RU1809858C - Роторный двигатель А.Н.Гулевского - Google Patents

Abstract

Использование: транспортный двигатель , привод электроустановки. Сущность изобретени : в корпусе размещен лопаточный компрессор с реактивным приводом, газова  турбина, установленна  соосно с компрессором, и трубопроводы раздельной подачи воздуха и топлива к реактивным приводам . Двигатель снабжен маховиком с вертикальным валом,на нижнем конце которого размещены синхронный шарнир, муфта сцеплени  и шестерн  зубчатой передачи, рубашкой охлаждени  компрессора, защитным кожухом, демпферными пружинами и вспомогательным электрогенератором,  корь которого размещен на валу турбины, а статор - на кожухе двигател . Реактивные приводы размещены на ободе маховика. 2 ил,

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , а конкретнее к роторным двигател м, и может быть использовано в различных област х техники, например, на всех видах транспорта, как привод электрогенератора и т.д.

Цель изобретени  - увеличение КПД двигател .

Из термодинамики известно, что КПД любой тепловой машины (какими  вл ютс  и представленные) состоит из произведени  2-х КПД:термического и механического.

КПД составл ющих, тем выше КПД общий. Рассматрива  первую со- ставл ющуюКПД, известно, что он зависит от степени сжати  рабочего тела (воздуха) в рабочем объеме (камере сгорани ). Степень сжати  Ј в самых лучших тепловых двигател х достигает (14-16)тах известное значение , а в прототипе значение Ј ограничено средним числом и может быть выше определенных пределов, которые определ ютс  конструкцией. Так в прототипе лопаточный

компрессор, создающий число е. невозможно вращать с частотой выше пределов проч- ности его материала. Поэтому в представленном прототипе существует предел и термического КПД, который вместе с механическим КПД составл ет известное значение в пределах 20% ... 30% (по аналогии с турбореактивными двигател ми).

Термический КПД предлагаемого роторного двигател  существенно повышаетс  за счет применени  лопаточного компрессора шиберного типа с фиксированной подачей воздуха в рабочем объеме компрессора, а так же ступенчатого способа сжати  воздуха с его промежуточным охлаждением. Это позвол ет снизить энергозатраты на сжатие и повысить объемный КПД компрессора, В предлагаемой конструкции сжатый воздух к реактивным приводам, пр моточным воздушно-реактивным двигател м (ПВРД), размещенным на ободе маховика, подаетс  через внутренние воздушные каналы.во вращающемс  маховике, который также

ел

с

со

О

о

00 СП 00

со

представл ет ступень сжати , и еще более сжимаетс  от центральной силы. При таком построении конструкции с соосным расположением компрессора на роторе двигател  можно получить степени сжати  е выше приведенного значени  (14-16) и сократить его размеры, а это дает возможность повысить термический КПД примен емых ПВРД до70%-80%.

Что касаетс  второй составл ющей, ме- хзнйческого КПД, то в прототипе этот КПД меньше, чём у предлагаемого двигател  за .счет потерь на трение в топливном насосе, который в предложенном варианте отсутствует .

Вращающийс  маховик с внутренними кана лами топливоподлчи сам  вл етс  центробежным насосом, а так же за счет механических потерь рассеивани  кинетической энергии газовой струи на лопатках газовой турбины.

В предлагаемой конструкции реактивные привода.установленные по касательной на ободе маховика,полностью отдают ему свою кинетическую энергию потока газовой струи. Так же расшир ютс  возможности увеличени  кпд предлагаемого роторного двигател  при установке на его ось вспомогательного электрогенератора, причем выработка эл.энергии генератора в предлагаемом двигателе не вли ет на силовой ротор и не отбирает вследствие этого от него энергии, а, наоборот, может при необ- ходимости добавить. Осуществл етс  это/ установкой  корной обмотки на вал газовой турбины,охватывающей маховик с ротором и своими лопатками, расположенными кон- центрично реактивным приводам. При этом лопатки воспринимают инерционную остаточную часть энергии газовой струи от реак- тивных приводов маховика, а газова  турбина при этом вращаетс  в обратном относительно ротора направлении.

