Opublikowano dnia 20 stycznia 1958 r.Fftfk Ml li I3LIOTE1 ft I u, Ur_-i;Ju Patentowego POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 40426 KI. 14 h, 5 Jerzy Nowak Elblag, Polska Silnik cieplny parowo-powieirzny Patent trwa od dnia 1 marca 1956 r.Silnik cieplny wedlug wynalazku, którego dzialanie oparte jest na róznicy temperatur i cisnien, poruszany jest mieszanina powietrza i wody, przy czym woda w postaci plynnej, rozpylonej lub pary krazy miedzy podgrzewa¬ czem a chlodnica. Dla pracy silnika wykorzy¬ stano rozprezanie sie mieszanki wody z powie¬ trzem podczas nagrzewania oraz kurczenie sie jej podczas chlodzenia. Silnik wedlug wynalaz¬ ku nie posiada zbiornika pary, lecz suchy pod¬ grzewacz ogrzewany do kilkuset stopni, do któ¬ rego pod cisnieniem wtlaczana jest rozpylona mieszanka wody z powietrzem. Wskutek tego mieszanka zamienia sie momentalnie w pare przegrzana o duzej preznosci, co powoduje przesuniecie tloka w jednym kierunku, po czym zostaje wessana do odpowiedniej komory silni¬ ka i raptownie ochlodzona wtryskiem rozpylo¬ nej zimnej wody. Ochlodzona mieszanka skra¬ plajac sie wytworzy podcisnienie, które wyko¬ rzystuje sie na przesuniecie tloka w kierunku powrotnym.Dzieki obustronnemu wykorzystaniu energii cieplnej oraz blyskawicznemu podgrzewaniu roz¬ pylonej wody, zuzycie paliwa jest bardzo eko¬ nomiczne. Ponadto korzystanie z tej samej ilo¬ sci wody powoduje, ze dla ciaglej pracy silnika wystarczy pewien nieduzy jej zapas, który mie¬ sci sie w chlodnicy, jak równiez unika sie ujemnych skutków wynikajacych przy czestej zmianie wody mianowicie, zapobiega sie po¬ wstawaniu osadu kotlowego i unika sie ko¬ niecznosci utrzymywania stalego zródla doplywu wody lub transportu balastu wodnego.Nalezy przy tym nadmienic, ze silnik wedlug wynalazku, poza zimnem, które czerpie z zew¬ natrz, nie wymaga dalszych kontaktów z oto¬ czeniem, dlatego tez jako opal dla niego mozna by zastosowac paliwo atomowe, a w odpowied¬ nim opancerzeniu móglby byc wykorzystany w lotnictwie, marynarce lub trakcji samocho¬ dowej.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony sche¬ matycznie na rysunku, na którym fig. i przed-stawia osiowy przekrój silnika wraz z chlodnica i piecem do ogrzewania mieszanki, fig. 2 — frag¬ ment przekroju osiowego silnika z odmiennie usytuowanym tlokiem, a fig. 3 — przekrój po¬ przeczny podgrzewacza przez plyty wedlug li¬ nii I—I.Silnik posiada piec 1, czyli podgrzewacz mie¬ szanki wody i powietrza, do którego dosrubo- wana jest plyta 2. Do plyty tej przymocowany jest cylinder 3 wraz z przymocowana don skrzynka 35 przyrzadu obracajacego, która lacz¬ nie z cylindrem spoczywa na podstawie 43 sil¬ nika. Na wierzchu cylindra 3 znajduje sie chlod¬ nica 40, a pod spodem tegoz cylindra miesci sie zbiornik wody i powietrza 25 wraz z regulato¬ rem 45 doplywu powietrza z zewnatrz.Podgrzewacz 1 opalany weglem, koksem lub tez wszelkimi odpadkami palnymi jest wykona¬ ny z zeliwa ognioodpornego z zewnatrz opance¬ rzony blacha zelazna chroniaca podgrzewacz przed zbytnim chlodzeniem, izolacja powietrzna.Wewnatrz podgrzewacza 1, znajduje sie pale¬ nisko przedzielone plyta zeliwna 6, posiadajaca otwory do przeplywu ognia z jednej na druga strone paleniska. Ma to na celu przeciwdzialanie przed obnizeniem temperatury pod calym pale¬ niskiem w chwili dosypywania paliwa, które winno odbywac sie raz z jednej, a raiz z drugiej strony