом является уменьшение размера - длины и удельного веса турбопоршневого двигателя, уменьшение потерь рабочего тела не производящих полезную работу, экономное использование энергии рабочего тела и ровная работа двигателя на всех оборотах, снижение вибрации двигателя.
Технический результат достигается тем, что в турбопоршневой двигатель, содержащий корпус в котором расположен цилиндр, ротор на валу, поршень, клапан цилиндрической формы на валу, где зубчатые шестерни одинакового диаметра образуют зубчатую передачу с возможностью передачи крутящего момента от вала ротора на вал клапана цилиндрической формы, введены дополнительно «n» цилиндров, расположенных в одном ряду друг за другом, при этом, роторы, поршнии клапаны цилиндрической формы введены по количеству «n» цилиндров и каждый клапан цилиндрической формы имеет вырез для пропуска поршня и еще дополнительно введены: впускной коллектор, кран для пуска двигателя, кран подачи рабочего тела цилиндрической формы, подшипники, при этом кран подачи рабочего тела расположен в корпусе на подшипниках рядом с цилиндрами и выполнен для каждого цилиндра с выемкой для подачи рабочего тела в цилиндр - на цилиндрической поверхности крана подачи рабочего тела, а корпус выполнен с окном подачи рабочего тела в цилиндр - для каждого цилиндра и с окном подачи рабочего тела в кран подачи рабочего тела - для каждого цилиндра, при чем, между корпусом и краном подачи рабочего тела имеется зазор, зубчатые шестерни одинакового диаметра образуют зубчатую передачу с возможностью передачи крутящего момента от вала ротора на кран подачи рабочего тела, при этом каждая выемка на кране подачи рабочего тела способна соединять окно подачи рабочего тела в кран подачи рабочего тела с окном подачи рабочего тела в цилиндр.
5. Краткое описание чертежей.
Перечень фигур с краткими пояснениями:
1. На фиг. 1 изображена схема четырехцилиндрового турбопоршневого двигателя в поперечном разрезе с краном подачи рабочего тела установленным в корпусе четырехцилиндрового турбопоршневого двигателя.
2. На фиг. 2 изображена схема крана подачи рабочего тела с впускным коллектором четырехцилиндрового турбопоршневого двигателя в продольном разрезе.
3. На фиг. 3 изображена диаграмма изменения давления в цилиндрах в зависимости от угла поворота вала ротора в четырехцилиндровом турбопоршневом двигателе.
Фиг. 1, где: 1 - ротор цилиндрической формы;
2 - вал ротора;
3 - поршень, на поршень оказывает давление рабочее тело в цилиндре и создает крутящий момент вала ротора;
4 - цилиндр, в цилиндре перемещается поршень под давлением рабочего тела;
5 - клапан цилиндрической формы;
6 - вал клапана;
7 - вырез по окружности на клапане для пропуска поршня под клапаном;
8 - корпус турбопоршневого двигателя;
9 - кран подачи рабочего тела цилиндрической формы с впускным коллектором, установлен в корпусе турбопоршневого двигателя, между цилиндрической поверхностью крана и корпусом двигателя имеется минимальный зазор;
10 - выемка для подачи рабочего тела в цилиндр на цилиндрической поверхности крана подачи рабочего тела;
11 - окно подачи рабочего тела в цилиндр;
12 - окно подачи рабочего тела в кран подачи рабочего тела цилиндрической формы;
13 - рабочее тело - сжатый воздух, пар, газы получаемые при сгорании жидкого или газообразного топлива вне турбопоршневого двигателя, жидкость;
14 - отверстие для выпуска отработанного рабочего тела.
Фиг. 2, где: 15 - подшипник, в корпусе турбопоршневого двигателя кран подачи рабочего тела цилиндрической формы вращается на подшипниках;
16 - впускной коллектор, предназначен для подачи рабочего тела в окна подачи рабочего тела крана подачи рабочего тела цилиндрической формы;
17 - кран для пуска двигателя;
18 - зубчатая шестерня, зубчатые шестерни образуют зубчатые передачи;
Фиг. 3, где: 19 - диаграмма изменения давления в первом цилиндре в зависимости от угла поворота вала ротора в четырехцилиндровом турбопоршневом двигателе;
20 - диаграмма изменения давления в четвертом цилиндре в зависимости от угла поворота вала ротора в четырехцилиндровом турбопоршневом двигателе;
21 - диаграмма изменения давления во втором цилиндре в зависимости от угла поворота вала ротора в четырехцилиндровом турбопоршневом двигателе;
22 - диаграмма изменения давления в третьем цилиндре в зависимости от угла поворота вала ротора в четырехцилиндровом турбопоршневом двигателе.
6. Осуществление полезной модели.
Частный случай -четырехцилиндровый турбопоршневой двигатель. Технические характеристики четырехцилиндрового турбопоршневого двигателя «Пул-кар» представлены в таблице.
В четырехцилиндровом турбопоршневом двигателе четыре цилиндра 4 размещены в одном ряду друг за другом. В корпусе 8 двигателя, рядом с цилиндрами 4 установлен кран 9 подачи рабочего тела 13 на подшипниках 15. Между цилиндрической поверхностью крана 9 и корпуса 8 имеется минимальный зазор. На цилиндрической поверхности крана 9 напротив каждого цилиндра 4 имеется выемка 10 для подачи рабочего тела 13 в цилиндр 4. На цилиндрической поверхности крана 9 с обеих сторон выемки 10 имеются уплотнительные кольца, а между ними канал подачи смазки на цилиндрическую поверхность крана 9. Три зубчатые шестерни 18 одинакового диаметра, установленные: одна - на валу 2 ротора 1, следующая - на оси с подшипником 15 закрепленном на корпусе 8 между валом 2 ротора 1 и краном 9, другая - на кране 9, образуют зубчатую передачу для передачи крутящего момента от вала 2 ротора 1 на кран 9. Зубчатая шестерня 18 установленная на валу 2 ротора 1 и зубчатая шестерня 18 такового же диаметра установленная на валу 6 клапана 5 образуют зубчатую передачу для передачи крутящего момента от вала 2 ротора 1 на вал 6 клапана 5. В корпусе 8, где размещен кран 9 для каждого цилиндра 4 имеется окно 11 для подачи рабочего тела 13 в цилиндр 4 и окно 12 подачи рабочего тела 13 в кран 9 соответственно для каждого цилиндра 4. При открытом кране 17 для пуска двигателя, рабочее тело 13, из аккумулятора рабочего тела 13 через редуктор по впускному коллектору 16 поступает в окна 12 подачи рабочего тела 13 в кран 9. Рабочее тело 13 в цилиндры 4 поступает поочередно, в тот момент, когда поршень 3 в цилиндре 4 проходит под вырезом 7 по окружности на клапане 5 цилиндрической формы, а вырез 7 по окружности на клапане 5 минует цилиндр 4 и когда выемка 10 на цилиндрической поверхности крана 9 совершая вращательное движение соединяет окно 11 подачи рабочего тела 13 в цилиндр 4 с окном 12 подачи рабочего тела 13 в кран 9. Рабочее тело 13 подают в цилиндр 4 в течении времени поворота вала 2 ротора 1 на угол 100°. Рабочее тело 13 в следующий цилиндр 4 начинают подавать до прекращения подачи рабочего тела 13 в предыдущий цилиндр 4. Поршни 3 в цилиндрах 4 смещены равномерно относительно друг друга по кругу на угол 90° и соответствуют смещениям выемок 10 для подачи рабочего тела 13 в цилиндры 4. Порядок подачи рабочего тела 13 в цилиндры 4:1-4-2-3. Когда рабочее тело 13, поступает в цилиндр 4 между поршнем 3 и клапаном 5, расширяясь приводит в движение поршень 3 в цилиндре 4 и поршень 3 передает вращательное движение, непосредственно, без промежуточных передач на ротор 1, создавая крутящий момент вала 2 ротора 1 и энергия рабочего тела 13 превращается в механическую работу. Объем подачи рабочего тела 13 в цилиндры 4 регулируют краном 17. Отработанное рабочее тело 13 выходит из цилиндра 4 через отверстие 14 для выпуска отработанного рабочего тела 13 в выпускной коллектор, а затем - в атмосферу. Аккумулятор рабочего тела 13 периодически пополняют рабочим телом 13. Четырехцилиндровый двигатель способен преобразовать энергию рабочего тела 13 - сжатого воздуха в механическую работу.