Эксплуатационные возможности предлагаемого роторного двигател  значитель- но расшир ютс  особенно при применении на транспорте, за счет установки его на синхронный шарнир равномерной угловой скорости (шаровой). Вследствие вращени  ротора с маховиком РД с высокой частотой в нем возникает гироскопический эффект, а сам РД представл ет собой-в этом случае гироскоп. Его ось при этом стараетс  сохранить свое положение в пространстве неизменным , поэтому один конец оси вставлен в чашку шарнира, а другой поддерживаетс  демпферными пружинами. Лучшее положение при этом вертикальное. При колебани х положени  передаточного блока, на котором установлен РД, конецбсисдемпферными пружинами будет воспринимать прецессионные действи  ротора с маховиком. В транспорте, особенно автомобильном, отклонени  корпуса передаточного блока при движении  вление обычное. Следовательно , в предлагаемом РД исключаютс  перегрузки на подшипники, удерживающие ось с маховиком.

Важным обсто тельством в расширении эксплуатационных возможностей  вл етс  использование на РД разнообразных видов жидкого и газообразного топлива, и особенно водорода, т.к. в предлагаемом РД сама  коротка  цепь передачи водорода и любого топлива от емкости к двигателю, то уменьшаетс  пожаро- и взрывоопасность передачи его к реактивным приводам. А вследствие высокой эффективности РД уменьшаетс  и потребление этого экологически чистого топлива.

Изобретение по сн етс  фиг. 1 и 2, Предлагаемый роторный двигатель представлен на фиг. t .в виде кинематической упрощенной схемы и состоит из следующих частей: собственно ротора его оси 1 и маховика 2 с установленным на ось 1 защитным кожухом 3. Ось 1 имеет топливно-впу- скнре отверстие 4. На кожухе 3 установлен стартер 5 (электродвигатель) дл  передачи движени  оси 1. На кожухе 3 установлена так же одна из обмото.к 6 вспомогательного генератора электрического тока. В диске маховика 2 расположены внутренние каналы 7 дл  подачи топлива от центрального - отверсти  8 (фиг. 2 разр. А-А), расположенного в оси 1 маховика 2, в камеру сгорани  9 с соплом 101 Дл  подачи воздуха в камеру сгорани  9 имеютс  воздушные каналы 11. Под маховиком 2 расположены двухступенчатый ротационно-пластинчатый компрессор 12 с рубашкой охлаждени  13 с пластинчатыми роторами 14 и 15, закрепленными на оси 1. Входное отверстие компрессора 12 св зано с атмосферным воздухом посредством воздушного фильтра 16 и гибкого патрубка 17. Корпус компрессора 12 имеет в своей нагнетательной полости первой и второй ступени каналы 18 и 19 дл  прохода сжатого воздуха во входное отверстие оси 1, св занное с каналами 11. Корпус компрессора 12 с кожухом 3 и со стартером 5 удерживаютс  от разворота на оси 1 демпферными пружинами 20, установленными на корпусе двигател  21. В опорной части оси 1 установлен синхронный шарнир 22 равномерной угловой скорости. Ось 1 после шарнира 22 св зана с зубчатой шестерней 23, котора  через муфту сцеплени  24 может передавать крут щий момент ведомому зубчатому колесу 25.

Дл  создани  вспомогательного генератора электрического тока  корна  обмотка 28 газовой турбины 26 с лопатками 27 установлена напротив статорной обмотки б (фиг. 1, 2 разр. А-А), отработанные выхлопные газы выход т через отверстие 29 кожуха 3.

Роторный двигатель работает следующим образом:

Стартер 5 (электродвигатель), установленный на кожухе 3, который удерживаетс  от разворота на оси 1 демпферными пружинами 20, начинает разгон ть маховик 2. По мере набора скорости вращени  маховика 2 в его топливных каналах 7 у оси вращени  в центре отверсти  8 образуетс  разрежение воздуха от центробежной силы, котора  заставл ет некоторый объем воздуха в каналах переместитьс  к периферии маховика 2.

В тоже врем  работают и пластинчатые роторы 14,15 2-х ступенчатого ротационно- пластйнчатого компрессора 12, корпус которого установлен на кожухе 3. При этом атмосферный воздух поступает в компрессор 12 через воздушный фильтр 16 и гибкий патрубок 17 во всасывающую полость компрессора 12 и переводитс  пластинчатым ротором 14 в его нагнетательную полость.