paleniska.W górnej czesci paleniska znajduja sie zeliw¬ ne plyty 4, skladajace sie z dwóch pionowych plaszczyzn oddalonych od siebie i obudowanych z czterech boków, tworzacych zamknieta plaska skrzynke posiadajaca na swych pionowych scia¬ nach wywiercone otwory dla rur 5, które znaj¬ duja sie miedzy plytami 4 oraz po zewnetrznych ich stronach, do których sa przyspawane w miejscach wywierconych otworów, tworzac przestrzen komunikacyjna miedzy wnetrzem plyt 4.Koncami swymi rury 5 przechodza przez ze¬ liwne sciany podgrzewacza 1 i zamkniete sa z jednej strony, z drugiej zas przechodza przez plyte 2, bedaca dnem cylindra 3 sa otwarte i tworza polaczenie wnetrza plyt z komora A.Silnik wedlug wynalazku posiada nieruchomy cylinder 3 z przymocowana skrzynka 35 przy¬ rzadu obracajacego, który tworzy jeden dlugi cylinder podzielony na cztery komory A, B, C, D powstale wskutek odpowiedniego przesu¬ wu, znajdujacego sie w nim, ruchomego cylin¬ dra 19, zaopatrzonego wewnatrz w nieruchomy sztywny tlok 8 przymocowany trzonem do ply¬ ty 2.Komora A miesci sie miedzy plyta 2 a dnem cylindra ruchomego 19 i posiada dwa okienka, okienko 14 i 9. Okienko 14 znajduje sie w gór¬ nej czesci scian cylindra 3 i sluzy do wprowa¬ dzania mieszanki wody z powietrzem wytwa¬ rzanej rozpylaczem 13a, oraz drugie okienko 9, zaslaniane i odkrywane przez ruchomy cylinder 19. Okienko to stanowi wlot do kanalu przed¬ stawionego na rysunku, zbudowanego w dolnej czesci sciany cylindra 3 i sluzy do przewodze¬ nia przegrzanej pary do komory C.Komora B znajduje sie wewnatrz ruchomego cylindra 19, miedzy dnem a tlokiem nierucho¬ mym 8, posiada ona piec okienek 20, 41, 42, 24 ' i 22, wykonanych w scianie cylindra ruchomego 19 i uwidocznionych na rysunku (fig. 2).Szóste zas okienko 27, nie pracuje w komo¬ rze B, a znajduje sie tylko przypadkowo wsku¬ tek zmian pojemnosci komór w czasie ruchu cylindra 19, Znajdujace sie w komorze B okienko 22 sluzy do przewodzenia mieszanki wody i powietrza ze zbiornika 25 poprzez rozpylacz 13c do komo¬ ry B, z której przy nastepnym suwie tloczona jest przez nadchodzace kolejne okienka 24, 42, 41 i 20 do chlodnicy 40.Komora C wedlug wynalazku oddzielona jest od komory B nieruchomym tlokiem 8 i znajduje sie wewnatrz ruchomego cylindra 19, w którym wykonane sa okienka 10, 21, 23 naprowadzane w czasie ruchu posuwisto obrotowego tegoz cy¬ lindra na odpowiednie okienka 11, 16, 18, znaj¬ dujace sie w cylindrze nieruchomym 3, a slu¬ zace do doprowadzania goracej pary, wtrysku zimnej wody i usuwania skroplonej pary z ko¬ mory C do zbiornika 25.Komora D wedlug wynalazku miesci sie w cylindrze 3 oraz w dosrubowanej do niego skrzynce 35 przyrzadu obracajacego i tworzy otwarta, cylindryczna przestrzen znajdujaca sie miedzy cylindrem ruchomym 19, a wirnikiem 31 przyrzadu obracajacego, z którym cylinder 19 jest sprzegniety trzonem 36.Poza tym skrzynka 35 jest jednoczesnie zbior¬ nikiem smaru rozpryskiwanego przez wirnik 37, wykonujacy ruch posuwisto zwrotny i obroto¬ wy, smarujac czesci trace tegoz urzadzenia, oraz gladz cylindra 3, stykajaca sie z ruchomym cylindrem 19. Poza olejem smarnym, do smaro¬ wania silnika wedlug wynalazku z powodzeniem moze byc uzyty siarczek molibdenu w postaci proszku smarujacego wyzej opisany przyrzad i gladz cylindra 3. Siarczek molibdenu mozna — 2 -rHi kWli równiez zastosowac przy smarowaniu trudnodo¬ stepnej, stykajace! sie z nieruchomym tlokiem «, scianki wewnetrznej ruchomego cylindra 19 oraz drazka 7 nieruchomego tloka *,przez domie¬ szanie do wody krazacej wewnatrz silnika zawiesiny koloidalne} siarczka molibdenu, który dobrze laczy sie z woda i nie reaguje w podwyz¬ szonej temperaturze do 400°C, zwazywszy, ze temperatura ta jest wystarczajaca dla uzyskania normalnej pracy silnika.Powracajac do komory Z, która w zasadzie nie odgrywa wiekszej roli w silniku, poza tym, ze jest ona zbiornikiem cisnieniowym powie¬ trza reagujacego na podcisnienie w komorze C, w której skumuluje sie moc silnika w sprezo¬ nym powietrzu, a z chwila wywolanego w ko»~ morze C podcisnienia na ruchomy cylinder 19, zamiast cisnienia atmosferycznego, przez nad¬ cisnienie zmagazynowane w sprezonym powie¬ trzu komoryD. x Zachodzaca wyzej opisana reakcja powoduje, ze silnik wedlug wynalazku uniezalezniony jest od cisnienia atmosferycznego i moze pracowac w prózni.U spodu silnika tuz pod cylindrem, przymo¬ cowany do podstawy 43 znajduje sie cylindry¬ czny zbiornik wody i powietrza 25, posiadajacy na swej powierzchni skrzydelka chlodnicze, slu¬ zace do przechladzanla znajdujacej sie w zbior¬ niku wody i powietrza wprowadzanych z ko¬ mory C. W górnej czesci zbiornika miesci sie regulator doplywu powietrza 45 o ksztalcie kraz¬ ka z otworami, które wzajemnie pokrywaja sie przy poruszaniu krazkiem dokola osi z takimi otworami w denku zbiornika 25; przez otwory te w czasie uruchamiania silnika wprowadza sie powietrze do silnika i chlodnicy.Chlodnica wedlug wynalazku stanowi lacznie z podgrzewaczem jedna z najwazniejszych cze¬ sci skladowych silnika, gdyz odpowiednie pod¬ grzewanie jak i chlodzenie jest podstawowym zagadnieniem doskonalej pracy silnika, dlatego . tez budowa chlodnicy, jej ksztalt i wielkosc uzaleznione sa od potrzeb i waruaków w jakich silnik bedzie pracowal.Ponadto silniki przystosowane do lokomocji, posiadaja warunki dobrego chlodzenia wskutek ruchu powietrza, zwlaszcza w lotnictwie. Nie¬ zaleznie od chlodzenia naturalnego moze byc zastosowane w silnikach tego typu chlodzenie sztuczne przez wstawienie do chlodnicy chlód* niezych rur zeberkowych, w których krazy amo¬ niak.Chlodnica 40 silnika wedlug wynalazku przy¬ srubowana do cylindra 3 posiada ksztalt sze¬ scianu prostokatnego o plaskim dnie podwój¬ nych bocznych scianach, wewnetrznej i zewne¬ trznej pofaldowanych w zeby pionowe.Przez srodek chlodnicy przechodzi komin 44 dla przeplywu chlodnego powietrza Wewnatrz chlodnica podzielona jest na dwie komory £ i F scianka 39 szczelnie, zamknieta od góry, a otwarta od dolu, biegnaca równolegle dokola w pewnym oddaleniu od sciany zewnetrznej, a w górnej czesci przyspawana jest do scian komina 44. Komory £ i F poza chlodzeniem maja zadanie tloczenia wody i powietrza do ko¬ mór silnika dla wywolania energii mechanicz¬ nej. Natomiast zuzyta juz przez silnik energie aktywna zawarta uprzednio tak w przegrzanej parze jak i w zimnej wodzie oraz w krazacym wraz z woda powietrzu, sprowadzonych do sta¬ nu obojetnego, wtlacza sie po uprzednim roz¬ pyleniu w komorze B z powrotem do chlodnicy.Wplywajac do komory £ mieszanka wyrzuca¬ na jest przez dodatkowe rozpylacze na scianki chlodnicy, gdzie momentalnie sie skrapla i od¬ dziela od powietrza. Skropiona zas woda sply¬ wajac po zewnetrznej zebatej sciance chlodnicy ochladza sie. Chlodnica jest prócz tego chlodzo¬ na dodatkowo przez staly ruch wody miedzy sciankami