Технический результат в основном достигается введением в аналог полезной модели, дополнительно, трех цилиндров 4, трех поршней 3, трех роторов 1, трех клапанов 5 и размещением крана 9 подачи рабочего тела 13 рядом с цилиндрами 4 и при этом в четырехцилиндровом турбопоршневом двигателе четыре ротора 1 закреплены на одном валу 2 ротора 1, а четыре клапана 5 закреплены на одном валу 6 клапана 5. В каждый цилиндре 4 помещен один поршень 3, закрепленный на роторе 1 и один клапан 5 цилиндрической формы.
| Таблица технических характеристик четырехцилиндрового турбопоршневого двигателя «Пул-кар» | |
| Параметры | Величины |
| 1. Число цилиндров | 4 |
| 2. Диаметр ротора, мм | 200 |
| 3. Диаметр клапана, мм | 200 |
| 4. Диаметр цилиндра, мм | 300 |
| 5. Площадь поршня, мм2 | 2500 |
| 6. Рабочее тело - сжатый воздух |  |
| 7. Давление сжатого воздуха в цилиндре в начале | |
| такта «Рабочий ход», атм | от 2 до 10 |
| 8. Объем аккумулятора сжатого воздуха - баллона высокого давления до 200 атм, л | 100 |
| 9. Крутящий момент на валу ротора при подачи в цилиндры рабочего тела давлением 4 атм, кгс × м | 26 |
| 10. Крутящий момент на валу ротора при подачи в | |
| цилиндры рабочего тела давлением 10 атм, кгс × м | 64 |
1. Турбопоршневой двигатель, содержащий корпус, в котором расположен цилиндр, ротор на валу, поршень, клапан цилиндрической формы на валу, зубчатые шестерни одинакового диаметра образуют зубчатую передачу с возможностью передачи крутящего момента от вала ротора на вал клапана цилиндрической формы, отличающийся тем, что введены дополнительно "n" цилиндров, расположенных в одном ряду друг за другом, при этом роторы, поршни, клапаны цилиндрической формы введены по количеству "n" цилиндров, и каждый клапан цилиндрической формы имеет вырез для пропуска поршня под клапаном и еще дополнительно введены: впускной коллектор, кран для пуска двигателя, кран подачи рабочего тела цилиндрической формы, подшипники, при этом кран подачи рабочего тела расположен в корпусе на подшипниках рядом с цилиндрами и выполнен для каждого цилиндра с выемкой для подачи рабочего тела в цилиндр - на цилиндрической поверхности крана подачи рабочего тела, а корпус выполнен с окном подачи рабочего тела в цилиндр - для каждого цилиндра и с окном подачи рабочего тела в кран подачи рабочего тела - для каждого цилиндра, причем между корпусом и краном подачи рабочего тела имеется зазор, зубчатые шестерни одинакового диаметра образуют зубчатую передачу с возможностью передачи крутящего момента от вала ротора на кран подачи рабочего тела, при этом каждая выемка на кране подачи рабочего тела способна соединять окно подачи рабочего тела в кран подачи рабочего тела с окном подачи рабочего тела в цилиндр.
2. Турбопоршневой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что (1+n) роторов закреплены на одном валу ротора, и (1+n) клапанов цилиндрической формы закреплены на одном валу клапана.
3. Турбопоршневой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что число дополнительно введенных "n" цилиндров, "n" роторов, "n" поршней и "n" клапанов цилиндрической формы зависит от требуемой мощности турбопоршневого двигателя и число "n" выбирают от 1 до 11 и от 11 до 99 для турбопоршневых двигателей большой мощности.
4. Турбопоршневой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что поршни в цилиндрах смещены относительно друг друга по кругу на равные расстояния и соответствуют смещениям выемок для подачи рабочего тела в цилиндры и вырезов для пропуска поршня под клапаном.
5. Турбопоршневой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что турбопоршневой двигатель способен преобразовывать энергию рабочего тела - сжатого воздуха, пара, газа, получаемого при сгорании жидкого или газообразного топлива вне турбопоршневого двигателя, и жидкости в механическую работу.
poleznayamodel.ru
Изобретение относится к машиностроению. Турбопоршневой двигатель содержит ротор, поршень и клапан. Зубчатая шестерня на валу ротора зацеплена зубчатой шестерней одинакового диаметра на валу клапана. Поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач. Ротор, закрепленный на валу, имеет цилиндрическую форму и помещен в цилиндрический корпус. Поршень, закрепленный на роторе по окружности, помещен в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы. Сторона поршня, на которую может оказывать давление рабочее тело, имеет прямоугольную форму. Клапан цилиндрической формы, закрепленный на валу и помещенный в отверстие в цилиндре, может вращаться в цилиндре. Между клапаном и ротором имеется минимальный зазор. Клапан может создавать закрытое пространство в цилиндре между поршнем и клапаном. Клапан имеет вырез по окружности для пропуска поршня под клапаном и канал подачи рабочего тела, проходящий через вал клапана. При совмещении канала подачи рабочего тела на валу клапана с отверстием трубки подачи рабочего тела, идущей от аккумулятора рабочего тела, рабочее тело при открытом кране подачи рабочего тела может поступать в закрытое пространство цилиндра между клапаном и поршнем. За один такт «Рабочий ход» поршень под действием энергии рабочего тела поворачивает ротор с валом на угол более 300 градусов. Техническим результатом является создание двигателя. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
1. Название изобретения.
