Волновые двигатели (ВД) представляют собой конструктивное объединение электрической машины и волновой передачи. Особенностью таких двигателей является гибкий, деформирующийся в радиальном направлении ротор. Одна из возможных конструкций ВД приведена на рис. 6.10.
| Рис. 6.10. Двигатель с волновым ротором 1 – корпус; 2 – статор с обмоткой, создающей вращающееся магнитное поле; 3 – жесткий зубчатый венец статора; 4–гибкий зубчатый венец ротора; 5 – ротор, выполненный в виде тонкостенного стакана; 6 – эластичный магнитопровод ротора. | Рис. 6.11. К вопросу о принципе действия двигателя с волновым ротором |
При отсутствии питания ротор имеет правильную цилиндрическую форму. Его зубчатый венец не сцепляется с венцом статора.
При подаче питания на обмотки статора возникает вращающееся магнитное поле, в котором на магнитопровод ротора действуют силы магнитного притяжения
, (6.20)
Ротор деформируется, и его зубчатый венец входит в зацепление с венцом статора. Количество точек зацепления равно количеству полюсов машины (рис. 6.11).
Рис.6.11. К вопросу о принципе действия двигателя с волновым ротором
Точки зацепления бегут синхронной скоростью, и гибкий венец катится по поверхности жесткого. При этом он вместе с ротором медленно поворачивается в сторону противоположную вращению поля. Скорость ротора равна
(6.21)
где 
,
– число зубцов гибкого и жесткого венцов.
Достоинства волновых двигателей похожи на достоинства двигателей с катящимся ротором:
1) большие вращающие моменты при относительно малой массе;
2) высокие значения момента самоторможения и практически отсутствие выбега;
3) способность к частым пускам и реверсам.
Недостатком ВД следует считать сложность конструкции и технологии изготовления эластичного ротора.
Пьезоэлектрическими микродвигателями (ПМД) называются двигатели, в которых механическое перемещение ротора осуществляется за счет пьезоэлектрического или пьезомагнитного эффекта [7].
Отсутствие обмоток и простота технологии изготовления не являются единственными преимуществами пьезоэлектрических двигателей. Высокая удельная мощность (123 Вт/кг у ПМД и 19 Вт/кг у обычных электромагнитных микродвигателей), большой КПД (получен рекордный до настоящего времени КПД = 85%), широкий диапазон частот вращения и моментов на валу, отличные механические характеристики, отсутствие излучаемых магнитных полей и ряд других преимуществ пьезоэлектрических двигателей позволяют рассматривать их как двигатели, которые в широких масштабах заменят применяемые в настоящее время электрические микромашины.
Известно, что некоторые твердые материалы, например, кварц способны в электрическом поле изменять свои линейные размеры. Железо, никель, их сплавы или окислы при изменении окружающего магнитного поля также могут изменять свои размеры. Первые из них относятся к пьезоэлектрическим материалам, а вторые – к пьезомагнитным. Соответственно различают пьезоэлектрический и пьезомагнитный эффекты.
Существует прямой и обратный пьезоэффекты. Прямой – это появление электрического заряда при деформации пьезоэлемента. Обратный – линейное изменение размеров пьезоэлемента при изменении электрического поля. Впервые пьезоэффект обнаружили Жанна и Поль Кюри в 1880 году на кристаллах кварца. В дальнейшем эти свойства были открыты более чем у 1500 веществ, из которых широко используются сегнетова соль, титанат бария и др. Ясно, что пьезоэлектрические двигатели "работают" на обратном пьезоэффекте.
studfiles.net
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а также может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении.
Известны роторно-волновые двигатели внутреннего сгорания, например роторно-волновой двигатель (патент России №2155272) - объемная прямоточная машина, в которой установленный с минимальным зазором ротор совершает угловые колебания, образуя волны, перекатывающиеся по поверхности корпуса в компрессорном и расширительном отсеках. Однако сложность конструкции и большие осевые размеры ограничивают его применение.
Наиболее близким аналогом является роторно-волновой двигатель внутреннего сгорания (патент России №2304225), содержащий секции со спиральными полостями и размещенными в них подобными качающимися лопатками. Однако объемы полости, заключенные между точками контакта проскальзывающих поверхностей полостей и лопаток, имеют зазор, обусловленный условиями проскальзывания, что определяет утечки газа и снижает энергоэффективность.
Целью изобретения является повышение энергоэффективности.
Согласно изобретению двигатель, содержит ротор, качающийся на кривошипе вала, вращающегося в опорах корпуса с помощью устройства ограничения вращения, снабжен секциями, составленными из полостей, выполненных в корпусе, и качающихся в них лопаток, установленных на роторе, полости, а также лопатки ограничены в осевом и радиальном направлениях поверхностями, которые в радиальном направлении выполнены кривыми с направляющими спиральными линиями, центры которых в полостях размещаются на оси вала, а на лопатках размещаются на оси кривошипа, включает компрессорный и расширительный отсеки, камеру сгорания с топливными форсунками и свечой зажигания, впускное и выпускное окна. Кривошип на валу установлен под углом, а с точкой пересечения осей вала и кривошипа совпадают центры спиральных направляющих линий циклических кривых поверхностей, которые выполнены путем движения окружности переменного радиуса по спиральной направляющей, спиральные направляющие полостей размещены в плоскости, перпендикулярной к оси вала, а в лопатках в плоскости, перпендикулярной к оси кривошипа, поверхности, ограничивающие полости и лопатки в осевом направлении, выполнены коническими, их вершины совпадают с точкой пересечения осей вала и кривошипа, оси конических поверхностей, ограничивающих полости, совпадают с осью вала, а оси конических поверхностей, ограничивающих лопатки, совпадают с осью кривошипа.
Согласно другому варианту в двигателе секции, составленные из полостей и лопаток, установлены симметрично центральной плоскости, проходящей через точку пересечения осей вала и его кривошипа, и повернуты относительно друг друга на 180 градусов, причем центральная плоскость для полостей перпендикулярна оси вала, а для лопаток перпендикулярна оси кривошипа.
Таким образом, двигатель, содержащий корпус и ротор, качающийся на кривошипе вала, вращающегося в опорах корпуса с помощью устройства ограничения вращения, снабженный секциями, составленными из полостей, имеющих отсекаемые объемы, смещающиеся по спирали, в виде камер нагнетания и камер сгорания в компрессорном и расширительном отсеках, в корпусе выполнены впускное и выпускное окна, установлены топливные форсунки и свечи зажигания, отличается тем, что ось кривошипа пересекает ось вала, точка пересечения осей является центром механизма, полости ограничены поверхностями, вершины которых совпадают с центром механизма, и поверхностями, полученными путем качания спиралей относительно центра механизма, при этом образующая спираль перемещается по направляющим окружностям различного радиуса, поверхности, вершины которых совпадают с центром механизма, контактируют без зазора по прямым линиям и перекатываются друг по другу, полости снабжены сужающимся в поперечном сечении горлом, разделяющим компрессорный и расширительный отсеки.
Секции установлены симметрично плоскости, перпендикулярной оси корпуса, со смещением на 180 градусов.
Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг.1 представлено сечение двигателя; на фиг.2 - схема размещения спиральных поверхностей на фиг.1; на фиг.3 - схема прохождения волн в полости; на фиг.4 - сечение корпуса; на фиг.5 - сечение ротора; на фиг.6 - схема образования циклической поверхности; на фиг.7 - схема секции; на фиг.8 - секция в разрезе на фиг.7.
Двигатель содержит корпус 1 и ротор 2. Ротор 2 качается на кривошипе 3 вала 4, вращающегося в опорных узлах корпуса. Кривошип 3 установлен на валу 4 под углом, а точка пересечения их осей является центром качания. Качание ротора 2 поддерживается устройством ограничения вращениям, например коническим зубчатым зацеплением с одинаковыми параметрами зубчатых колес, с вершинами, совпадающими с точкой пересечения осей кривошипа 3 и вала 4. В корпусе 1 и в роторе 2 выполнены секции, составленные из полостей 6 и размещенных в них лопаток 7. Полости 6 и лопатки 7 ограничены коническими поверхностями 8 и циклическими спиральными поверхностями 9. Циклические поверхности получены путем движения образующей окружности переменного радиуса по направляющей спиральной линии. Практически такая поверхность может быть получена на многокоординатном станке. Для этого в системе координат XYZ размещается локальная система координат xyz, в которой вращается вал, подобный валу 4, с кривошипом, подобным кривошипу 3, установленным под углом. Ось вала совпадает с осью x системы xyz. Точка пересечения осей вала и кривошипа совпадает с точкой начала координат системы xyz. Точка на конце кривошипа совпадает с точкой режущей кромки инструмента и при вращении вала описывает окружность, которая является образующей циклической поверхности. Радиус образующей окружности изменяется в зависимости от положения точки режущей кромки на кривошипе. Расстояние l (l1, l2, l3 …) от точки пересечения осей вала и кривошипа до точки режущей кромки изменяется и соответствует текущему радиусу спиральной линии, которая является направляющей циклической поверхности. Система xyz вращается относительно оси у вместе с размещенными в ней вращающимся валом и резцом. Ось х занимает положения x1, х2, х3 …. Вращение вала во вращающейся системе координат xyz и одновременный сдвиг режущей кромки по оси кривошипа позволяют получить необходимую циклическую поверхность. Вершины конических поверхностей 8 и центры спиральных направляющих циклических поверхностей 9 совпадают с точкой пересечения осей кривошипа 3 и вала 4. Конические поверхности 8 полостей 6 и лопаток 7 контактируют без зазора по образующим прямым линиям и перекатываются друг по другу. Циклические поверхности 9 полостей 6 и лопаток 7 проскальзывают по образующим окружностям. В полостях 6 и лопатках 7 выполнено горло, сужающееся в поперечном сечении, путем сближения циклических поверхностей 9. Горло разделяет компрессорный и расширительный отсеки. В нем размещена камера сгорания с форсунками и свечой зажигания. Поверхности 8 и 9 отсекают объемы полостей 6, которые в виде волн смещаются по спирали в компрессорном и расширительном отсеках. Волновые объемы в горле имеют минимальную величину и увеличиваются к периферийным концам полости 6, где они открываются и сливаются с атмосферой окружающей среды. Активными поверхностями, передающими давление сгорающих газов на вал, являются конические поверхности полостей и лопаток. Их площади к выпускному окну возрастают.