komór. Komora E posiada troche wieksza pojemnosc niz komora P» do której pompuje sie przez zawór 91 wode przed uru¬ chomieniem silnika.Plynaca woda przedostaje sie pod scianka 39 do komory E rozgraniczajac znajdujace sie w chlodnicy powietrze miedzy dwie komory i sprezajace je do cisnienia okolo 2 atm, W tym czasie do komory E o wiekszej pojemnosci wplynie wody wiecej, a do komory F mniej, wskutek czego poziomy wody w tych komorach beda rózne, mianowicie: poziom wody a w ko¬ morze E bedzie wyzszy, natomiast w komorze F poziom b nizszy.W czasie pracy silnika tloczone do chlodnicy powietrze zwiekszy cisnienie w komorze £, któ¬ re wypchnie na moment znajdujaca sie miedzy scianami komór wode, obnizajac jej poziom do punktu c, wyrównujac przez to cisnienie po¬ wietrza w obu komorach. W tym momencie przez przewody rurowe w obu komorach. W tym momencie przez przewody rurowe 28 i 30, a za chwile przez przewody 32 i 33 poplynie woda i powietrze w kierunku silnika, wprowadzajac chwilowe naruszenie równowagi cisnien w obu komorach, lecz w chwili, gdy obracajacy sie tlok 19 zamknie doplyw wody i powietrza do silnika lub zwiekszy sie cisnienie w komorze A, natomiast cisnienie w komorach E i F wyrówna — 8 —sie, a poziom wody w komorze E powróci do stanu pierwotnego a.Wyzej opisane wahanie sie poziomów bedzie odbywalo sie raz na jeden obrót walu robocze¬ go, dlatego tez w silniku pracujacym na wiek¬ szych obrotach ruch wody bedzie kilka razy na sekunde zmienial jej poziom przyczyniajac sie do intensywnego jej chlodzenia.Uruchomienie i dzialanie silnika wedlug wy¬ nalazku uzaleznione Jest od przygotowawczych czynnosci, jak rozpalenie w palenisku podgrze¬ wacza I odpowiedniego paliwa, i napelnienie woda chlodnicy cisnieniowej 40 przez zawór 31, a gdy wtlaczana woda sprezy powietrze w ko¬ morach Ei F do okolo dwóch atmosfer prze¬ rywa sie pompowanie wody i zamyka zawór 31.Nastepnie przez zawór 34 wlewa sie odpowied¬ nia ilosc oleju smarnego do skrzynki 35 lub wysypuje sie sproszkowanego siarczku molib¬ denu. W dalszej czynnosci obracajac walem ro¬ boczym 38 przesuwa sie cylinder 19 w kierun¬ ku podgrzewacza 1 zasysajac przez zawór 34 po¬ wietrze do komory D, a z chwila kiedy tlok dojdzie do punktu zwrotnego i nieznacznie go minie, wstrzymuje sie dalsze obracanie walu roboczego i zamyka zawór 34.Po stwierdzeniu, ze plyty 4 podgrzewacza 1 odpowiednio sie nagrzaly, otwiera sie zawór 27 na przewodzie rurowym 28 dla przeplywu wo¬ dy z komory F, oraz zawór 26 na przewodzie 30 do przeplywu powietrza, z komory E. Wplywa¬ jaca pod cisnieniem woda, laczac sie z powie¬ trzem w rozpylaczu 13d, zostaje rozpylona i wtloczona wraz z powietrzem w postaci mie¬ szanki iprzez okienko 14 do komory A (fig. 1), skad przez rury 5 przedostaje sie do wnetrza rozgrzanych plyt, 4, zamieniajac sie w prezna mieszanke przegrzanego powietrza i pary wod¬ nej. Wywolane pod wplywem ciepla rozprezanie sie mieszanki mogloby wtloczyc przegrzana pare do chlodnicy, w której cisnienie w danym mo¬ mencie jest kilkakrotnie mniejsze, lecz przeciw¬ dzialaja temu zawory zwrotne 26 i 27, znajdu¬ jace sie na przewodach rurowych 28 i 30 (fig. 1), wskutek" czego wytwarzanie cisnienia w komo¬ rze spowoduje przesuniecie cylindra 19 w kie¬ runku skrzynki 35, który sprezy powietrze w komorze D i rozprezy je w komorze C, wy¬ konujac w tym czasie pól obrotu, spowodowany przez wirnik 37 przyrzadu obracajacego, z