«Турбопоршневой двигатель». Далее - Изобретение.
2. Область техники, к которой относится Изобретение.
Изобретение преимущественно относится к области машиностроения.
3. Уровень техники.
Из уровня техники известны следующие устройства для преобразования энергии рабочего тела в механическую работу.
Двигатель - энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. В зависимости от типа двигателя работа может быть получена от вращающегося ротора, возвратно-поступательно движущегося поршня или от реактивного аппарата. Двигатели приводят в действие рабочие машины, транспортные средства сухопутного, водного, воздушного и космического назначения, производственно-технологической установки, коммунальные и бытовые приборы. Двигатели, непосредственно преобразующие природные энергетические ресурсы в механическую энергию, называются первичными.
Источник информации:
Большая Советская энциклопедия. Том 7. - М.: Советская энциклопедия, 1975. - С.574.
Поршневая машина - устройство, в котором основные функции по преобразованию энергии рабочего тела выполняет поршень. При его движении вместе с изменением объема камеры, которую он образует с цилиндром поршневой машины, изменяются параметры - давление, температура рабочего тела. При работе поршневой машины энергия рабочего тела может понижаться или повышаться. Впуск и выпуск рабочего тела в цилиндр поршневой машины регулируются распределительным устройством с помощью клапанов, золотников или самого поршня.
Для поршневой машины характерна цикличность и прерывистость рабочего процесса. В большинстве поршневых машин поршень связан с коленчатым валом кривошипным механизмом, с помощью которого возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение вала. Из-за цикличности рабочего процесса и наличия кривошипного механизма поршневые машины не так быстроходны, как лопаточные машины, они имеют большую удельную массу и большие потери на трение.
Источник информации:
Большая Советская энциклопедия. Том 20. - М.: Советская энциклопедия, 1975. - С.404.
Поршень - подвижная деталь поршневой машины, перекрывающая поперечное сечение ее цилиндра и перемещающаяся в направлении его оси. В двигателях, силовых цилиндрах, прессах поршень передает давление рабочего тела движущимся частям.
Источник информации:
Большая Советская энциклопедия. Том 20. - М.: Советская энциклопедия, 1975. - С.404.
Паровая машина - первичный поршневой двигатель, в котором потенциальная энергия сжатого водяного пара преобразуется в механическую работу.
Источник информации:
Большой энциклопедический словарь. Политехнический. - М.: Большой энциклопедический словарь, 2000. - С.360.
Турбина - первичный двигатель с чисто вращательным движением рабочего органа - ротора и непрерывным рабочим процессом, преобразующий в механическую работу кинетическую энергию подводимого рабочего тела - пара, газа или воды.
Прежде всего, паровая турбина начала вытеснять отжившую свой век паровую машину. Она позволяла преобразовывать энергию пара во вращательное движение вала непосредственно, без промежуточных передач, поэтому имела КПД значительно выше, чем у паровой машины.
Источник информации:
1. Большая Советская энциклопедия. Том 26. - М.: Советская энциклопедия, 1975. - С.320.
2. Дятчин Н.И. История развития техники: Учебное пособие. - Ростов н/Д: Феникс, 2001. - С.219.
Ванкеля двигатель - роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого разработана в 1957 инженером Ф.Ванкелем. Особенность двигателя - применение вращающегося ротора-поршня, размещенного внутри цилиндра, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде. Установленный на валу ротор жестко соединен с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестерней. Ротор с зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг шестерни. Его грани при этом скользят по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объемы камер в цилиндре. Такая конструкция позволяет осуществить 4-тактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами.
Источник информации:
Большая Советская энциклопедия. Том 4. - М.: Советская энциклопедия, 1975. - С.289, 290.
Аналогом данного Изобретения является двигатель, описанный в патенте US 817814 A Карлом Штальгреном в 1906 году.
Основные сходства данного Изобретения с двигателем Карла Штальгрена:
1. Поршень вращается внутри цилиндра.
2. Клапан цилиндрической формы.
3. Зубчатая шестерня на валу ротора зацеплена зубчатой шестерней одинакового диаметра на валу клапана.
4. Поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор без промежуточных передач.
Недостатки двигателя Карла Штальгрена:
1. Диаметр вращения поршня равен диаметру клапана, что отрицательно влияет на мощность двигателя.
2. Поршень имеет семь сторон, которыми соприкасается со стенками цилиндра, что ухудшает герметичность цилиндра.
3. Клапан цилиндрической формы имеет два выреза, один - для пропуска поршня, второй - для подачи рабочего тела, что увеличивает угол поворота поршня в цилиндре холостым ходом.
4. Клапан цилиндрической формы в корпусе вращается на неподвижной гильзе, что отрицательно влияет на срок службы двигателя и применение различных рабочих тел для работы двигателя.
1. Сущность изобретения.
Изобретение направлено на создание турбопоршневого двигателя преимущественно для транспортных средств:
1) способного преобразовывать, подобно турбине, энергию рабочего тела во вращательное движение вала непосредственно, без промежуточных передач;
2) с вращающимся в цилиндре с клапаном поршнем, закрепленным по окружности на роторе цилиндрической формы;
3) с вращающимся клапаном для регулировки подачи и выпуска рабочего тела.
Цель изобретения - расширение арсенала технических средств: двигателей для преобразования энергии рабочего тела - пара, газа, сжатого воздуха в механическую работу.
Существенными признаками, характеризующими изобретение, являются:
1. Под действием энергии рабочего тела поршень в цилиндре совершает только вращательное движение, и потенциальная энергия рабочего тела превращается в механическую работу.
2. За один такт «Рабочий ход» под действием энергии рабочего тела поршень, закрепленный на роторе, поворачивает ротор с валом на угол больше 300°.
3. Значительно большой крутящий момент в начале рабочего хода.
4. Эффективная работа при давлении рабочего тела ниже среднего.
5. Надежность и длительный срок работы двигателя.
6. Получение большой агрегатной мощности, увеличивая диаметр ротора, площадь поршня, давления рабочего тела и количество цилиндров с поршнем.
7. Способность устойчиво работать при очень малых частотах вращения ротора с большим крутящим моментом.