По второму варианту, с целью уравновешивания сил и удвоения момента сил на валу 4, секции установлены симметрично центральной плоскости, проходящей через точку пересечения осей кривошипа 3 и вала 4, и повернуты относительно друг друга на 180 градусов. Центральная плоскость симметрии полостей 6 перпендикулярна оси вала 4, а лопаток 7 перпендикулярна оси кривошипа 3.
Работает двигатель следующим образом. В опорах корпуса 1 вращается вал 4. На его кривошипе 3 качается ротор 2 с помощью устройства ограничения вращения 5. Лопатки 7 качаются в полостях 6. Конические поверхности 8 и циклические спиральные поверхности 9 точками контакта отсекают замкнутые волновые объемы в полости 6. Волны смещаются по спиральной полости 6 в направлении вращения вала 4 и меняют объем. Первоначально в компрессорном отсеке через впускное окно полость 6 имеет связь с окружающей средой. Во время смещения точек контакта взаимодействующих поверхностей полостей 6 и лопаток 7, сдвигающихся от впускного окна к камере сгорания, создается разрежение, а пространство, заключенное между точками контакта сопряженных поверхностей, заполняется воздухом. Волнообразные объемы в сужающемся горле уменьшаются, и происходит сжатие находящегося в них воздуха. В области горла в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое поджигается свечой или, при достаточном давлении, самовоспламеняется. В расширительном отсеке волнообразные объемы увеличиваются по мере приближения к выпускному окну, газ расширяется и выходит в атмосферу. Энергия сгорающего топлива посредством активных конических поверхностей полостей и лопаток преобразуется в механическую энергию, создавая момент силы на валу 4.
Второй вариант исполнения, при котором секции установлены парами, симметрично центральной плоскости, со смещением по фазе на 180 градусов, позволяет получить подобный встречный поток, уравновешивающий осевые силы, действующие на ротор 2, и удваивающий момент сил на валу 4.
Эффективность двигателя определяется тем, что между контактирующими по образующим линиям перекатывающимися коническими поверхностями и проскальзывающими по образующим окружностям циклическими поверхностями полостей и лопаток отсутствует зазор. Площади активных конических поверхностей с приближением по спирали к выпускному окну увеличиваются. Текущий радиус спирали, на котором действует суммарная сила давления газов, увеличивается. Такие решения предотвращают утечки газа и повышают момент силы на валу.
edrid.ru
Изобретение относится к судостроению, в частности к двигателям и движителям, использующим энергию морских волн при движении судна. Волновой двигатель-движитель содержит подводное крыло, соединенное подвижно с баллером. Баллер шарнирно соединен с конструкцией корпуса судна, способной совершать возвратно-поступательные перемещения по вертикали, сообщая при этом кинетическую энергию судовому потребителю, например движителю типа "машущее крыло". Крыло способно перемещаться в нос или корму относительно баллера, располагая центр давления носовее или кормовее оси баллера. Рычагами крыло связано с механизмами формирования угла атаки. При смещении крыла в корму оно работает как балансирное, создавая волновую тягу и передавая энергию на потребитель. При совмещении центра давления крыла с осью баллера оно работает только как двигатель, передавая энергию судовому потребителю. При расположении центра давления крыла впереди баллера крыло также работает в качестве двигателя, реагируя даже на слабое волнение моря при любой скорости хода. Достигается повышение эффективности использования энергии морских волн для движения судна при различных условиях плавания. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к судостроению, а именно к двигателям и движителям, использующим энергию морских волн для движения судна.
Известен волновой двигатель-движитель (ВДД), содержащий подводное крыло, установленное на подвижном основании, соединенном с корпусом судна, с возможностью плоского возвратно-поступательного перемещения и кинематически связанное с судовым потребителем кинетической энергии, например с движителем типа "машущее крыло" (1) или с генератором, вырабатывающим энергию для двигателя, работающего на гребной винт (2) (1. Заявка на изобретение N 98116013/28 (017426) от 17.08.1988 г., по которой производится экспертиза в ФИПСе. 2. Заявка ФРГ N 3425426, МКИ B 63 H 19/02, опублик. 16.01.86). Недостатком известного устройства является недостаточно полное использование энергии морских волн, натекающих на судно, для получения тяги. Это обусловлено работой крыла на углах атаки к набегающему потоку, не близких к оптимальным, а также срывом потока при ходе судна малым ходом при сильном волнении, когда углы атаки превышают критические. Предложенное техническое решение предназначено для повышения эффективности использования энергии морских волн для движения судна при различных условиях плавания. Технический результат достигается тем, что предлагаемый волновой двигатель-движитель снабжен крылом, установленным на баллере, с которым крыло соединено подвижно с возможностью перемещения относительно баллера параллельно хорде крыла и снабжено механизмом перемещения, а баллер шарнирно связан с подвижным основанием и механизмом формирования угла атаки крыла к набегающему потоку. Механизм формирования угла атаки крыла к набегающему потоку может быть выполнен в виде регулируемых упоров и упругого элемента. На фиг. 1 показан волновой двигатель-движитель, вид сбоку со стороны корневой хорды. На фиг. 2 - положение крыла ВДД, при котором его центр давления смещен в сторону кормы судна. На фиг. 3 - положение крыла ВДД, при котором его центр давления смещен в сторону носа. На фиг. 4 показан пример использования волнового двигателя-движителя в волнодвижительной установке судна. Крыло 1 посредством баллера 2 соединено с подвижным основанием, например стойкой шарнирно-параллелограммного механизма 3, баллер 2 с помощью рычага 4 соединен с пружиной 5. Клин 6 контактирует с регулируемым упором 7. Баллер 2 неподвижно закреплен на ползуне 8. Благодаря направляющим 9 крыло 1 имеет возможность перемещаться по ползуну 8 параллельно хорде крыла в сторону носа или кормы судна. Перемещение осуществляется валом с резьбой 10, контактирующей с резьбой ползуна 9, при помощи двигателя 11, вращающего вал с резьбой в подшипниках 12. Режим работы волнового двигателя-движителя зависит от многих факторов и прежде всего от волнения моря, скорости хода и качки судна. Рассмотрим работу ВДД, например, в составе волнодвижительной установки, показанной на фиг. 4. Если по условиям плавания целесообразно, чтобы крыло 1 не поворачивалось при воздействии на него скошенного набегающего потока, крыло перемещают в положение, когда его центр давления совпадает с осью баллера. Перемещение крыла осуществляют вращением вала с резьбой 10, при помощи двигателя 11 и стопорят крыло регулируемым упором, переместив его в крайнее верхнее положение. В результате крыло ВДД совершает возвратно-поступательное движение и передает кинетическую энергию движителю типа "машущее крыло". В этом случае вертикальная составляющая подъемной силы крыла существенно больше горизонтальной составляющей - волновой тяги, а следовательно, функция двигателя в волновом двигателе-движителе будет превалировать над функцией волнового движителя. При усилении волнения моря или качки судна, а также при снижении скорости хода увеличивается угол скоса набегающего потока, в результате чего угол атаки крыла может достигнуть закритической величины, а подъемная сила резко упасть. Во избежание этого, а также для снижения гидродинамического сопротивления крыла на дократических углах атаки угол атаки необходимо уменьшать поворотом крыла. Для автоматического поворота крыла под действием набегающего потока необходимо создать момент вращения. Для этого крыло перемещают в сторону кормы. Между центром давления крыла и осью баллера образуется плечо, создается момент вращения крыла. Пружина 5 препятствует повороту крыла во флюгерное положение, и крыло устанавливается с некоторым углом атаки к набегающему потоку. На крыле образуется подъемная сила, которая при разложении на составляющие создает волновую тягу, движущую судно вперед, и вертикальную составляющую, которая через подвижное основание 3 передает кинетическую энергию движителю типа "машущее крыло". Установкой зазора между клином 6 и регулируемым упором 7 можно обеспечить необходимые предельные углы поворота крыла 1. При движении судна полными ходами при слабом волнении и слабой качке, когда угол скоса потока крайне мал, а волновая тяга практически равна нулю, ВДД переводят на работу в режиме волнового двигателя. Для этого крыло 1 перемещают в сторону носа так, чтобы его центр давления находился впереди баллера, а упор 7 регулируют на строго определенный малый угол поворота крыла 1. Крыло в этом случае работает следующим образом. При набегании на крыло встречного потока, обусловленного скоростью хода судна и скоростью вертикального перемещения воды при орбитальном движении, крыло поворачивается в сторону, противоположную повороту во флюгерное положение, на угол, который в сумме с углом скоса потока равен углу атаки, при котором гидродинамическое качество максимально. При изменении направления набегающего потока крыло 1 под действием пружины 5, пройдя нейтральное положение, отклоняется в противоположную сторону. Подъемные силы, возникающие на крыле при отклонении в ту и другую стороны, почти вертикальны. Эти силы перемещают подвижное основание вверх или вниз, а кинетическая энергия от этого перемещения передается движителю типа "машущее крыло". Волновой двигатель-движитель обеспечивает высокие тяговые характеристики за счет энергии морского волнения в широком диапазоне волнения моря и скорости хода судна, может использоваться на судах различного водоизмещения, в том числе на малокачающихся судах и плавсредствах.Формула изобретения
1. Волновой двигатель-движитель, содержащий подводное крыло, установленное на подвижном основании, соединенном с корпусом судна, с возможностью плоского возвратно-поступательного перемещения и кинематически связанное с судовым потребителем кинетической энергии, например с движителем типа "машущее крыло" или с генератором, отличающийся тем, что он снабжен баллером, с которым крыло соединено подвижно с возможностью перемещения относительно баллера вдоль хорды крыла, при этом крыло снабжено механизмом перемещения, баллер связан с подвижным основанием шарнирно, а на баллере жестко закреплены рычаги для кинематической связи с механизмами формирования угла атаки крыла к набегающему потоку, которыми снабжен волновой двигатель-движитель. 2. Волновой двигатель-движитель по п.1, отличающийся тем, что устройство формирования угла атаки крыла к набегающему потоку содержит регулируемые упоры и упругий элемент.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4www.findpatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель содержит компрессорный и расширительный отсеки, топливную систему с встроенными в камеру сгорания форсунками и свечу зажигания. Каждый из отсеков оснащен качающимся в корпусе ротором, полостью, выполненной в корпусе, и лопаткой, качающейся в ней. Ротор установлен шарнирно на пальце кривошипа, закрепленном на вращающемся в опорах корпуса валу. Вал в расширительном отсеке соединен с потребителем механической энергии. Лопатка размещена на роторе и отсекает точками контакта своих поверхностей с поверхностями полости смещающиеся вдоль нее волнообразные объемы газа. Поверхности, ограничивающие полость, а также лопатку, выполнены в радиальном направлении сферическими, а в осевом направлении коническими. Кривошип на валу установлен под углом. С точкой пересечения осей кривошипа и вала совпадают центры сферических и вершины конических поверхностей. Вал компрессорного отсека соединен с валом привода, снабженного регулятором частоты вращения. Топливная система снабжена регулятором подачи топлива в камеру сгорания. Изобретение направлено на повышение энергоэффективности. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в автомобильном, газопроводном и нефтепроводном транспорте.
