Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 05.04.1973 Opis patentowy opublikowano: 25.11.1975 81779 KI. 46a, 53/04 MKP F02b 53/04 [czyiil-inTa] U*- edu Patentowego F v F . , 1 Twórcawynalazku: Zbigniew Profeta Uprawniony z patentu tymczasowego: Osrodek Badawczo-Rozwojowy Sprzetu Komunikacyjnego, Swidnik (Polska) 1* Wirnikowy silnik spalinowy z wykonujaca obieg ciecza pomocnicza Przedmiotem wynalazku jest wirnikowy silnik spalinowy z wykonujaca obieg ciecza pomocnicza, znajduja¬ cy zastosowanie przy realizowaniu napedów róznego rodzaju pojazdów, statków oraz maszyn i urzadzen.Znane sa silniki spalinowe w których, dla polepszenia sprawnosci ogólnej, wykorzystuje sie cieplo odpad¬ kowe gazów spalinowych do wytwarzania pary przegrzanej, kierowanej nastepnie jako dodatkowy czynnik napedowy do maszyny parowej lub turbiny. Znane sa równiez silniki spalinowe z obracajaca sie pomocnicza ciecza, dzialajace na zasadzie wykorzystywania prawie calego ciepla gazów spalinowych do wytworzenia pary przegrzanej, która zmieszana ze spalinami przekazuje energie za posrednictwem pomocniczej cieczy na wirnik silnika. Glówna wada tych silników jest wynikajaca z przyjetego ukladu strata duzej ilosci ciepla spalin, przeznaczona na cieplo parowania, odzyskiwana ewentualnie w dalszym obiegu tylko w niewielkim stopniu.Dalsza wada omawianych silników.a zwlaszcza silników w których czynnik napedowy stanowi mieszanina pary i gazów spalinowych jest ich skomplikowana budowa, szczególnie wytwornicy pary, oraz mala sprawnosc przekazywania energii czynnika za posrednictwem pierscienia cieczy i wirnika na wal silnika.Celem wynalazku jest usuniecie wskazanych wad znanych silników a tym samym zrealizowanie silnika o wysokiej sprawnosci ogólnej oraz prostej konstrukcji. Dla osiagniecia postawionego celu wytyczono zadanie wprowadzenia dwóch czynników napedowych, a mianowicie: gazów spalinowych i cieczy.Zgodnie z wynalazkiem, wytyczone zadanie zrealizowano przez zbudowanie wirnikowego silnika spalinowe¬ go z wykonujaca obieg ciecza pomocnicza, który sklada sie z turbiny sprzegnietej z walem silnika oraz osadzone¬ go na tym wale, wspólosiowo z turbina, wirujacego wymiennika ciepla. Wymiennik zestawiony jest z przynaj¬ mniej jednego elementu rurowego nawinietego na powierzchni obrotowej której os pokrywa sie z osia obrotu turbiny. Wewnatrz elementu umieszczone sa: wtryskiwacz podajacy paliwo, stabilizator plomienia, korzystnie znane urzadzenie zaplonowe oraz umiejscowiony w strefie spalania odbiornik ciepla, z przeplywajaca wewnatrz ciecza przejmujaca cieplo spalania paliwa. Odbiornik ciepla, wyposazony jest w przewód doprowadzajacy ciec? i przewód odprowadzajacy, zakonczony dysza wprowadzona stycznie do obwodu wymiennika i skierowana na wieniec lopatek turbiny. Turbina sprzegnieta jest zwalem silnika poprzez przekladnie, której przelozenie zapewnia uzyskanie predkosci obwodowej wienca lopatek turbiny równej, lub prawie równej, polowie róznicy2 j 81 779 miedzy wzgledna predkoscia wylotu cieczy z dyszy odbiornika ciepla, a predkoscia obwodowa wymiennika przy czym kierunek obrotów turbiny jest przeciwny do kierunku obrotówwymiennika. ¦ Podstawowa zaleta rozwiazania wedlug wynalazku sa znikome straty ciepla przeznaczone na cieplo parowania. W przedstawionym ukladzie silnika wystarcza zaledwie zamiana 5% cieczy na pare dla uzyskania, kosztem duzej objetosci wlasciwej pary, odpowiednio wysokiej szybkosci wyplywu cieczy. Dwustopniowe wyzyskanie energii kinetycznej strumienia cieczy w wymienniku ciepla, którego obrót zostaje wywolany si'la odrzutu wyplywajacego strumienia oraz w turbinie, zapewnia wysoka sprawnosc ogólna silnika. Dalsza zaleta tego silnika jest mozliwosc uzyskania duzej mocy z malego ciezaru wlasnego jak i malego gabarytu. Prosta konstrukcja podwyzsza jego walory eksploatacyjne, zas wobec niskiego cisnienia oraz niskiej temperatury rzedu 100°C czynnika roboczego silnik posiada duzy resurs. Dodatkowo, mozliwosc stosowania paliw niskogatunko- wych jak ropa lub gaz obniza wydatnie koszty eksploatacji silnika.Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykladzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przed¬ stawia silnik w przekroju pionowym przechodzacym przez os walu, fig. 2, fig. 3 i fig. 4 — silnik w przekrojach zaznaczonych odpowiednio: A—A, B—B i C—C na fig. 1, oraz fig. 5 — rozklad predkosci na turbinie silnika. Jak pokazano na rysunkach silnik sklada sie z wymiennika ciepla 1 obracajacego sie razem zwalem 2 silnika oraz turbiny 3 ulozyskowanej na tym wale i sprzegnietej z nim za posrednictwem przekladni zebatej zlozonej z kól 4, 5 i 6. Wymiennik ciepla 1 zestawiony jest z dwóch cylindrów 7, 8, zamocowanych wspólosiowo do tarcz 9, 10, osadzonych na wale 2 silnika. Cylindry przedzielone sciankami 11 tworza srubowo nawiniety element rurowy 12. Wewnetrzny przekrój elementu rurowego jest zmienny, poczawszy od wlotu 13 i wylotu 14, stycznych do powierzchni cylindra 7, rozszerza sie do strefy srodkowej, stanowiacej komore spalania. W komorze spalania umiejscowiony jest odbiornik ciepla 15, utworzony ze spiralnie zwinietej rurki 16, wewnatrz której przeplywa woda, podawana przewodem 17 wyprowadzonym od wydrazenia walu 2. Rurka 16 doprowadzona jest do wylotu 14 i zakonczona dysza 18 skierowana na wieniec lopatek 19 turbiny 3. Element rurowy 12 wyposazony jest w strefie wlotu powietrza, we wtryskiwacz paliwa 20, zasilany przez niepokazana na rysunku, znana instalacje paliwowa, oraz w strefie komory spalania w stabilizator plomienia 21 i znane urzadzenie zaplonowe 22. Turbina 3 wraz z zespolem kól zebatych 4, 5, 6 umieszczona jest w korpusie 23, który stanowi nieruchomy zespól silnika, wspierajacy z jednej strony lozyska 24 walu 2. Z drugiej strony wal jest osadzony na lozyskach zamontowanych we wsporniku 25 stanowiacym — poza korpusem 23 —drugi wezel mocowania silnika. Korpus 23 zaopatrzony jest w króciec 26 wylotu gazów spalinowych i pary oraz w dolnej czesci w króciec 27 odplywu wody. Ponadto, w sklad instalacji silnika wchodza {pokazane na fig. 1 linia przerywana) przewód 28 odprowadza¬ jacy wode, zbiornik 29 wody z zabudowana pompa 30, przewód 31 podajacy wode od pompy oraz kolektor 32 osadzony na wale 2, doprowadzajacy wode do wydrazenia walu. Dodatkowo siJnik wyposazony jest w skrzynie napedu agregatów 33 napedzana od koncówki walu.Praca silnika wedlug wynalazku przebiega nastepujaco. Przy obracaniu sie wymiennika ciepla 1 do wylotu 13 elementu rurowego 12 wpada powietrze, które w dalszej czesci rozszerzajacego sie kanalu spreza sie i miesza z podanym przez wtryskiwacz 20 paliwem. Paliwo odparowuje i mieszanka dochodzi do stabilizatora plomienia 21, gdzie zostaje zapalona w fazie rozruchu przez urzadzenie zaplonowe 22. Spaliny po oddaniu ciepla, odbiornikowi ciepla 15 i przejsciu przez koncowa czesc kanalu uchodza przez wylot 14 dajac niewielka sile odrzutu wywolujaca obrót wymiennika 1. Wytworzone w czasie spalania mieszanki cieplo przenika przez scianki rurki 16, w której plynie podana przez pompe 30 woda wywolujac parowanie jej czesci. Tworzaca sie para,na » skutek duzej objetosci wlasciwej, powoduje gwaltowny wzrost predkosci wyplywu powstalej masy wody. Tak przyspieszony do predkosci W + R (gdzie R jest odlegloscia wylotu od osi obrotu wymiennika) wylatujacy A z dyszy 18 strumien cieczy i pary daje wobec duzej masy cieczy wysoka sile odrzutu, która stanowi glównasile ° wywolujaca obrót wymiennika ciepla 1 z predkoscia katowa co a tym samym powstanie momentu obrotowego na wale 2 silnika.Mieszanina wody i pary wyplywajac z dyszy 18 z predkoscia bezwzgledna W trafia nastepnie na wieniec lopatek turbiny 3, gdzie nastepuje zamiana pozostalej energii kinetycznej strumienia na moment obrotowy turbiny. Turbina 3 obracajac sie z predkoscia %- równa polowie róznicy predkosci W + coR wylotu cieczy z dyszy 18 i predkosci obwodowej coR wymiennika 1 — uzyskana przez celowe dobranie kól 4, 5 i 6, jest atakowana przez strumien z predkoscia wzgledna ^- Jak pokazano na fig. 5 strumien po obróceniu sie na lopatkach 19 turbiny 3 o kat bliski 180° wyplywa z wzgledna predkoscia obwodowa ^ co w efekcie daje obwodowa predkosc wzgledem korpusu 23 równa 0. Opadajaca pod wlasnym ciezarem woda, po wyjsciu z lopatek 19, odplywa ze studzienki korpusu 23 przez króciec 27 i przewód 28 do zbiornika 29. Ze zbiornika, :'.._¦- podgrzana w poprzednim cyklu wode pompa 30 podaje ponownie poprzez przewód 31 i kolektor 32 do wydraze¬ nia walu 2, skad przewodem 17 doprowadzona zostaje do odbiornika ciepla 15 tworzac obieg zamkniety.81779 3 l i Rozruch silnika moze odbywac sie za posrednictwem dowolnego typu rozrusznika (nie pokazanego na rysunku), mocowanego na skrzynce napedów lub korzystniej przy wykorzystaniu pompy wodnej 30. Podana przez pompe, pod wysokim cisnieniem woda, po przejsciu przez przewód 16 odbiornika ciepla 15, wyplywa z duza predkoscia przez dysze 18 wywolujac sile odrzutu wystarczajaca do rozkrecenia wymiennika ciepla 1 a zarazem calego silnika. | Silnik wedlug wynalazku moze pracowac w dowolnych warunkach klimatycznych, na przyklad zastapienie wody jako cieczy pomocniczej mieszanka o obnizonej temperaturze zamarzania pozwala na eksploatacje silnika w warunkach niskich temperaturotoczenia. | J PL PL