8. При наличии двух цилиндров с поршнем в любой момент времени при подаче рабочего тела в одном из цилиндров будет рабочий ход.
9. Способность работать на водяном паре, получаемом по способу, описанному в патенте № RU 225104 С2 «Способ получения пара из воды в паровой машине».
10. Способность работать на газе, получаемом от сгорания бензина, природного газа, солярки, спирта вне турбопоршневого двигателя.
11. Способность работать на экологически чистом рабочем теле - на сжатом воздухе.
12. При работе турбопоршневого двигателя на сжатом воздухе, где для сжатия воздуха используется электроэнергия, вырабатываемая экологически чистыми источниками, такими как гидроэлектростанция, ветроэнергетическая станция, солнечная батарея, не загрязняется атмосфера.
Таким образом, турбопоршневой двигатель, содержащий ротор, помещенный в цилиндрический корпус, поршень, закрепленный на роторе и помещенный в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы, зубчатая шестерня на валу ротора зацеплена зубчатой шестерней одинакового диаметра на валу клапана, и поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач, отличается тем, что ротор, закрепленный на валу, имеет цилиндрическую форму и помещен в цилиндрический корпус, поршень, закрепленный на роторе по окружности, помещен в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы, сторона поршня, на которую может оказывать давление рабочее тело, имеет прямоугольную форму, клапан цилиндрической формы, закрепленный на валу и помещенный в отверстие в цилиндре, может вращаться в цилиндре, между клапаном и ротором имеется минимальный зазор, клапан может создавать закрытое пространство в цилиндре между поршнем и клапаном, клапан имеет вырез по окружности для пропуска поршня под клапаном и канал подачи рабочего тела, проходящий через вал клапана, при совмещении канала подачи рабочего тела на валу клапана с отверстием трубки подачи рабочего тела, идущей от аккумулятора рабочего тела, рабочее тело при открытом кране подачи рабочего тела может поступать в закрытое пространство цилиндра между клапаном и поршнем, поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач.
Схема одноцилиндрового турбопоршневого двигателя представлена в поперечном разрезе на фиг.1, в продольном разрезе на фиг.2, а схема двухцилиндрового турбопоршневого двигателя представлена в поперечном разрезе на фиг.3, в продольном разрезе на фиг.4,
где: 1 - корпус турбопоршневого двигателя;
2 - ротор цилиндрической формы;
3 - вал ротора;
4 - цилиндр - уширение цилиндрической формы в корпусе турбопоршневого двигателя, торцы цилиндра закрыты и с корпусом двигателя составляют жесткую конструкцию;
5 - поршень, сторона поршня, на которую рабочее тело может оказывать давление, имеет прямоугольную форму;
6 - корпус клапана;
7 - клапан цилиндрической формы;
8 - вырез по окружности на клапане;
9 - вал клапана;
10 - канал для подачи рабочего тела;
11 - зубчатая шестерня;
12 - трубка подачи рабочего тела, соединена с аккумулятором рабочего тела, аккумулятор рабочего тела - баллон, наполненный сжатым воздухом, газом, паром в зависимости от выбора рабочего тела;
13 - кран подачи рабочего тела;
14 - отверстие для выпуска рабочего тела;
15 - маховик.
Одноцилиндровый турбопоршневой двигатель, представленный на фиг.1 и фиг.2, работает следующим образом.
Ротор 2 помещен в цилиндрический корпус 1, торцы цилиндрического корпуса закрыты. В середине цилиндрического корпуса 1, где вращается ротор 2, имеется цилиндрическое уширение - цилиндр 4, где вращается поршень 5, закрепленный на роторе 2.
В верхней части цилиндра 4 имеется отверстие, где помещен клапан 7 на валу 9.
Между вращающимся клапаном 7 и вращающимся ротором 2 имеется минимальный зазор. Крутящий момент от вала 3 ротора на вал 9 клапана передается через зубчатые шестерни 11 одинакового диаметра. Поршень 5 вращает ротор 2 по часовой стрелке, а клапан 7 вращается против часовой стрелки. Клапан 7 имеет вырез 8 по окружности для пропуска поршня 5 под вращающимся клапаном 7 и выпуска рабочего тела после рабочего хода. Когда поршень 5, вращаясь в цилиндре 4, пройдет под вращающимся клапаном 7 и вырез 8 клапана минует вращающийся ротор 2, клапан 7, закрывает открытое пространство между ротором 2 и клапаном 7 как показано на фиг.1. В цилиндре 4 между клапаном 7, стенкой цилиндра 4, торцы которой закрыты, поршнем 5 и ротором 2 создается закрытое пространство. В этот момент отверстие канала 10 подачи рабочего тела на валу 9 совмещается с отверстием трубки 12 подачи рабочего тела, идущей от аккумулятора рабочего тела, и при открытом кране 13 подачи рабочего тела рабочее тело поступает в закрытое пространство цилиндра между клапаном 7 и поршнем 5 через канал 10 подачи рабочего тела. Рабочее тело подается в течение времени на 15° поворота поршня 5 и ротора 2 по часовой стрелке. В закрытом пространстве в цилиндре 4 между клапаном 7 поршнем 5 рабочее тело расширяется и перемещает поршень 5 по окружности цилиндра 4, и поршень 5, закрепленный на роторе 2, вращает ротор 2 с валом 3.
Поршень 5 под давлением рабочего тела в цилиндре 4 за один такт «Рабочий ход» перемещается на угол более 300°, вращая при этом ротор 2 с валом 3 ротора на тот же угол.
В конце рабочего хода, вращаясь против часовой стрелки, вырез по окружности на клапане 7 подходит к ротору 2 в цилиндре 4 и открывает закрытое пространство в цилиндре 4 между клапаном 7 и поршнем 5.
Выпуск рабочего тела после такта «Рабочий ход» происходит за время, в течение которого поршень 5 и ротор 2 поворачиваются на угол 50° по часовой стрелке.
Так далее чередуются такты «Рабочий ход» и «Выпуск» в цилиндре 4 с поршнем 5 и клапаном 7. Для начала движения ротора, поршня и клапана применяют электродвигатель.
Детали, совершающие вращательное движение, уравновешиваются. Герметичность цилиндра 4 достигается точным изготовлением и уплотнением деталей.
Диаграмма фаз газораспределения в цилиндре турбопоршневого двигателя представлена на фиг.5.
Частный случай - двухцилиндровый турбопоршневой двигатель.
На фиг.3 и фиг.4 представлена схема двухцилиндрового турбопоршневого двигателя.