Известны роторно-волновые двигатели внутреннего сгорания, например роторно-волновой двигатель (патент России № 2155272) - объемная прямоточная машина, в которой установленный с минимальным зазором ротор совершает угловые колебания, образуя волны, перекатывающиеся по поверхности корпуса в компрессорном и расширительном отсеках. Однако потребность минимальных зазоров ограничивают его применение.
Наиболее близким аналогом является роторно-волновой двигатель внутреннего сгорания (патент России № 2304225), содержащий секции со спиралеобразными полостями и размещенными в них качающимися спиральными лопатками. Однако отсутствие возможности управления параметрами снижает его энергоэффективность.
Целью изобретения является повышение энергоэффективности.
Сущность изобретения достигается тем, что двигатель, содержащий компрессорный и расширительный отсеки, каждый из которых оснащен качающимся в корпусе ротором, установленным шарнирно на пальце кривошипа, закрепленном на вращающемся в опорах корпуса валу, который в расширительном отсеке соединен с потребителем механической энергии, полостью, выполненной в корпусе, лопаткой, качающейся в ней, размещенной на роторе, отсекающей точками контакта своих поверхностей с поверхностями полости смещающиеся вдоль нее волнообразные объемы газа, топливную систему с встроенными в камеру сгорания форсунками и свечу зажигания. Поверхности, ограничивающие полость, а также лопатку, выполнены в радиальном направлении сферическими, а в осевом направлении коническими, кривошип на валу установлен под углом, а с точкой пересечения осей кривошипа и вала совпадают центры сферических и вершины конических поверхностей, вал компрессорного отсека соединен с валом привода, снабженного регулятором частоты вращения, топливная система снабжена регулятором подачи топлива в камеру сгорания.
По второму варианту в двигателе установлена секция потребителя механической энергии, например нагнетателя газа, оснащенная выполненной в корпусе полостью, заполненной нагнетаемым материалом, и лопаткой, качающейся в ней, размещенной на роторе расширительного отсека, отсекающей точками контакта сферических и винтовых конических поверхностей волнообразные объемы материала, смещающиеся в полости от окна, связывающего полость с магистралью низкого давления, к окну, связывающему полость с магистралью высокого давления.
На фиг.1 представлен двигатель в разрезе, на фиг.2 - двигатель в разрезе по второму варианту, на фиг.3 - коническое зубчатое зацепление, на фиг.4 - схема формирования конической поверхности, на фиг.5 - коническая поверхность, на фиг.6 - схема контактирования двух конических поверхностей.
Двигатель включает в себя компрессорный и расширительный отсеки. В компрессорном отсеке в корпусе 1 выполнена винтовая полость 2. На роторе 3 закреплена винтовая лопатка 4, качающаяся в полости 2 посредством кривошипа 5. В расширительном отсеке в корпусе 1 выполнена винтовая полость 6. На роторе 7 закреплена винтовая лопатка 8, качающаяся в полости 6 посредством кривошипа 9. Роторы 3 и 7 размещены шарнирно на кривошипах 5 и 9, установленных под углом на вращающихся в опорах корпуса валах. С помощью конических зубчатых зацеплений с одинаковым числом зубьев колес роторы 3 и 7, а также лопатки 4 и 8 качаются в корпусе относительно точек Ок и Ор пересечения кривошипов 5 и 9 с их валами. Полости 2 и 6, а также лопатки 4 и 8 ограничены в радиальном направлении сферическими поверхностями М, а в осевом направлении коническими поверхностями G. Вершины конических поверхностей и центры сферических поверхностей совпадают с соответствующими точками пересечения осей Ок и Ор. Полости 2 и 6 соединены с камерой сгорания 10, оснащенной топливными форсунками и свечой зажигания. Топливная система оснащена регулятором 11 подачи топлива в камеру сгорания. Полость 2 снабжена впускным окном 12, а полость 6 снабжена выпускным окном 13. Двигатель снабжен приводом 14 с регулятором частоты вращения, вал которого соединен с валом компрессорного отсека. Сопряженные сферические М и конические G поверхности полостей 2 и 6 и лопаток 4 и 8 замыкают волнообразные объемы воздуха в компрессорном отсеке и волнообразные объемы газа в расширительном отсеке, которые сдвигаются по винтовым полостям. Конические поверхности, ограничивающие замкнутые объемы, являются активными, передающими распределенное давление газов на вал расширительного отсека потребителю механической энергии. С целью продолженного горения в расширительном отсеке может быть установлено в корпусе несколько секций с подобными полостями, соединенными промежуточными каналами, и качающимися в них лопатками, объединенными общим ротором.
Начальные условия получения конической поверхности. Шар с центром в точке О установлен в системе XYZ. Режущая кромка резца размещена в локальной системе координат xyz, начало координат которой совпадает с центром шара О, а режущая кромка совпадает с осью Oz. Плоскость xOz равномерно вращается со скоростью ω относительно оси Ох (Оx1, Оx2, Ох3...) и с ускорением е вращается относительно оси Oz (Ozl, Oz2, Oz3...). Режущая кромка, оставаясь привязанной своим концом к центру О, формирует на шаре коническую поверхность G с вершиной в точке О и очерчивает на сферической поверхности М направляющую линию (1-2-3). По таким же условиям выполняется коническая поверхность на роторе. Направляющая линия (1е-2е-3е) на роторе эквидистантна линии, с точками (1-2-3) на корпусе. Построенные на основе таких винтовых направляющих конусы касаются по их общей образующей и контактируют без зазора и проскальзывания.
По второму варианту в двигателе установлена секция потребителя механической энергии, например нагнетателя газа или жидкости, которая связана с секцией расширительного отсека. В корпусе 1 выполнена винтовая полость 15, ограниченная в радиальном направлении сферическими поверхностями М, а в осевом направлении коническими поверхностями G. В полости 15 выполнена винтовая лопатка 16, ограниченная в радиальном направлении сферическими поверхностями М, а в осевом направлении коническими поверхностями G. Вершины конических поверхностей и центры сферических поверхностей совпадают с точкой пересечения осей вращающегося в опорах корпуса вала, и кривошипа 9, установленного на нем под углом. Лопатка 16 потребителя мощности жестко связана с ротором 7 расширительного отсека посредством поводка 17. Сопряженные конические и сферические поверхности полости 15 и лопатки 16 замыкают волнообразные объемы нагнетаемого продукта, например газообразного или жидкого, и сдвигают их по полости 15 от окна 18 магистрали низкого давления к окну 19 магистрали высокого давления.
Работает двигатель следующим образом. Включается привод 14. Связанный с ним вал компрессорного отсека вращается в опорах корпуса 1 с установленной регулятором скоростью. Ротор 3 с помощью зубчатого зацепления качается на кривошипе 5 вала относительно центра Ок. Размещенная на роторе лопатка 4 качается в полости 2. В полости 2 лопаткой 4 отсекаются волнообразные объемы воздуха, которые при колебании лопатки сдвигаются от окна 12 в сторону камеры сгорания 10. Несколько оборотов вала приводит к наполнению камеры сгорания воздухом и созданию в ней достаточного давления. В камеру сгорания через форсунки подается поток топлива, скорость которого и количество устанавливается регулятором подачи 11. Путем изменения частоты вращения привода 14 и скорости подачи количества топлива регулятором 11 добиваются обеднения или обогащения смеси. Полученная смесь топлива и воздуха поджигается свечой зажигания. Газы от сгорающей смеси создают на активных поверхностях полости 6 и лопатки 8 суммарную составляющую силы и подобно турбине на валу 9 крутящий момент. Давление газов, при сгорании смеси, в камере сгорания возрастает, возрастает и степень сжатия вновь поступающей смеси. Высокое давление газов и высокие температуры горения создают условия для воспламенения вновь поступающих порций смеси. Горение смеси становится устойчивым и прекращается с прекращением подачи топлива. Свеча зажигания необходима для начального воспламенения. Ввиду небольших размеров полости 2 компрессорного отсека противодействие расширяющихся газов поступлению воздуха незначительно.