Далее сжатый воздух поступает в всасывающую полость 2-й ступени через соединительный охлаждаемый канал 18 и потом сжимаетс  далее при повороте ротора 15 и поступает в нагнетательную полость второй ступени сжати  и далее через охлаждаемый канал 19 во входное отверстие воздушного канала оси 1. Дл  отвода тепла при сжатии воздуха примен етс  охлаждающа  .жидкость (вода), котора  при проходе через рубашку 13 компрессора 12 отводит от него .при работе тепло. Поступив в воздушные каналы 11 маховика 2, воздух центробежной силой и под высоким давлением подводитс  к камерам сгорани  9 ПВРД, где пройд  пространство камеры 9; выходит через сопло 10. При достаточном разгоне маховика 2 вокруг оси 1 в ее топливо-впускное отверстие 4 открываетс  подача и начинает поступать топливо, которое под действием разрежени , указанного выше, засасываетс  в отверстие 4 и во внутренние каналы 7 маховика 2. Центробежной силой топливо далее принудительно подаетс  в камеру сгорани  9, где,смешива сь с воздухом,, поджигаетс . Далее процесс сгорани  может самоподдерживатьс  высокой температурой сгорани .

При сгорании топлива температура в камере сгорани  9 возрастает вместе с давлением и пбтенциальна  энерги  давлени 

Р переходит в кинетическую энергию истекающей из сопла 10 газовой струи. При этом возникает реактивна  сила т ги F, котора  и создает крут щий момент Мк на маховике

5D

2 с плечом, равным у.и силой,равной суммарной т ге реактивных ПВРД, установленных на ободе маховика 2. При увеличении скорости вращени  маховика 2 увеличива- 0 етс  и скорость компрессии подаваемого в каналы 11 сжатого воздуха и силы сопротивлени  от нее и при определенной подаче топлива (кг/с, г/с) происходит стабилизаци  реактивной т ги ПВРД и наступает рав- 5 новесное состо ние скорости вращени  и момента Мк, при котором его нарушение происходит только при изменении подачи топлива или воздуха. За моментом вращени  маховика 2 его посто нством или регу0 лированием могут автоматически следить электронные системы, механические и т.д. При предлагаемом расположении оси 1 ротора двигател  - вертикальном, она своим опорным концом соединена с синхрон5 ным шарниром 22 равномерной угловой скорости и с зубчатой шестерней 23, котора  через муфту сцеплени  24 передает кру-. т щий момент Мк ведомому зубчатому колесу 25 (потребителю). Синхронный шар0 нир выполн ет свое назначение при гироскопическом эффекте оси 1 ротора, при изменени х положени  основани  передаточного блока. Дл  восстановлени  положени  ротора с маховиком 2 при отклонени х

5 или раскачивании корпуса 21 с передаточным блоком до угла а предусмотрены демпферные пружины 20. которые удерживают так же и от разворота элементы конструкции 3 и 12. При углах отклонени 

0. корпуса 21 больше угла а предусмотрена опорна  поверхность на корпусе 21 (фиг. 1), на которую кожух 3 опираетс , что экономит место размещени  роторного двигател  в корпусе.

5 С целью максимального использовани  кинетической энергии струи истекающих из сопла 10 газов, на маховик 2 установлена газова  турбина 26. Истекающие газы производ т давление на лопатки 27 газовой тур0 бины 26 и вращают ее в обратную сторону относительно маховика 2. При этом установ- - ленна  обмотка 28, расположенна  на газовой турбине 26, движетс  относительно обмотки 6 кожуха 3 с генерированием элек5 трическрй энергии.

Выработанна  таким образом энерги ,

может использоватьс  на движение или на

другие потребности в автомобиле, катере и .

т.д. Отработанные газы выход т в окно 29

Claims (1)

1. : кожуха 3. Их тепло может быть использовано в цел х отоплени  и др. Шум работы двигател  поглощаетс  кожухом 3 с применением шумопоглощающих средств (гофрированных крышек, заглушек и т.д.). Формула изобретени  Роторный двигатель, содержащий корпус , размещенные внутри него лопаточный компрессор с реактивным приводом, газовую турбину, установленную соосно с воздушным компрессором и концентрично относительно реактивных приводов, трубопроводы раздельной подачи топлива и .воздуха к реактивным приводам, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  КПД

   двигател , последний снабжен маховиком с вертикальным валом и размещенными на нижнем конце вала синхронным шарниром, муфтой сцеплени  и шестерней зубчатой передачи , рубашкой охлаждени  компрессора , защитным кожухом, демпферными пружинами и вспомогательным электрогенератором с  корем и статором, причем реактивные приводы закреплены на ободе

   маховика, демпферные пружины закреплены на защитном кожухе и корпусе двигател ,  корь вспомогательного электрогенератора размещен на валу турбины, а статор - на кожухе двигател .