Аккумулятор рабочего тела наполнен сжатым воздухом давлением 200 атм. Через редуктор снижения давления до 10 атм сжатый воздух подается по трубке 12 подачи рабочего тела в цилиндры 4 при открытом кране 13 подачи рабочего тела через клапаны 7 цилиндрической формы. Рабочий ход в одном из цилиндров начинается в тот момент, когда вращающийся клапан 7 закрывает цилиндр 4, и отверстие канала 10 для подачи рабочего тела на валу клапана 7 совмещается с отверстием трубки 12 подачи рабочего тела. Поршни 5 закреплены на роторе по окружности со смещением на 180°. Когда в одном из цилиндров продолжается рабочий ход и поршень под давлением сжатого воздуха поворачивает ротор на угол 180° от начала рабочего хода, то в другом цилиндре начинается рабочий ход.
Поршень 5, закрепленный на роторе 2, поворачивает непосредственно, без промежуточных передач ротор 2 с валом 3 за один такт «Рабочий ход» на угол больше 300°. Таким образом, в любой момент времени при подаче сжатого воздуха в двухцилиндровом турбопоршневом двигателе будет рабочий ход.
Ротор 2 вращается по часовой стрелке, и крутящий момент от вала 3 ротора передается на вал 9 клапана через зубчатые шестерни 11 одинакового диаметра, то клапан 7 будет вращаться против часовой стрелки.
Для начала вращения ротора 2 в момент запуска двигателя в цилиндры 4 подают сжатый воздух через трубку с краном подачи рабочего тела при запуске, и в одном из цилиндров 4 непременно будет идти рабочий ход, что приведет к первоначальному вращению ротора 2 и запуску двигателя при открытом кране 13 подачи рабочего тела.
Технические характеристики двухцилиндрового турбопоршневого двигателя представлены в таблице.
Диаграмма изменения давления в цилиндрах в зависимости от угла поворота вала ротора в двухцилиндровом турбопоршневом двигателе представлена на фиг.6,
где: 16 - показания давления в первом цилиндре. На фиг.4 первый цилиндр показан слева, 17 - показания давления во втором цилиндре.
| Таблица технических характеристик двухцилиндрового турбопоршневого двигателя «Пул-кар» | |
| Параметры | Величины |
| Число цилиндров | 2 |
| Диаметр ротора, мм | 312 |
| Диаметр цилиндра, мм | 360 |
| Диаметр клапана, мм | 180 |
| Площадь поршня, мм2 | 2880 |
| Рабочее давление в цилиндре в начале такта «Рабочий ход», атм | 10 |
| Число вращения вала ротора за одну минуту | до 1500 |
| Объем аккумулятора сжатого воздуха - баллона, л | 50 |
| Количество баллонов | 5 |
| Максимальное давление сжатого воздуха в баллоне, атм | 200 |
1. Турбопоршневой двигатель, содержащий ротор, помещенный в цилиндрический корпус, поршень, закрепленный на роторе и помещенный в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы, зубчатая шестерня на валу ротора зацеплена зубчатой шестерней одинакового диаметра на валу клапана и поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач, отличающийся тем, что ротор, закрепленный на валу, имеет цилиндрическую форму и помещен в цилиндрический корпус, поршень, закрепленный на роторе по окружности, помещен в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы, сторона поршня, на которую может оказывать давление рабочее тело, имеет прямоугольную форму, клапан цилиндрической формы, закрепленный на валу и помещенный в отверстие в цилиндре, может вращаться в цилиндре, между клапаном и ротором имеется минимальный зазор, клапан может создавать закрытое пространство в цилиндре между поршнем и клапаном, клапан имеет вырез по окружности для пропуска поршня под клапаном и канал подачи рабочего тела, проходящий через вал клапана, при совмещении канала подачи рабочего тела на валу клапана с отверстием трубки подачи рабочего тела, идущей от аккумулятора рабочего тела, рабочее тело при открытом кране подачи рабочего тела может поступать в закрытое пространство цилиндра между клапаном и поршнем, поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач.
2. Турбопоршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что за один такт «Рабочий ход» поршень под действием энергии рабочего тела поворачивает ротор с валом на угол более 300°.
3. Турбопоршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что способен работать на сжатом воздухе, на газе, получаемом от сгорания бензина, природного газа, солярки, спирта вне турбопоршневого двигателя.
4. Турбопоршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что при работе турбопоршневого двигателя на сжатом воздухе, где для сжатия воздуха используется электроэнергия, вырабатываемая экологически чистыми источниками как гидроэлектростанция, ветроэнергетическая станция, солнечная батарея, не загрязняется атмосфера.
www.findpatent.ru
Турбопоршневой двигатель содержит корпус, расположенные в его полости поршневые цилиндры с камерами сгорания и общей крышкой цилиндров, газораспределительное устройство с приводом управления выхлопными клапанами, направляющий аппарат, газовую турбину с рабочим колесом и механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, выполненный в виде маховика. Турбопоршневой двигатель дополнительно оснащен гидромотором, смонтированным в нижней его части и соединенным с гидронасосом. Газовая турбина установлена в корпусе с возможностью свободного вращения относительно вертикальной оси. Внутренняя часть рабочего колеса турбины имеет полость, в которой консольно размещены хвостовики лопаток. Наружная часть рабочего колеса выполнена в виде конической шестерни. Маховик механизма преобразования движения кинематически связан с гидромотором. Маховик выполнен состоящим из двух частей, которые соединяются по периметру профилированными лопатками и образуют нагнетатель воздуха. Верхняя часть маховика имеет профилированную поверхность для управления газовыхлопными клапанами, а в нижней его части по всему периметру выполнен Т-образный паз, взаимодействующий с зубчатыми шестернями редуктора. Внутренняя поверхность маховика выполнена конусообразной, параллельной поверхности блока цилиндров и плоскости движения шатунов и имеет рабочие направляющие дорожки для роликов, укрепленных на шатунах. Изобретение позволяет повысить экономичность двигателя и уменьшить загрязнение окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к турбопоршневым двигателям, и может быть использовано в машиностроении и автомобилестроении. В последнем случае предлагаемый двигатель может быть использован в качестве составной части трансмиссии автомобиля с супермаховиком.
В работах российского ученого Н.В.Гулиа описана конструкция автомобиля, в которой использован супермаховик. В качестве примера приведено описание автомобиля американского ученого Дэвида Рабенхорста. Конструкция данного автомобиля включает супермаховик с массой 100 кг, скоростью вращения до 23700 об/мин и возможностью запаса энергии в 24 мегаджоуля. Данный автомобиль имеет также стационарно установленный разгонный электродвигатель мощностью в 40 кВт и может иметь пробег до 60 км при средней скорости движения 90 км/час. Этот автомобиль не загрязняет воздух, но его конструкция требует наличия определенной инфраструктуры в виде электроподстанций для подзарядки. Предлагаемая конструкция двигателя предназначена, в частности, для подзарядки энергией супермаховика.