По второму варианту двигатель позволяет передать потребителю потенциальную энергию давления сгорающего топлива без промежуточных механических устройств. Так же, как в первом варианте работают компрессорный и расширительный отсеки и создается давление в полости 6 расширительного отсека. Нагнетаемый материал в виде волновых объемов заключен между коническими G и сферическими М стенками полостей 15 и лопаток 16. Давление газов через активные конические поверхности жестко соединенных с помощью поводка 17 лопаток 8 и 16 направлено на материал, размещенный в волновых объемах полости 15 потребителя энергии. По сути, давление газов без промежуточных механических передач создает давление на материал, заполняющий полость 15, и направлено на нагнетание материала из магистрали низкого давления и окна 18 в магистраль высокого давления через окно 19. Все остальные узлы и механизмы, при такой передаче потенциальной энергии давления, не подвержены большим нагрузкам и несут в себе потери мощности для собственных нужд управления. Возможно одновременное использование двух путей передачи энергии: по первому и второму вариантам.
В изобретении устранены зазоры между контактирующими активными поверхностями. Площадь активных поверхностей значительно превосходит площадь пассивных поверхностей, тем самым создаются условия для повышения энергоэффективности. Устранено проскальзывание активных винтовых конических поверхностей. Возможно управление начальными параметрами рабочего тела, такими как степенью сжатия, обеднением или обогащением, скоростью формирования топливной смеси. Сгорание смеси происходит при высоком начальном давлении. Путем изменения входных параметров появилась возможность управления выходными параметрами - скоростью, мощностью. Возможно выполнение условия продолженного горения. Предложена передача потенциальной энергии давления газов на материал потребителя, без промежуточных механических преобразователей, например при нагнетании или перекачке жидкости или газа.
1. Двигатель, содержащий компрессорный и расширительный отсеки, каждый из которых оснащен качающимся в корпусе ротором, установленным шарнирно на пальце кривошипа, закрепленном на вращающемся в опорах корпуса валу, который в расширительном отсеке соединен с потребителем механической энергии, полостью, выполненной в корпусе, лопаткой, качающейся в ней, размещенной на роторе, отсекающей точками контакта своих поверхностей с поверхностями полости смещающиеся вдоль нее волнообразные объемы газа, топливную систему с встроенными в камеру сгорания форсунками и свечу зажигания, отличающийся тем, что поверхности, ограничивающие полость, а также лопатку, выполнены в радиальном направлении сферическими, а в осевом направлении коническими, кривошип на валу установлен под углом, а с точкой пересечения осей кривошипа и вала совпадают центры сферических и вершины конических поверхностей, вал компрессорного отсека соединен с валом привода, снабженного регулятором частоты вращения, топливная система снабжена регулятором подачи топлива в камеру сгорания.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в нем установлена секция потребителя механической энергии, например нагнетателя газа, оснащенная выполненной в корпусе полостью, заполненной нагнетаемым материалом, и лопаткой, качающейся в ней, размещенной на роторе расширительного отсека, отсекающей точками контакта сферических и винтовых конических поверхностей волнообразные объемы материала, смещающиеся в полости от окна, связывающего полость с магистралью низкого давления, к окну, связывающему полость с магистралью высокого давления.
www.findpatent.ru
Волновой двигатель относится к области возобновляемых источников энергии, а именно волновой энергии и преобразования ее в электрическую. Волновой двигатель содержит кинематически связанные понтоны, выходной вал, мультипликатор, электрогенератор и первый преобразователь движения, взаимодействующие с последним и друг с другом и выходным валом второй и третий преобразователи энергии. Первый преобразователь движения содержит кинематически связанные первый и второй валы, первую, вторую и третью шестерни, первую и вторую звезды, установленные на обгонных муфтах, цепь, первый, второй и третий тросы и якоря, а также груз. Первая, вторая и третья шестерни, а также первая и вторая звезды установлены на соответствующих валах. Первый конец цепи, взаимодействующий со звездами на обгонных муфтах, через третий трос связан с грузом, а второй конец связан с третьим якорем. Первый понтон с помощью первого троса и двух якорей привязан ко дну моря. Повышается мощность и КПД. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к области возобновляющихся источников энергии, а именно волновой энергии и преобразования ее в другие виды, преимущественно в электрическую.
Известен преобразователь энергии ветра и волн [Алиев А.С., Алиева Б.З. «Преобразователь энергии ветра и волн». Патент РФ № 2254494 от 10.09.2003 г., F03D 5/04], который может быть указан в качестве аналога данного изобретения.
Аналог содержит связанные с помощью рычагов вращающиеся платформы. На каждой платформе установлены лопасти (парус) и кинематически связанные преобразователь движения и узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти. Последние установлены в центре преобразователя и взаимодействуют со всеми лопастями и флюгером, установленном также в центре преобразователя.
Платформы выполнены в виде герметичных камер обтекаемой формы, на которых установлены плоские лопасти и связанные с ними неподвижно звездочки, с возможностью свободного вращения вокруг вертикальных стоек. При этом звездочки через цепи и тросы кинематически связаны с соответствующими сегментными звездочками.
В качестве недостатка указанного устройства можно указать конструктивную сложность преобразователя, а также то, что преобразователь энергии не реагирует на угловые колебания герметичных камер на волнах по тангажу.
Известна также волновая энергетическая машина, использующая энергию волн [Саламатов A.M., Юнжаков А.П., Бухяков В.И. Волновая энергетическая машина. Патент RU 2141057 C1, кл. F13/20, 10.11/1999 г.], которая является наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности к первому варианту волнового двигателя.
Прототип содержит кинематически связанные понтоны, выходной вал, мультипликатор и взаимодействующий с выходным валом преобразователь потенциальной энергии колебаний понтона (поплавка) на волнах во вращательное движение генератора.
Прототип обладает низким КПД, т.к. не использует энергию колебательного движения рычагов, связывающих первый и второй понтоны друг с другом, а также кинематическую энергию надвигающейся волны.
Известен также преобразователь энергии [Алиев А.С., Алиева Б.З. Преобразователь энергии ветра и волн, патент РФ № 2254494 С2, F03D 5/04 от 09.10.2003 г.], который может быть указан в качестве прототипа второго варианта волнового двигателя.
Прототип имеет сложную конструкцию и может быть использован в преобразователях энергии малой мощности.
Техническая задача заключается в значительном повышении мощности и КПД преобразователя за счет одновременного использования энергии поступательного (кинетической энергии) и поперечного движения (потенциальной энергии) волн, а также энергию угловых колебаний рычагов, соединяющих друг с другом герметичные камеры (потенциальной энергии).
Данная техническая задача решается путем создания принципиально новой конструкции волнового двигателя (первый вариант), содержащего кинематически связанные понтоны, выходной вал, мультипликатор и электрогенератор и первый преобразователь движения, согласно изобретению двигатель содержит взаимодействующие с первым преобразователем и друг с другом и выходным валом второй и третий преобразователи энергии, при этом первый преобразователь движения содержит кинематически связанные первый и второй валы, первую, вторую и третью шестерни, первую и вторую звезды, установленные на обгонных муфтах, цепь, первый, второй и третий тросы и якоря, а также груз, причем первая, вторая и третья шестерни, а также первая и вторая звезды установлены на соответствующих валах, первый конец цепи, взаимодействующей со звездами на обгонных муфтах через третий трос, связан с грузом, а второй конец связан с третьим якорем, кроме того, первый понтон с помощью первого троса и двух якорей привязан ко дну моря.
Волновой двигатель содержит второй преобразователь движения, включающий в себя второй понтон, первый и второй рычаги, третью и четвертую обгонные муфты, при этом первые концы первого и второго рычага через третью и четвертую обгонные муфты взаимодействуют с соответствующими валами, а вторые концы указанных рычагов шарнирно связаны со вторым понтоном.
Волновой двигатель содержит третий преобразователь движения, включающий в себя пятую и шестую обгонные муфты, а также первое и второе водяные колеса, установленные с помощью обгонных муфт на концах второго вала.
Первый преобразователь движения содержит четвертый узел преобразования движения, включающий в себя седьмую и восьмую обгонные муфты, первый и второй барабаны и четвертый трос, к концам которого привязаны якорь и груз и которые взаимодействуют через барабаны и обгонные муфты с первым валом.
Волновой двигатель содержит дополнительный четвертый узел преобразования движения, при этом четвертые узлы преобразования движения вынесены за пределы корпуса первого понтона и установлены попарно симметрично на концах первого и второго валов.
По второму варианту волновой двигатель содержит кинематически связанные центральный и периферийные понтоны, радиальные рычаги, выходной вал, мультипликатор и электрогенератор, согласно изобретению двигатель снабжен узлами преобразования колебательного движения, центральный понтон имеет яйцевидную обтекаемую форму, верхний конец которого переходит в плоскую платформу, в центре которой на центральном валу неподвижно установлена центральная коническая шестерня, при этом узлы преобразования колебательного движения размещены на платформе симметрично по кругу, через которые посредством рычагов каждый периферийный понтон взаимодействует с центральной конической шестерней.