któ¬ rym jest sprzegniety trzonem 36. r Powracajac do momentu, gdy cylinder 19 przesuwajac sie w kierunku skrzynki 35 roz¬ preza w komorze C znajdujace sie w stanie ci¬ snienia zerowego powietrze, na moment przed punktem zwrotnym w tejze komorze okienka 10 i 11 wzajemnie pokryja sie. Przez kanal za¬ konczony okienkiem 11 cisnaca na cylinder prezna mieszanka przedostaje sie z komory A odslonietym przez cylinder 19 okienkiem 9, do komory C (fig. 1), po czym cylinder 19 zamknie otwór kanalu odcinajac polaczenie z komora At otwierajac jednoczesnie na moment okienko 21; nastepuje doplyw chlodnej mieszanki z komo¬ ry E i F przez rozpylacz 13b do cylindra, po¬ wodujac raptowne chlodzenie znajdujacej sie tam przegrzanej mieszanki, co w nastepstwie wywola podcisnienie, w tym momencie obraca¬ jacy sie cylinder przesunie okienko 21 poza okienko 16 zamykajac szczelnie komore C.Powracajac do dzialania w komorze A, czyli do chwili kiedy obracajacy sie cylinder 19 prze¬ suwajac sie w kierunku skrzynki 35 dojdzie do punktu zwrotnego i odkryje okienko 9, przez które przegrzana i sprezona mieszanka przedo¬ stala sie do komory C, co spowodowalo ze ci¬ snienie w komorze A zostalo czesciowo rozla¬ dowane i spadlo do okolo dwóch atmosfer. Po¬ wodem tego byl natychmiastowy doplyw chlo¬ dnej mieszanki z chlodnicy, posiadajacej w tym momencie wieksze cisnienie. Doplyw chlodnej mieszanki spowodowal obnizenie temperatury w komorze A, które wywolalo podcisnienie, tym intensywniej zasysajace mieszanke z chlodnicy.Jednoczesnie na podcisnienie w komorze C, za¬ reagowalo powietrze sprezone w komorze D spychajac cylinder 19 w kierunku podgrzewa¬ cza i. W tym czasie cylinder 19 wykonuje dal¬ sze pól obrotu spowodowane przez obracajacy sie wirnik 37.Przesuwajacy sie cylinder 19 sprezac bedzie plynaca do komory A mieszanke i wtlaczac ja do podgrzewacza 1, a po przejsciu punktu zwrotnego, wywolane podgrzewaniem mieszanki cisnienie zepchnie go w kierunku skrzynki 35 itd.Powracajac do dzialania wywolanego podcis¬ nieniem w komorze C, które spowoduje przesu¬ niecie cylindra 19 w kierunku podgrzewacza 1 i przesuniecie przez obracajacy sie cylinder okienka 23 znajdujace sie w jego scianie na otwór. 18 w cylindrze 3 oraz jednoczesnie okien¬ ko 22 w cylindrze 19 na okienko 17 w cylin¬ drze nieruchomym 3, laczac przez to komore C z komora B, w której w chwili polaczenia sie komór istnieje podcisnienie, wywolane przesu¬ nieciem sie cylindra 19. Podcisnienie to zassie z komory C skroplona wode i powietrze do zbiornika 25 skad po czesciowym ochlodzeniu — 4wóda i powietrze laczac sie w rozpylaczu 13e, zostana wessane w stanie rozpylonej mieszanki do komory B, z której przy nastepnym suwie cylindra 19 w kierunku skrzynki 35, mieszanka zostanie wtloczona przez przesuwane kolejno okienka 24, 42, 41, 20 na okienko 15 w cylindrze 3 do przewodu rurowego 29, posiadajacego jed¬ nokierunkowy zawór zwrotny 12b, którym po¬ plynie do komory £ w chlodnicy 40. Przecho¬ dzac uprzednio przez rozpylacz mieszanka zostaje dodatkowo rozpylona i odrzucona na scianki, na których sie skrapla i rozlacza z po¬ wietrzem zamykajac tym cykl pracy silnika.Poza tym, trzeba dodac, ze w razie ubytku powietrza, co da sie zauwazyc na cisnieniomie¬ rzu zainstalowanym w chlodnicy, które w czasie pracy uszlo z silnika wskutek nieszczelnosci w urzadzeniach, uzupelnia sie przez zawór re¬ gulatora powietrznego 45 w zbiorniku 25. PL