Известны “Двухтактный турбодизель и способ его работы” по патенту РФ №2061183, M. Kл. F 02 B 53/00, опубл. 27.05.1996 г.
Известный турбодизель содержит: корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, расположенные в корпусе по окружности поршневые цилиндры с камерой сгорания, устройство для продувки и подачи воздуха в цилиндры, привод управления выхлопными клапанами и вал отбора мощности, на котором установлен газотурбинный двигатель.
Турбодизель содержит также механизм преобразования движения поршней, который выполнен в виде кулачкового механизма, причем шатуны поршней снабжены роликами, взаимодействующими с криволинейной поверхностью копиров.
К недостаткам данного двигателя следует отнести его невысокую надежность в работе вследствие больших ударных нагрузок в процессе возвратно-поступательного движения поршней, а также вследствие наличия пульсаций давления выходящих газов на рабочие лопатки, препятствующих получению сплошного потока газа по всей площади проходного сечения лопаток.
Известен также “Турбопоршневой двигатель” по патенту РФ №2165536, заявл. 24.05.99 г., опубл. 20.04.2001 г.
Данный двигатель является наиболее близким к заявляемому и может служить в качестве прототипа.
Известный двигатель содержит корпус с картером в нижней части, расположенные в корпусе поршневые цилиндры с камерами сгорания и общей крышкой цилиндров, газораспределительный орган с приводом управления выхлопными клапанами, направляющий аппарат, расположенную за ним газовую турбину с рабочим колесом, а также механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение поршней. Газовая турбина выполнена осевой, двухступенчатой и установлена в корпусе за направляющим аппаратом, являющимся продолжением выхлопного тракта.
Механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение поршней выполнен в виде маховика, который смонтирован на валу двигателя. На наружной поверхности маховика выполнены направляющие дорожки для перемещения роликов шатунов. В конструкции данного двигателя удалось существенно снизить ударные нагрузки в процессе возвратно-поступательного движения поршней, а также устранить эффект пульсаций газа путем создания его сплошного потока по всему периметру проходного сечения лопаток. Это привело к повышению надежности двигателя в работе, а также к возможности его надежного запуска. Двигатели подобной конструкции могут быть успешно применены в автомобилестроении.
Однако вышеописанный двигатель не может быть использован, например, для разгона супермаховика в трансмиссии автомобилей будущих поколений. Таким образом, известный двигатель имеет ограниченные возможности в применении.
Автор предлагаемого изобретения поставил перед собой следующие задачи:
- создание экономичного малогабаритного двигателя, конструкцией которого предусмотрено сведение к минимуму загрязнения окружающей среды;
- повышение надежности в работе двигателя путем обеспечения возможности безударного подключения и отключения кинематики супермаховика и газовой турбины, а также обеспечения возможности работы в повторно-кратковременном режиме.
Поставленные задачи достигаются за счет того, что турбопоршневой двигатель, содержащий корпус с расположенными в его полости поршневыми цилиндрами и камерой сгорания, газораспределительный орган с приводом, направляющий аппарат, газовую турбину и механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение поршней, который выполнен в виде маховика, дополнительно оснащен гидромотором, установленным в нижней его части, соединенным с гидронасосом и кинематически связанным с маховиком механизма преобразования движения.
Газовая турбина двигателя новой конструкции установлена в корпусе с возможностью свободного вращения относительно вертикальной оси, внутренняя часть ее рабочего колеса имеет полость, в которой консольно размещены хвостовики лопаток турбины, наружная часть турбинного колеса выполнена в виде конической шестерни. Маховик механизма преобразования движения кинематически связан с гидромотором и выполнен состоящим из двух частей. Верхняя часть маховика имеет профилированную поверхность для управления газовыхлопными клапанами, в средней части по периметру установлены профилированные лопатки, образующие нагнетатель воздуха, а в нижней его части по всему периметру выполнен Т-образный паз, взаимодействующий с зубчатыми шестернями редуктора,
При этом внутренняя поверхность маховика выполнена конусообразной, параллельной поверхности блока цилиндров и плоскости движения шатунов и имеет направляющие дорожки для роликов, укрепленных на шатунах. Введение в конструкцию двигателя гидромотора, который приводит во вращение маховик, позволяет использовать двигатель в установке с гидравлическим приводом. Установка газовой турбины в двигателе с возможностью свободного вращения относительно вертикальной оси, а также ее оригинальная конструкция позволяют обеспечить максимальную передачу энергии при ее выбеге, возможность достижения двигателем большой скорости набора оборотов, а также возможность безударного подключения и отключения турбины. Предложенный способ отбора мощности позволяет подбором передаточного отношения конических шестерен получить значительные обороты на выходе двигателя. Конусное расположение шатунно-поршневой группы позволяет увеличить диаметр рабочего колеса турбины, а также использовать маховик не только для управления газовыхлопными клапанами, но и как нагнетатель воздуха в цилиндры. Декомпрессионное устройство облегчает запуск двигателя, обеспечивает его защиту в тех случаях, когда давление масла ниже нормы. Использование бездетонационных видов топлива, например, таких, как спирт, позволяет увеличить степень его сжатия и в результате получить агрегатную мощность большую, чем при использовании бензина или дизельного топлива. В результате повышается к.п.д. турбопоршневого двигателя, а его использование позволяет значительно уменьшить загрязнение окружающей среды.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
фиг.1 схематично показан продольный разрез предлагаемого двигателя,
фиг.2 схематично изображена движительная установка автомобиля с супермаховиком.
Турбопоршневой двигатель содержит: корпус 1 с впускными окнами 2 для прохода воздуха по всему периметру, расположенные в полости корпуса 1 поршневые цилиндры 3 с камерами сгорания 4 и общей крышкой 5 цилиндров, на которой установлен переходник 6, в нижней части которого установлено декомпрессионное устройство 7, направляющий аппарат 8, газораспределительное устройство 9 с приводом 10 управления газовыхлопными клапанами 11, двухступенчатую газовую турбину 12 с рабочим колесом 13, установленную в корпусе с возможностью свободного вращения относительно вертикальной оси, механизм 14 преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, выполненный в виде маховика 15. Турбопоршневой двигатель оснащен гидромотором 16, который смонтирован в нижней части корпуса 1, соединен с масляным насосом 17 и кинематически связан с маховиком 15. В нижней же части корпуса 1 установлена крышка картера 18, которая снизу закрыта герметичной крышкой 19 редуктора 20. В полости крышки 19 установлены шестерни 21 редуктора 20. В нижней части маховика выполнен Т-образный двухсторонний зубчатый паз 22. Внутренняя часть рабочего колеса 13 газовой турбины 12 имеет полость, в которой консольно размещены хвостовики лопаток 23, а наружная часть турбинного колеса 13 выполнена в виде конической шестерни 24. В переходнике 6 смонтированы лабиринтные уплотнения 25 колеса газовой турбины.