Каждый узел преобразования колебательного движения содержит взаимодействующие друг с другом обгонные муфты, перемычку, первую, вторую, третью и четвертую конические шестерни, вал, ось, кронштейны и шарнирное крепление, при этом обоймы обгонных муфт неподвижно соединены перемычкой с концом рычага, а ступицы неподвижно соединены с первым и вторым коническими шестернями, шарнирно установленными на одной оси и входящими в сцепление с третьей конической шестерней, установленной неподвижно на валу, на другом конце которого также неподвижно установлена четвертая коническая шестерня, входящая в сцепление с центральной конической шестерней.
Принцип действия волнового двигателя поясняется чертежами, представленными на фиг.1-6.
На фиг.1 представлен разрез А-А волнового двигателя по фиг.2, где
1 - первый понтон;
2 - второй понтон;
3, 4, 5 - первый, второй и третий тросы;
6 - якоря;
7 - цепь;
8 - груз;
9, 10, 11 - первый, второй и третий валы;
12, 13, 14 - первая, вторая и третья шестерни;
15, 16 - первая и вторая звезды, установленные на обгонных муфтах.
На фиг.2 представлен вид по фиг.1, где
17 - электрогенератор, 18 - мультипликатор;
19 - маховик;
20, 21, 22, 23 - третья, четвертая, пятая и шестая обгонные муфты;
24, 25 - первое и второе водяные колеса;
26, 27 - первый и второй рычаги;
28 - шарнирные соединения рычагов.
На фиг.3 представлена конструкция второго преобразователя вертикальных перемещений первого понтона во вращательное движение первого и второго валов, где признаки 9-13, те же, что на фиг.1 и фиг.2,
29, 30 - седьмая и восьмая обгонные муфты;
31, 32 - первый и второй барабаны;
33 - четвертый трос;
34 - якорь;
35 - груз.
На фиг.4 приведена конструкция третьего преобразователя движения, где симметрично размещены узлы преобразования вертикальных перемещений понтона (фиг.3) относительно корпуса понтона 1 во вращательное движение, где позиции 29-35 те же, что на фиг.3,
36, 37 - третий и четвертый рычаги;
38, 39 - девятая и десятая обгонные муфты.
На фиг.5 представлена конструкция второго варианта волнового двигателя, где
40 - третий (центральный) понтон;
41 - верхняя платформа понтона;
42 - периферийные понтоны;
43 - радиальные рычаги;
44 - перемычка;
45, 46 - одиннадцатая и двенадцатая обгонные муфты;
47 - кронштейны;
48, 49, 50 - первая, вторая и третья конические шестерни;
51 - четвертый вал;
52 - шарнирное крепление;
53 - четвертая коническая шестерня;
54 - центральная (пятая) коническая шестерня;
55 - центральный вал;
На фиг.6 представлен вид В-В волнового двигателя по фиг.5 (разрез), где позиции 50-55 те же, что на фиг.5.
56, 57 - шестая и седьмая конические шестерни;
58 - маховик;
59 - мультипликатор;
60 - электрогенератор;
61 - подставка;
62, 63 - первый и второй кронштейны;
64 - герметичный корпус понтона 40;
65 - трос;
66 - якорь.
Принцип работы первого варианта волнового двигателя, конструкция которого представлена на фиг.1 и фиг.2, заключается в следующем.
Вся конструкция волнового двигателя имеет положительную плавучесть и размещается на двух понтонах 1, 2.
Двигатель может быть установлен в любом месте - на берегу моря, или в открытом море, или в океане. Положение двигателя фиксируется с помощью двух тросов 3, 4, на концах которого установлены якоря 6, разнесенные друг от друга на определенное расстояние. При этом тросы 3, 4 связаны с петлей, закрепленной в носовой части первого понтона.
Первый 1 и второй 2 понтоны имеют обтекаемую форму, герметичны и связаны друг с другом первым и вторым рычагами 26, 27.
Вся основная конструкция волнового двигателя размещена на первом понтоне.
Под действием волн моря понтоны, соединенные рычагами 26, 27, ориентируются вдоль направления волн. При этом тросы 3, 4 препятствуют изменению координат понтонов. Два троса, концы которых закреплены ко дну моря с помощью двух якорей 6, разнесенных друг от друга на фиксированное расстояние, задают фиксированную высоту понтонов (h). Приход и уход волны меняет высоту понтонов от этого заданного уровня на ±Δh.
В конструкции волнового двигателя предусмотрен еще третий трос 5, который с помощью третьего якоря 6 закрепляется ко дну моря непосредственно под первым понтоном. К верхнему концу этого троса крепится цепь 7, а к другому концу цепи крепится груз 8, имеющий обтекаемую форму.
Цепь кинематически связана с двумя звездами, 15, 16, неподвижно установленными на обоймах соответствующих обгонных муфт. Ступицы обгонных муфт установлены на соответствующих валах 9, 10.
Обгонные муфты установлены на валах так, что при вхождении в сцеплении одной муфты, вторая муфта крутится вхолостую и наоборот:
В этом случае подъем первого понтона 1 приводит к вращению первого вала по часовой стрелке, а его опускание - второго вала - против часовой стрелки. Вращение первого вала 9 обеспечивается также с помощью троса 5, привязанного к третьему якорю.
Вращение второго вала 10 в противоположном направлении обеспечивается с помощью груза 8, привязанного ко второму концу цепи 7.
На первом и втором валах неподвижно установлены соответствующие шестерни 12, 13. Указанные шестерни имеют одинаковые диаметры делительных окружностей и число зубьев.
При этом вторая шестерня 13 входит в сцепление с третьей шестерней 14. Независимо от противоположных направлений вращения первого и второго валов, третье колесо вращается только в одном направлении - против часовой стрелки.
Чтобы выравнивать моменты вращения выходного (третьего) вала при подъеме и опускании понтона 1 необходимо выравнивать подъемную силу первого понтона 1 и массу груза 8.
Для этой цели необходимо, чтобы первый понтон под весом всех деталей и узлов волнового двигателя (3-25) погрузился только наполовину своего объема. Подъемная сила, создаваемая при погружении понтона выше ватерлинии, была равна массе груза 8 с вычетом веса воды, вытесненной его объемом.
Для стабилизации скорости вращения выходного вала 11 на нем может быть установлен массивный маховик 19.
Вращение третьего вала 11 через мультипликатор 18 передается на электрогенератор 17. Мультипликатор согласует скорости вращения третьего вала с номинальной скоростью вращения электрогенератора.
Для накопления энергии могут быть использованы аккумуляторы. Перспективным направлением является получение водорода путем электролиза воды для последующего его применения в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания и т.д.
Для повышения КПД волнового двигателя используется колебательное движение двух рычагов 26, 27, связывающих первый понтон 1 со вторым понтоном 2.
Первый рычаг 26 связан с обоймой третьей обгонной муфты, ступица которой неподвижно установлена на первом валу 9.
Конец второго рычага 27 аналогичным путем через четвертую обгонную муфту 21 связан с валом 10.
При этом третья и четвертая обгонные муфты установлены так, что при подъеме второго понтона 2 первый вал вращается против часовой стрелки, а при его опускании второй вал вращается по часовой стрелке.
Вторые концы рычагов 26, 27 шарнирно связаны со вторым понтоном. Шарниры 28 рычагов 26, 27 имеют возможность смещения относительно друг друга и корпуса второго понтона 2 в продольном направлении. Понтоны 1, 2 имеют обтекаемую форму. При изменении направления волны понтоны меняют свою ориентацию так, что рычаги 26, 27 устанавливаются вдоль направления волн. Длины рычагов подбираются такими, чтобы они совершали наибольшие колебательные движения. Для этого необходимо, чтобы расстояние между центрами понтонов было равно нечетному количеству полуволн (λ/2). В этом случае, когда первый понтон 1 оказывается на гребне волны, второй понтон 2 окажется во впадине, и наоборот.
Для использования кинетической энергии надвигающейся волны применяются первое 24 и второе 25 водяные колеса. Колеса устанавливаются на обоймах пятой 22 и шестой 23 обгонных муфт. Ступицы указанных муфт неподвижно закреплены на концах второго вала 10. Под воздействием волн колеса с помощью соответствующих обгонных муфт 22, 23 приводят во вращение второй вал по часовой стрелке (см. фиг.1). Обгонные муфты 15, 16, 20-23 обеспечивают параллельную работу двигателя от пяти видов движения: подъема и опускания первого понтона, колебаний рычагов 26, 27 в ту или другую стороны и вращения водяных колес 24, 25.
Любое из этих звеньев, препятствующих заданному направлению вращения третьего вала 11, выводится обгонными муфтами из кинематической схемы работы двигателя.
Для стабилизации скорости вращения выходного вала 11 может быть использован классический стабилизатор скорости вращения [Алиев А.С. Преобразователь энергии текучей среды. Патент РФ №2253039 от 07.04.2005 г.].
На фиг.3 представлен второй вариант конструкции преобразователя движения, реагирующий на подъем и опускание первого понтона 1.
В этой конструкции взамен цепной передачи и звезд 15, 16, установленных на обгонных муфтах, используются первый 31 и второй 32 барабаны. Последние установлены на соответствующих валах 9, 10 с помощью седьмой 29 и восьмой 30 обгонных муфт. Обоймы указанных муфт неподвижно связаны с барабанами 31 и 32, обоймы которых установлены на первом 9 и втором 10 валах соответственно [Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. - М.: Машиностроение 1980 г., том 2, стр.215-220]. На барабаны намотан четвертый трос 33. К одному концу указанного троса привязан якорь 34, к другому - груз 35. При неподвижно закрепленном тросе ко дну моря с помощью якоря подъем первого понтона приводит к вращению барабанов и связанных с ним валов 9 и 10.
Трос 33 намотан на барабаны так, что они вращаются в разные стороны. Первый барабан вращается против часовой стрелки, а второй по часовой стрелке.