Газовыхлопной тракт 26 образован лопатками 27 спрямляющего аппарата 28 и вставкой 29.
Между маховиком 15 и корпусом 1 установлено по периметру окружности три ряда роликоподшипников 30. Корпус картера газовой турбины 31 соединен через фланцы переходника 6 с фланцами корпуса 1. Маховик 15 механизма 14 преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное выполнен состоящим из двух частей, соединенных по периметру профилированными лопатками 32, и образующим нагнетатель воздуха, лопатки которого расположены внутри корпуса маховика. Верхняя часть 33 маховика 15 имеет профилированную поверхность для управления газовыхлопными клапанами 11, а в нижней внутренней его части выполнен Т-образный двухсторонний зубчатый паз 22, в котором установлены шестерни-сателлиты 34, соединенные с шестернями 21. Внутренняя поверхность маховика 15 выполнена конусообразной, параллельной поверхности блока цилиндров 3 и плоскости движения шатунов и имеет рабочие направляющие дорожки 35 для роликов 36, укрепленных на шатунах. В крышке 5 блока цилиндров 3 установлены форсунки 37 и свечи 38. В корпусе картера 31 газовой турбины 12 установлена шлицевая рессора 39 конической шестерни 40. В центральной внутренней части двигателя установлены: емкость 41, имеющая форму входного направляющего аппарата для центробежного нагнетателя 42, редуктор 43, топливный насос 44, гидромотор 16 привода маховика 15, масляный насос 17. В цилиндрах 3 установлены поршни 45 и выполнены продувочные окна 46 как с внутренней, так и с наружной стороны. В нижней части цилиндров 3 установлены гидрокомпенсаторы 47. Привод декомпрессионного устройства 7 смонтирован с наружной стороны корпуса 1 двигателя. Направляющая дорожка 35 маховика 15 на внутренней поверхности имеет выступы, равные по высоте ходу поршня. Количество этих выступов соответствует числу рабочих ходов поршней 45 за один оборот, что позволяет получить значительную агрегатную мощность. Вышеописанный турбопоршневой двигатель 48 является составной частью трансмиссии автомобиля (фиг.2), которая содержит супермаховик 49, гидронасос 50, гидроаккумулятор 51, преобразователи 52 энергии торможения, гидромотор 16 двигателя 48, гидромоторы 53 колес, электростартер 54, рессору 55 (аварийную), напрямую соединяющую двигатель с гидронасосом 50, рессору раскрутки супермаховика 56, рессору 57 привода гидронасоса 50.
Движительная установка с турбопоршневым двигателем работает следующим образом:
В период длительной стоянки супермаховик 49 находится в покое. Для ввода его в работу электростартер 54 приводит в движение гидронасос 50, который при определенных оборотах под давлением подает масло в гидромотор 16 двигателя. Последний посредством шестерен 21 и 34 раскручивает маховик 15 и приводит в движение масляный насос 17, маховик 15 двигателя. При определенном давлении масла в системе включается декомпрессионное устройство 7, закрываются газовыхлопные клапаны 11, и движущиеся в цилиндрах 3 поршни 45 сжимают воздух, в который через форсунки 37 впрыскивается топливо. Топливо в цилиндрах 3 сгорает. Маховик 15 посредством выступов 33, выполненных в верхней его части, воздействует на газораспределительное устройство 9 с приводом 10 и газовыхлопные клапаны 11, открывают цилиндры 3, продукты сгорания через входной направляющий аппарат 8 поступают на лопатки 23 осевой двухступенчатой газовой турбины 12. Отдав энергию посредством вращения турбины 12, продукты сгорания выходят в газовыхлопной тракт 26. При работе двигателя в окна 46 цилиндров 3 поступает воздух от центробежного нагнетателя 42. Подачу топлива в цилиндры 3 можно регулировать. Это возможно осуществлять как при каждом ходе поршня, так и по определенной программе, в зависимости от нагрузки. Коническая шестерня 24 газовой турбины через шлицевую рессору 39, рессору 56 приводит в движение супермаховик 49. При достижении установленного числа оборотов - зарядки супермаховика 49 подача масла от гидронасоса 50 на гидромотор 16, а также подача топлива автоматически прекращается. Декомпрессионное устройство 7 открывает выхлопные клапаны 11. После отдачи энергии и падения оборотов до установленных газовая турбина 12 отключается от супермаховика 49, Число оборотов уменьшается, и турбопоршневой двигатель останавливается. Запасенная энергия супермаховиком расходуется на привод гидронасоса, что позволяет проехать без работы двигателя значительное расстояние до следующей зарядки. В случае неисправности супермаховика 49 привод гидронасоса 50 может осуществляться напрямую от турбопоршневого двигателя, через рессоры 55, 56.
Количество расходуемого топлива турбопоршневым двигателем в значительной степени будет зависеть от режимов его использования в составе трансмиссии автомобиля. По предварительной оценке расход топлива автомобиля весом 1500 кг не будет превышать 3 л на 100 км. Используя современные материалы, возможно сегодня изготовить супермаховик незначительных габаритов и с большим запасом энергии, что позволит эксплуатировать автомобили в черте городов без работы двигателя внутреннего сгорания.
1. Турбопоршневой двигатель, содержащий корпус, расположенные в его полости поршневые цилиндры с камерами сгорания и общей крышкой цилиндров, газораспределительное устройство с приводом управления выхлопными клапанами, направляющий аппарат, газовую турбину с рабочим колесом, механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, выполненный в виде маховика, отличающийся тем, что двигатель дополнительно оснащен гидромотором, смонтированным в нижней его части и соединенным с гидронасосом, а газовая турбина установлена в корпусе с возможностью свободного вращения относительно вертикальной оси, внутренняя часть ее рабочего колеса имеет полость, в которой консольно размещены хвостовики лопаток турбины, наружная часть рабочего колеса выполнена в виде конической шестерни, а маховик механизма преобразования движения кинематически связан с гидромотором и выполнен состоящим из двух частей, соединенных по периметру профилированными лопатками и образующих нагнетатель воздуха, при этом верхняя часть маховика имеет профилированную поверхность для управления газовыхлопными клапанами, а в нижней его части по всему периметру выполнен Т-образный паз, взаимодействующий с зубчатыми шестернями редуктора.
2. Турбопоршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность маховика выполнена конусообразной, параллельной поверхности блока цилиндров и плоскости движения шатунов и имеет рабочие направляющие дорожки для роликов, укрепленных на шатунах.
www.freepatent.ru
Cтраница 2
Осенью 1951 г. на авиационной выставке в Фарнборо ( Англия / был экспонирован турбопоршневой двигатель Нэпир Номад, сочетающий работу двухтактного поршневого двигателя с осевым и центробежным компрессорами, газовой турбиной и ргактивным соплом. [16]
В книге излагаются некоторые вопросы теории, классификация, перспективы и направление развития турбопоршневых двигателей. Рассматриваются рабочие процессы в турбопоршневых двигателях, действительные циклы комбинированных силовых установок с четырех - и двухтактными двигателями. Рассмотрены также балансы работ отдельных агрегатов тур-бопоршневого двигателя. Исследуются возможности повышения мощности силовой установки путем сжигания дополнительного топлива в форсажной камере перед турбиной. Разработан тепловой расчет форсажной камеры, даны уравнения для определения коэффициента избытка воздуха, максимальной и средней температуры газов, степени повышения работы турбины, теплонапряженности камеры и других параметров. Разбираются вопросы воспламенения и сгорания топлива в двигателях, приводятся результаты экспериментальных исследований процесса сгорания топлива в содержащих примеси пульсирующих потоках до очень малых значений коэффициента избытка воздуха. [17]
В двигателях внутреннегр сгорания применяются жидкое и газовое топлива, при этом в современных турбопоршневых двигателях - только жидкое топливо. [18]
Обобщенный комбинированный цикл с промежуточным подводом тепла отражает основные тепловые процессы комбинированной силовой установки ( турбопоршневого двигателя) при наличии подачи и сгорания дополнительного топлива в среде выпускных газов поршневого двигателя перед газовой турбиной. [19]
Турбокомпрессоры, выполненные по этой схеме, испытывались совместно с выпускной системой ( выпускными коллекторами) турбопоршневого двигателя, создающего ступенчатое регулирование. [20]
Предлагаемый вниманию читателей справочник охватывает металлические материалы, применяемые в производстве паровых и газовых турбин, компрессорных машин, поршневых двигателей внутреннего сгорания, турбокомпрессоров, турбопоршневых двигателей и аналогичных механизмов, характеризующихся высокой напряженностью металла в сочетании с повышенными и высокими температурами. [21]
В 30 - х годах советскими конструкторами были созданы мощные авиационные - поршневые двигатели и мощные дизели для гусеничных машин, а во время войны мощные авиационные дизели Ч Важным техническим этапом совершенствования двигателей явился переход на комбинированные турбопоршневые двигатели, состоящие из поршневого двигателя, компрессора и газовой турбины. [22]
В отношении связи компрессора, турбины и поршневого двигателя более универсальной является схема, при которой компрессор и турбина эластично связаны с коленчатым валом при помощи рессоры и редуктора или гидравлической муфты. При такой связи турбопоршневой двигатель может удовлетворительно работать при любых значениях отношения мощностей турбины и компрессора и независимо от того, отдает ли турбокомпрессорная группа избыточную мощность поршневому двигателю или, наоборот, получает от последнего недостающую мощность. [23]
Экспериментальные исследования и опыт эксплуатации показывают, что четырехтактные турбопоршневые двигатели без приводного компрессора при работе с импульсным газотурбонагнетателем отличаются более легким пуском и лучшей приемистостью по сравнению с двигателями с турбиной постоянного давления. При этом к двухтактные турбопоршневые двигатели, судя по результатам работы некоторых заводов ( Зульцер), с импульсным газотурбонагнетателем и без приводного компрессора имеют удовлетворительный пуск и довольно хорошую приемистость. [24]
Для этого придется усложнить конструкцию машины, что может ухудшить эксплуатационные качества установки. Все же при создании турбопоршневого двигателя с высоким наддувом такое мероприятие заслуживает внимания. [25]
В книге излагаются некоторые вопросы теории, классификация, перспективы и направление развития турбопоршневых двигателей. Рассматриваются рабочие процессы в турбопоршневых двигателях, действительные циклы комбинированных силовых установок с четырех - и двухтактными двигателями. Рассмотрены также балансы работ отдельных агрегатов тур-бопоршневого двигателя. Исследуются возможности повышения мощности силовой установки путем сжигания дополнительного топлива в форсажной камере перед турбиной. Разработан тепловой расчет форсажной камеры, даны уравнения для определения коэффициента избытка воздуха, максимальной и средней температуры газов, степени повышения работы турбины, теплонапряженности камеры и других параметров. Разбираются вопросы воспламенения и сгорания топлива в двигателях, приводятся результаты экспериментальных исследований процесса сгорания топлива в содержащих примеси пульсирующих потоках до очень малых значений коэффициента избытка воздуха. [26]
Отечественной машиностроительной промышленностью создаются турбопоршневые двигатели внутреннего сгорания, отвечающие всем требованиям современности. Однако литература в этой области, как по рабочему процессу, так и по конструированию и расчету турбопоршневых двигателей, крайне недостаточна. [27]
Эффективная работа в такой установке передается потребителю валом поршневого двигателя или валом другой расширительной машины или обоими валами одновременно. Количество компрессионных и расширительных машин, нх типы и конструкция, связь с поршневым двигателем и между собой определяются назначением комбинированного двигателя, его конструктивной схемой и условиями эксплуатации. Наиболее компактны и экономичны комбинированные турбопоршневые двигатели, в которых продолжение расширения выпускных газов поршневой части и предварительное сжатие свежего заряда производятся в турбомашипах, причем отдача мощности потребителю чаще осуществляется через вал поршневой части. [28]
Применение наддува и дальнейшее увеличение давления наддувочного воздуха в двигателях, работающих на жидком топливе, находит ( все большее распространение. Это видно хотя бы из того, что в 1957 г. из всего мирового выпуска двухтактных судовых двигателей 41 6 % были осуществлены с наддувом. В особенности представляет большой интерес турбопоршневой двигатель, где наддув осуществляется лопаточной машиной, а энергия выпускных газов после поршневого двигателя используется в газовой турбине. [29]
При увеличении нагрузки двигателя повышается количество впрыскиваемого топлива, уменьшается коэффициент избытка воздуха и увеличивается температурное напряжение двигателя. Температуры стенок цилиндра, камеры сгорания и поршня по мере увеличения нагрузки повышаются, подаваемый воздух подогревается интенсивнее и соответственно повышается температура сжатия. Поэтому с увеличением нагрузки период задержки воспламенения обычно незначительно сокращается, что, однако, в быстроходных турбопоршневых двигателях, как показывают экспериментальные исследования, почти не заметно. [30]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