При опускании понтона 1 груз 35 тянет за собой трос 33. Обойма седьмой обгонной муфты 29 входит в сцепление со ступицей и вращает первый вал 9 против часовой стрелки. Обойма восьмой обгонной муфты 30 выходит из сцепления, и трос 33 наматывается на второй барабан 32. Первый вал является ведущим и через шестерни 12, 13 и 14 вращает третий вал 11 в том же направлении - т.е. против часовой стрелки.
Во второй конструкции упрощается механизм преобразования движения и существенно увеличиваются моменты вращения на валах.
На фиг.4 приведена конструкция, когда узлы преобразования движения установлены с двух сторон первого понтона 1 и вынесены за его пределы. Принцип работы каждого из них совпадает с вышеизложенным вариантом (фиг.3).
Тросы 33 закреплены с двух сторон первого понтона. При подъеме понтона ведущими становятся также оба вала 9 и 10. Обгонные муфты 29 и 30 переключают направление вращения барабанов 31 и 32, установленных с двух сторон так, что при опускании понтона 1 с помощью грузов 35 ведущими становятся оба вала 9, 10, сохраняя прежние направления своих вращений.
Подбирая массу грузов и подъемную силу понтона возможно выровнять моменты вращения валов, создаваемые при подъеме и опускании понтона 1 на волнах.
Связь третьего 36 и четвертого 37 рычагов с первым и вторым валами в данном варианте осуществляется аналогично первому варианту через девятую 38 и десятую 39 обгонные муфты соответственно (фиг.4).
Аналогично первому варианту на втором валу 10 симметрично с двух сторон с помощью пятой 22 и шестой 23 обгонных муфт устанавливаются водяные колеса 24 и 25. Эти колеса создают момент вращения от напора надвигающей волны и преобразуют кинетическую энергию волны.
В указанных вариантах трос (или цепь) выводится из корпуса по центру понтона 1. Это требует применения специальных уплотнителей, не пропускающих воду внутрь понтона.
В последнем варианте тросы 33 вынесены за пределы понтона. Симметричное натяжение тросов с двух сторон понтона повышает устойчивость его крепления и распределяет снимаемую мощность преобразователя вертикального движения понтона на два троса 30.
Подбирая объем и массу второго понтона такими, чтобы он погрузился на половину своего объема, можно выровнять моменты вращения, создаваемые рычагами 26 и 27 на первом и втором валах.
Суммарная мощность, создаваемая на выходном валу от преобразования пяти видов движения, может составить сотни - тысячи киловатт.
Принцип работы второго варианта волнового двигателя, представленного на фиг.5 и фиг.6, принципиально отличается от всех предыдущих вариантов.
Третий понтон 40 имеет яйцевидную обтекаемую форму, верхний конец которого переходит в плоскую форму 41.
Центральный понтон имеет большую положительную плавучесть. К днищу понтона 64 привязан трос 65 и с помощью якоря 66 устанавливается в море. Длина троса подбирается такой, чтобы верхняя платформа 41 оказалась выше уровня моря.
Вокруг центрального понтона симметрично по кругу устанавливаются N-е количество периферийных понтонов 42. На фиг.5 шесть периферийных понтонов связанны с центральным понтоном с помощью радиальных рычагов 43 с узлами преобразования колебательного движения, установленными на центральном понтоне.
Периферийные понтоны имеют обтекаемую форму и шарнирно связаны с концами рычагов 43. Другие концы рычагов неподвижно соединены с помощью перемычек 44 с обоймами соответствующих (одиннадцатой 45 и двенадцатой 46) обгонных муфт узлов преобразования колебательного движения. Ступицы указанных муфт неподвижно связаны с первой 48 и второй 49 коническими шестернями, установленными шарнирно на одной оси, концы которой с помощью кронштейнов 47 шарнирно закреплены на платформе 41.
Первая 48 и вторая 49 конические шестерни находятся в сцеплении с третьей конической шестерней 50.
Обгонные муфты 45 и 46 установлены так, что они входят в сцепление по очереди. Например, если при опускании рычага 43 поворачивает ступицу одиннадцатой 45 обгонной муфты, ступица двадцатой 46 находится в нейтральном положении и наоборот.
Последняя входит в сцепление при подъеме рычага. Расположение конических шестерен 48-50 обеспечивает вращение третьей шестерни в одном направлении как при подъеме, так и при опускании периферийного понтона 42 на волнах.
Третья 50 и четвертая 53 конические шестерни неподвижно установлены на четвертом валу 51. Валы с помощью шарнирных креплений 52 веерообразно симметрично по кругу установлены на платформе 40.
В центре платформы на центральном валу 55 неподвижно установлена центральная (пятая) коническая шестерня 54. Направление вращения четвертых конических шестерен 53 с помощью обгонных муфт 45, 46 обеспечивается таким, чтобы центральная коническая шестерня вращалась в одном направлении - по часовой стрелке (см. фиг.5).
Для защиты от агрессивной соленой водной среды узел электрогенератора установлен внутри герметичного корпуса 53 понтона 1.
На центральном валу 55 неподвижно установлены шестая коническая шестерня 56 и маховик 58. Седьмая коническая шестерня 57 неподвижно установлена на входном 57 валу мультипликатора 59 и входит в сцепление с шестой конической шестерней.
Маховик обеспечивает синхронность вращения центрального вала. Для синхронизации скорости вращения центрального вала может быть применен классический центробежный регулятор скорости вращения [Алиев А.С. Преобразователь энергии текучей среды. Патент РФ № 2253039 от 07.04.2005 г.].
Выходной вал мультипликатора 59 подключен к электрогенератору 60. Мультипликатор согласует скорость вращения центрального вала с номинальной скоростью вращения якоря электрогенератора 60.
Мультипликатор и электрогенератор установлены на подставке 61, которая с помощью первого кронштейна 62 крепится параллельно платформе. Для установки маховика 58 используется дополнительный второй кронштейн 62.
Полученная электрическая энергия используется для освещения и отопления плавучих нефтяных платформ. Перспективными направлениями являются использование электрической энергии для получения водорода путем электролиза воды для опреснения морской воды.
Следует заметить, в случае необходимости при соответствующем упрощении конструкции волнового двигателя в нем могут быть использованы каждое из нижеуказанных движений в отдельности:
а) вертикальное движение первой герметичной камеры (понтона) вверх и вниз, преобразующее потенциальную энергию волн;
б) колебательное движение рычагов, связывающих понтоны 1, 2 друг с другом, преобразующее также потенциальную энергию волн;
в) вращательное движение водяных колес, преобразующее кинетическую энергию надвигающего потока волн.
Волновой двигатель может быть использован как автономный источник электрической и механической энергии, а также тепла там, где нет централизованного электроснабжения - вдоль побережья и далеко от берегов морей и океанов
Потенциальными потребителями таких волновых двигателей являются пограничники, нефтяники, рыболовы, моряки и т.д.
1. Волновой двигатель, содержащий кинематически связанные понтоны, выходной вал, мультипликатор и электрогенератор, и первый преобразователь движения, отличающийся тем, что содержит взаимодействующие с первым преобразователем и друг с другом и выходным валом второй и третий преобразователи энергии, при этом первый преобразователь движения содержит кинематически связанные первый и второй валы, первую, вторую и третью шестерни, первую и вторую звезды, установленные на обгонных муфтах, цепь, первый, второй и третий тросы и якоря, а также груз, причем первая, вторая и третья шестерни, а также первая и вторая звезды установлены на соответствующих валах, первый конец цепи, взаимодействующий со звездами на обгонных муфтах через третий трос связан с грузом, а второй конец связан с третьим якорем, кроме того, первый понтон с помощью первого троса и двух якорей привязан ко дну моря.
2. Волновой двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит второй преобразователь движения, включающий в себя второй понтон, первый и второй рычаги, третью и четвертую обгонные муфты, при этом первые концы первого и второго рычага через третью и четвертую обгонные муфты взаимодействуют с соответствующими валами, а вторые концы указанных рычагов шарнирно связаны со вторым понтоном.
3. Волновой двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит третий преобразователь движения, включающий в себя пятую и шестую обгонные муфты, а также первое и второе водяные колеса, установленные с помощью обгонных муфт на концах второго вала.
4. Волновой двигатель по п.1, отличающийся тем, что первый преобразователь движения содержит четвертый узел преобразования движения, включающий в себя седьмую и восьмую обгонные муфты, первый и второй барабаны и четвертый трос, к концам которого привязаны якорь и груз и которые взаимодействуют через барабаны и обгонные муфты с первым валом.
5. Волновой двигатель по п.4, отличающийся тем, что содержит дополнительный четвертый узел преобразования движения, при этом четвертые узлы преобразования движения вынесены за пределы корпуса первого понтона и установлены попарно симметрично на концах первого и второго валов.
6. Волновой двигатель, содержащий кинематически связанные центральный и периферийные понтоны, радиальные рычаги, выходной вал, мультипликатор и электрогенератор, отличающийся тем, что двигатель снабжен узлами преобразования колебательного движения, центральный понтон имеет яйцевидную обтекаемую форму, верхний конец которого переходит в плоскую платформу, в центре которой на центральном валу неподвижно установлена центральная коническая шестерня, при этом узлы преобразования колебательного движения размещены на платформе симметрично по кругу, через которые посредством рычагов каждый периферийный понтон взаимодействует с центральной конической шестерней.
7. Волновой двигатель по п.6, отличающийся тем, что каждый узел преобразования колебательного движения содержит взаимодействующие друг с другом обгонные муфты, перемычку, первую, вторую, третью и четвертую конические шестерни, вал, ось, кронштейны и шарнирное крепление, при этом обоймы обгонных муфт неподвижно соединены перемычкой с концом рычага, а ступицы неподвижно соединены с первым и вторым коническими шестернями, шарнирно установленными на одной оси и входящими в сцепление с третьей конической шестерней, установленной неподвижно на валу, на другом конце которого также неподвижно установлена четвертая коническая шестерня, входящая в сцепление с центральной конической шестерней.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве силовой установки на воздушных, водных или сухопутных транспортных средствах. В корпусе двигателя, включающем впускное и выпускное окна, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания установлен под углом к оси корпуса ротор. Внутренняя поверхность корпуса и ротор имеют подобную конструкцию, а именно выполнены в виде обращенных навстречу двух винтовых конусов, расположенных по одной оси. Двигатель содержит два опорных узла, каждый из которых содержит по две крейцкопфные пары и фрагмент коленчатого вала с опорными и выходной шейками, при этом выходная шейка связана с валом отбора мощности посредством поводкового механизма, снабженного противовесом. Задача изобретения - увеличение КПД. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве силовой установки на воздушных, водных или сухопутных транспортных средствах.
Известен газотурбинный двигатель, работающий по разомкнутой схеме с внутренним горением, состоящий из турбины, камеры сгорания и компрессора, расположенных на одном валу. Воздух для горения засасывается компрессором, где сжимается и направляется в камеру сгорания, в которой при постоянном давлении (p=const) сжигается топливо. Расчетный КПД описанной установки при температуре газа перед турбиной 725oC равен 21% (см. Матвеев Г.А. Теплотехника.- М.: Высшая школа, 1981, с.358). Известный двигатель отличается высокой компактностью, малой массой, возможностью сжигания в камере сгорания любых жидких и газообразных топлив. Однако поднятие температуры газа и соответственно КПД турбины лимитируется теплостойкостью и прочностью лопаток турбины при соответствующих окружных скоростях ротора. Кроме этого, в диапазоне мощностей от 1000 кВт и менее газотурбинные двигатели значительно уступают по экономичности поршневым двигателям внутреннего сгорания, это связывается обычно с большими потерями рабочего тела через неплотности газовых стыков лопаточных машин, что особенно заметно при небольших частотах вращения и малом диаметре ротора турбины. Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является роторный двигатель объемного типа, работающий по газотурбинному циклу с подводом теплоты при постоянном объеме (v= const), содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, эксцентрично установленный в нем ротор с лопатками, делящими компрессорный и расширительный отсеки на несколько изолированных объемов, вынесенную камеру сгорания с форсункой, при этом камера сгорания связана с проточной частью отсеков соединительными каналами (RU, патент 2123123 C1, кл. F 02 В 53/08, 1998). К числу недостатков данного двигателя можно отнести большую долю потерянного объема рабочих камер (наличие "вредного" пространства), невозможность получения высокой степени сжатия. Кроме этого, соединительные каналы оказывают значительное сопротивление движению рабочего тела, что весьма существенно снижает экономичность теплового цикла. Выбранная конструкция объемной машины для сжатия и расширения рабочего тела обладает большими механическими потерями. С увеличением числа оборотов такие потери будут возрастать. Подвижные лопатки ротора в расширительной части двигателя работают в условиях значительной теплонапряженности. Смазка пар трения при высоких окружающих температурах приводит к быстрому закоксовыванию сопрягаемых подвижных элементов ротора. Именно этим и объясняется отсутствие работоспособных конструкций двигателей, работающих по газотурбинному циклу с подводом теплоты в цикле, как при постоянном объеме, так и при постоянном давлении. Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а также обеспечение положительных свойств газотурбинных двигателей и поршневых машин в одном силовом агрегате. Технический результат достигается тем, что двигатель, содержащий ротор, установленный внутри корпуса, включающего впускное и выпускное окна, камеру сгорания, компрессорный и расширительный отсеки, согласно изобретению имеет корпус, внутренняя поверхность которого выполнена в виде лежащих на одной оси пары винтовых конусов, обращенных навстречу вершинами, подобного ротора, установленного под углом к его оси, и не менее двух опорных узлов, при этом любая точка на винтовой линии ротора, кроме центральной (точка перегиба ротора), в которой частота и амплитуда колебаний равна нулю, выполнена с возможностью совершать равные угловые колебания относительно осевой линии корпуса, а в целом обеспечения ротору возможности вращения с одновременным планетарным обкатыванием по внутренним огибающим корпуса. Количественное соотношение заходов винтовых конусов корпуса (n1) и ротора (n2) должны относиться как целые порядковые числа: 1:2,2:3, 3:4 и т.д. и могут быть определены следующим равенством: n2 = n1-1 при
1. Рост числа заходов винтовых конусов приводит к усложнению формы корпуса и ротора. В качестве примера выбрана пропорция 1:2, соответствующая самому простому однозаходному ротору в паре с двухзаходным корпусом. Абсолютная же величина пропорции определяет выбор соответствующей конструкции опорных узлов, которые могут быть встроены в ротор либо вынесены за его пределы. Каждый опорный узел (для пропорции 1:2) содержит две крейцкопфные пары и фрагмент коленчатого вала с опорными и выходной шейками, при этом выходная шейка связана с валом отбора мощности посредством поводкового механизма, снабженного противовесом, а смежные опорные шейки установлены с возможностью их качательного движения в пересекающихся направлениях. В качестве альтернативы крейцкопфным парам могут быть использованы шатунные механизмы, обеспечивающие опорным шейкам качательное движение. Корпус и соответственно ротор в компрессорном и расширительном отсеках выполнены с противоположной винтовой навивкой, при этом частота и амплитуда витков от центра к периферии возрастает. Это обеспечивает, при однонаправленном вращении, по одну сторону камеры сгорания, движение сжимаемого воздуха от периферии к центру и по другую сторону - расширяющихся газов от центра к периферии. Винтовая конструкция основных узлов двигателя по мере приближения их к камере сгорания позволяет снижать величину допускаемых отклонений и соответственно геометрические зазоры, что по мере увеличения степени сжатия, при возможности работы двигателя, приведет к более точному сопряжению корпус - ротор, а в зоне максимального давления (камере сгорания, где амплитуда меняет свой знак на противоположный) геометрический люфт в сочленении корпус-ротор будет равен абсолютному нулю; в свою очередь, при бесконтактном способе уплотнения в двигателе это приведет к минимальным утечкам рабочего тела в смежные полости других камер как в компрессорном, так и расширительном отсеках. Этому способствует и сокращение длины уплотнительного контура самих витков ротора в камерах с более высоким давлением. Установка ротора в не менее чем двух опорных узлах, учитывая достаточно сложный характер его движения, является необходимым условием, обеспечивающим практическую работоспособность заявленного типа двигателя. Реализация связи выходных шеек коленчатого вала с валом отбора мощности посредством, например, поводкового механизма является одним из возможных путей передачи крутящего момента валу отбора мощности с перемещающегося по нескольким координатам коленчатого вала в наиболее удобном для потребителя виде. Введение в схему двигателя фрагментов коленчатого вала в качестве узла, формирующего равномерный крутящий момент и отбор мощности, требует включения упомянутой кинематической связи в перечень отличительных признаков, обеспечивающих работоспособность устройства. В известных в науке и технике решениях /в объеме проведенного поиска/ указанные отличительные признаки не были обнаружены, что позволяет утверждать соответствие изобретения критериям новизны и изобретательского уровня. На фиг. 1 изображен продольный разрез двигателя; на фиг.2 -сечение I-I фиг. 1; на фиг.3 - сечение II-II фиг. 1: на фиг.4 - сечение III-III фиг. 1; на фиг.5 - аксонометрическая проекция кинематической схемы двигателя. Роторно-волновой двигатель, содержащий ротор (2), установленный в корпусе (1), включающем впускное (19) и выпускное (20) окна, компрессорный (21) и расширительный (23) отсеки и камеру сгорания (22). Внутренняя поверхность корпуса (1) выполнена в виде лежащих на одной оси пары винтовых конусов, обращенных навстречу вершинами. Подобный ротор (2) установлен внутри корпуса (1)и под углом к его оси. При поперечном разрезе каждого последующего участка ротора по направлению витка (в рассматриваемых компрессорном и расширительном отсеках корпуса) в сечении образуются окружности разного диаметра с профилями, подобными друг другу. По обе стороны ротора установлены фрагменты коленчатого вала-шейки 3,4,5,6,7,8. Все они входят в состав опорных узлов 24, 25. Соответственно каждый опорный узел 24, 25 состоит из двух смежных опорных шеек 3,4 и 6,7, выходной шейки 5,8 и двух пар крейцкопфов 9,10 и 11,12. Выходные шейки 5,8 связаны с валами отбора мощности посредством поводковых механизмов 13, 14, снабженных противовесами 15,16. В проточной части корпуса, до расширительного отсека, также установлены форсунки 17 и запальные свечи 18. Камера сгорания при этом имеет форму тора, ось вращения которого совпадает с осевой линией корпуса. Устойчивость ротора в любой точке на его орбите обеспечивается, как минимум, двумя опорными узлами 24, 25, расположенными по обе стороны от ротора. Каждый опорный узел это опора, обеспечивающая всем точкам ротора синхронное орбитальное вращение по заданным траекториям и их динамическое уравновешивание. Смежные опорные шейки 3,4, 6,7, входящие в состав опорного узла 24,25, установлены с возможностью их качательного движения в пересекающихся направлениях. Оси качания всех шеек пересекаются в одной точке - центре ротора. Выходные шейки 5,8 также входят в состав опорных узлов ротора, т.к. они принимают участие в его уравновешивании. Качательное движение опорных шеек как фрагментов коленчатого вала описывается уравнением эллипса, лежащим на поверхности шара. Точка, лежащая на равном расстоянии между смежными опорными шейками и соединенная с центром ротора лучом - ось ротора, описывает окружность (как частный случай эллипса). Эта ось и используется для отбора мощности и установки противовесов. Работа двигателя осуществляется следующим образом. Воздух в компрессорный отсек поступает непрерывно через впускное окно в два параллельных канала 26 и 27, смещенных относительно друг друга на 180o. Ротор 2, не касаясь стенок, вращается и одновременно планетарно обкатывается по внутренним огибающим корпуса, засасывая воздух в открытые объемы наружных витков винтовых каналов. За каждый оборот в оба канала компрессорного отсека засасываются и отсекаются от впускных окон по два объема воздуха. При дальнейшем повороте винтовой канал, в составе одного витка, начнет перемещаться к центру двигателя - камере сгорания, непрерывно уменьшаясь в объеме, за счет уменьшения частоты и амплитуды самого витка. Процесс сжатия продолжается до тех пор, пока все уменьшающийся объем со сжатым воздухом не подойдет к камере сгорания. В этот момент процесс внутреннего сжатия воздуха в компрессорном отсеке заканчивается. При последующем вращении ротора происходит процесс выталкивания сжатого воздуха в камеру сгорания тыльной стороной одного из витков ротора. На этом этапе через форсунки в воздух впрыскивается топливо и образованная топливно-воздушная смесь поджигается запальной свечей, установленной по ходу движения - в камере сгорания. В активном распространении пламени топливо-воздушной смеси участвуют газы, оставшиеся в камере от предыдущих циклов. Сгоревшие газы с более высокой температурой и давлением покидают камеру сгорания и заполняют на роторе винтовые каналы расширительных отсеков, расположенных по другую сторону от центра ротора - места, в котором частота и амплитуда колебаний самого ротора равна нулю. Увеличение объемов расширительных отсеков происходит за счет выдавливающего воздействия газов на витки ротора. На момент максимального расширения кромки наружных витков ротора открываются, и газы, сначала свободно, а затем принудительно, выдавливаются в выпускное окно. Интервал выпуска отработанных газов из очередной камеры расширения в выпускное окно составляет 180o. Следует отметить, что суммарный объем камеры сгорания во время работы остается неизменным, т.к. любое уменьшение объема компрессорной части компенсируется синхронным увеличением объема расширительной части ротора. При равенстве диаметров и количества витков в компрессорном и расширительном отсеках полезный крутящий момент в двигателе определяется разностью затрат на сжатие и расширение рабочего тела (учитывая также и механические потери) и незначительно зависит от угла поворота ротора в неподвижном корпусе. "Мертвые точки", характерные для машин периодического действия, полностью исключаются для кинематики волнового двигателя с любым отношением числа заходов корпуса к ротору (2:1, 3:2, 4:3 и т.д.). С увеличением числа заходов равномерность крутящего момента увеличивается. Таким образом полный цикл, осуществляемый двигателем, состоит из отдельных этапов: непрерывного всасывания, порционного сжатия, окисления топлива воздухом в камере сгорания и далее - порционного расширения сгоревших газов с последующим их выпуском в выпускное окно. Все это происходит одновременно и непрерывно во всех движущихся камерах. В двигателе реализуется цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (v=const), наиболее экономичный в сравнении с другими термодинамическими циклами. Рассмотренный тип двигателя, в основе которого лежит внутреннее винтовое зацепление ротора с корпусом, допускает возможность получения высокой степени сжатия (
) до ста и более единиц в одном агрегате и в отличие от прототипа рабочие полости его не содержат "вредного пространства". По ходу движения рабочего тела, особенно в области высоких температур, гарантировано отсутствие масла в проточной части двигателя, приводящее к закоксовыванию его рабочих элементов. Конструирование же рабочего процесса, как в дизельном, так и в карбюраторном исполнении, подходит для использования не только жидкого или газообразного топлива, но и распыленных твердых сортов топлива. В конструктивном плане в двигателе полностью отсутствуют детали, совершающие знакопеременное движение, ротор вращается с постоянной угловой скоростью, без соприкосновения с корпусом, при этом он полностью уравновешен, что допускает форсирование двигателя по числам оборотов. Всестороннее сжатие, которое может испытывать ротор во время работы, без резких колебаний температуры, очень благоприятно для использования в нем композиций из керамических материалов. Выступающие части ротора и корпуса имеют плавные очертания и вписываются в любую систему охлаждения. А т.к. схема легко допускает полное расширение рабочего тела, отсутствует потребность в глушителе шума.Формула изобретения
1. Роторно-волновой двигатель, содержащий ротор, установленный в корпусе, включающем впускное и выпускное окно, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса выполнена в виде обращенных навстречу вершинами и лежащих на одной оси пары винтовых конусов подобно поверхности ротора, установленного под углом к оси корпуса, и не менее двух опорных узлов, при этом любая точка на винтовой линии ротора, кроме центральной, в которой частота и амплитуда колебаний равна нулю, выполнена с возможностью совершать равные угловые колебания относительно осевой линии корпуса, а в целом - обеспечения ротору возможности вращения с одновременным планетарным обкатыванием по внутренним огибающим корпуса. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что количественное соотношение заходов винтовых конусов корпуса n1 и ротора n2 определяется следующим равенством: n2 = n1 - 1 при n2 1 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что корпус и ротор в компрессорном и расширительном отсеках выполнены с противоположной навивкой, при этом частота и амплитуда витков от центра к периферии возрастает. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждый опорный узел содержит по две крейцкопфные пары и фрагмент коленчатого вала с опорными и выходной шейками, при этом выходная шейка связана с валом отбора мощности посредством поводкового механизма, снабженного противовесом, а смежные опорные шейки установлены с возможностью их качательного движения в пересекающихся направлениях. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания имеет форму тора. 6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что топливные форсунки установлены в проточной части корпуса до расширительного отсека.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5www.findpatent.ru
Изобретение относится к машиностроению. Роторно-волновой двигатель включает корпус с размещенными в нем компрессорным и расширительным отсеками, впускным и выпускным окнами и камерой сгорания. Камера сгорания снабжена топливными форсунками и соединена с помощью промежуточных каналов с полостями, контактирующими своими поверхностями с поверхностями подобных нагнетателей. Нагнетатели установлены на роторе, вращающемся на кривошипе вала с помощью механизма с передаточным числом, равным единице. Полости выполнены круговыми, разделены перемычками и в области раздела снабжены цилиндрическими нишами. В нишах размещены цилиндрические кулачки, закрепленные на нагнетателях круговой формы в области раздела их прорезями. Техническим результатом является уменьшение удельной массы двигателя. 2 ил.
Устройство относится к области машиностроения, а в частности к двигателестроению, и может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении.
Известны бесшатунные двигатели внутреннего сгорания, например роторно-волновой двигатель (патент России №2155272) - объемная прямоточная машина, в которой установленный с минимальным зазором ротор совершает угловые колебания, образуя волны, перекатывающиеся по поверхности корпуса в компрессорном и расширительном отсеках.
Известный двигатель из-за конической формы корпуса и ротора имеет потери мощности в виде ее осевой составляющей.
Прототипом является роторно-волновой двигатель (патент России №2304225), содержащий спиралеобразные полости, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели.
Однако спиралеобразные поверхности требуют повышенных радиальных размеров и повышенной удельной массы двигателя.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков.
Согласно изобретению роторно-волновой двигатель включает корпус с размещенными в нем компрессорным и расширительным отсеками, впускным и выпускным окнами, камерой сгорания, снабженной топливными форсунками, соединенной с помощью промежуточных каналов с полостями, контактирующими своими поверхностями с поверхностями подобных нагнетателей, установленных на роторе, вращающемся на кривошипе вала, с помощью механизма с передаточным числом, равным единице. Полости выполнены круговыми, разделены перемычками и в области раздела снабжены цилиндрическими нишами, в которых размещены цилиндрические кулачки, закрепленные на нагнетателях круговой формы в области раздела их прорезями.
В корпусе 1 выполнены круговые полости 2. В области раздела перемычками 3 полости 2 снабжены нишами 4. Кулачки 5 жестко установлены на круговых нагнетателях 6 в области их раздела прорезями. Нагнетатели 6 закреплены на роторе 7, вращающемся на кривошипе вала 8 с помощью установленного на корпусе механизма 9 с передаточным числом, равным единице. Эксцентричное размещение нагнетателей 6 в полостях 2 и кулачков 5 в нишах 4 позволяет создавать рабочие камеры переменных объемов, заключенные между точками контакта сопряженных поверхностей. Камера сгорания с топливными форсунками соединена промежуточными каналами с полостями 2 компрессорного и расширительного отсеков. Двигатель снабжен впускным 10 и выпускным 11 окнами.
Через впускное окно 10 компрессорного отсека воздух попадает в рабочие камеры переменных объемов, отсекается точками контакта поверхностей полостей 2 и нагнетателей 6, ниш 4 и кулачков 5 и поступает в камеру сгорания с топливными форсунками. В расширительном отсеке газ, в аналогичных рабочих камерах переменных объемов, создает момент силы на валу 8 и выходит в выпускное 11 окно.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен двигатель в разрезе А-А на фиг.2; на фиг.2 совмещены разрезы Б-Б и В-В на фиг.1.
Роторно-волновой двигатель, включающий корпус с размещенными в нем компрессорным и расширительным отсеками, впускным и выпускным окнами, камерой сгорания, снабженной топливными форсунками, соединенной с помощью промежуточных каналов с полостями, контактирующими своими поверхностями с поверхностями подобных нагнетателей, установленных на роторе, вращающемся на кривошипе вала с помощью механизма с передаточным числом, равным единице, отличающийся тем, что полости выполнены круговыми, разделены перемычками и в области раздела снабжены цилиндрическими нишами, в которых размещены цилиндрические кулачки, закрепленные на нагнетателях круговой формы в области раздела их прорезями.
www.findpatent.ru
