RU1812326C - Роторный двигатель с внешним подводом теплоты А.В.Чащинова - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что корпус и ротор двигател  выполне-- ны двухвершинным с конхойАнЬй радиальной поверхностью их сторон; ротор установлен на зксцентрйковом эалу с воз- можностыб шестеренчатого зацеплени  с/ соотношением Нёредачи 1:2, орган управлени  потоком рабочегб те/ia выполнен и виде газодинамического или механически упрйв- л емого клапана, рйзмещённёго вiMarHctpia ли между охладителем и регейераторЬм, ;; который выполнен в виде тепловой трубы. ; Двигатель снабжен дополнительной полостью расширени , включенной в магистраль перед охладителем. 7 з.п. ф-Лы, 13 ил, ., ел е

Description

Изобретение относитс  к области машиностроени  и может быть использовано дл  разработки двигателей внешнего сгора Г: ; . ни ..:/ ;:/ -/:;:.; .. ;...-.. . .,.. :. .. .:.-. . ;Целью изобретени   вл етс  упрощение конструкции ротора роторного двигател , что позволит снизить трудоемкость его производства при одновременном повышении уравно вёшиваемости предложенного :.;-;. - Л; устройства. ;/;---; ;;;/.:.:; . ./;... ; . :..../--. С целью угфощени  конструкции ротор двигатели выполнен двухвершинным (ром- ;: :... ; бЬвйдным)с конхоиднойрадиальной повер-: ; v ;:/;: XHOcttio двух, его -сторон и установлен на

;; -, . эксцентриковом валу в рабочей камере, ра- г : лдиальна  поверхйо сть которой выполнена .;.;-% -v-йтакже по конхо1лдег рабоча  камера делитс  , ./ ;...:, -ротором на две камеры, объёмы которых :; :/:: измен ютс , при вращении ротора от нул  3}Ч; :др максимального Значени  - циклически;

:4;-;/ оси.полисов конхоид рабочей камеры и ро- 4 .;: ;;л;:;:тера:соамёщены| при работе двигател  ось

N/; i v-: ротора движетс  по дснавной окружности

й I;; ; .конхоиды, а верши ни ротора движутс  ;по ;i:: рздййльной конхоиднай поверхности рабо- № ;xj ; чей камеры, .что обеспечиваетс  дву1и ;Щес-::

V Г:: J -терн ми с передаточным .отношением 1:2, / : S . при этом ротор вращаетс  на подшипнике, ;;;/ : который приводите  sдвижение эксцентри- .ком.вала, который  вл етс  выходнымаа /Ь: лом (валом нагрузки) двигател . : ;

Г-;:; :;:; С целью уеилен и  механической св  эи ,:ч: ротора с эксцентриковым валом, что рсо Ц;-,: л:;:;ч бённб.важнй дл  мощных роторных двигй- ;;, у-гёлёй, введена дополнительно втора  ;/-;:- - у; зубчата  передачи, по параметрам раана ;

/:;:;::i;v; первой, но устаногзленна  нз смежной ctov

-((-.-рЬнеротора. . V- ; . -- v ; -: .- . С целью гговщиени  КПД регенератора :-. о -(который  вл етс , по сущесггау, рекулер а- г Ьд ;с л тором), он выполнен в виде тепловой труб- ; /;(;: Уки, в которой установлены трубматые :У-Р; v;;-; испаритель и конденсатор. при атом тепло- :;:Р1:-: ва  трубка располагаетс  наружной, сто- ;;v/ .у ; .: V роке корпуса двигател . i : / ; ;..: /ч , V; ,; Дл  полного исключени  вибрации ро1- -;: торного двигател  приведены варианты еы- ;;.;:/ : - пол нени  конструкции предложенного

:;:Д - I.:: оустройства, каждое из которых включает;

;Г :; ; блохи (двигатели), установленные на общем

. :;:( основании, роторы которых св заны одним

;эксцентриковым валом; при работе каждого

. . ; .; такЬго (назовем - многоцилиндрового) дви:: гател  будет обеспечена идеальна  сбалан }: ; (. у сированность в сумме всех сил инерции

: / вращающихс  масс (ротора, эксцентрики и

. :: ДР.) всех блоков-двигателей, установленных

.; : / на о$щём основании- без применени .спе : Г циальных балансиров при любых рабочих

,оборотах общего эксцентрикового вала.

Таким образом, при отсутствии в двигателе периодических внутренних взрывов, .как в ДВС, и наличии идеальной сбалансированности вращающихс  масс проблема балансировки роторного двигател  решена: С целью повышени  КПД двигател  предлЬжено в конструкцию эксцентрика эксцентрикового вала ввести канавы, по которым пропускать часть рабочего тела, отхо- д Щего из выходного окна рабочей камеры, что поз болит нагребать эксцентрик; : /.: Дл  улучшени  работы двигател  в его гадовый канал перёд конденсаторрм пред- ложено включить дополнительно расшйри- тел ьную; пол ость охлаждени . :vj:;V;-v ; - ,/ - : П р и мер ,1, На фиг.1 показана койст- рукТивна  схема рОтйрного двигател  внеш- него сгорани  |з четцрех проекци х: .на. . ti A №n jE| BEH Te fl;H;Mo Kyr Ha Mr.: TB -. вид двигатбл  вдоль оЬи эксцентрикового зйла 3, при этой показаны раздельно корinyc 1 цилиндрической:наружной формы с конхоидной рабочей камерой, котора  де- : литс  на две полости in Ид$ухвер1ииннЫм ротором 2, обе радиалъныб.сторойы которо- ; го выполнены такж$, как и рабочей каме.ры, :по конхоиде; при вращении ротора :2йокруг вала 3 обьемы полостей 1.и 11 поочередно, измен ютс  от нул ; до наибольшего значе- ни , бпрёдёл емого разностью объёмов рабочей камеры и ротора, при этом например, если объем полости} равен нулю, то объем полости И досл игаетнайболъшегЬ значени ;. Регенератор А выполнен в виде: тёилРвЬй .трубки, где конец A, Q зоне которого уста- металлические трубки 6, по кото- рым при работе двитател  проходит гор чее рабочее тело (гелий ит,«.},  вл етс .йспари- тёлеи, а конец Б, а зоне которого располо жены металлические трубки 7, к .которым при работе Двигател  поступает из охлади-: тел  5 холодное рабочее теЛо,  вл етс  кон- денсаторо м: ;;,:/ч/;::у -/и -,/ .;;;. : . :; .; ;,..; : . Принцип, действи  тепловой трубки заключаетс  в перенасетепла наход щимс  в замкнутом простраистве:вещёс;гвом с фазо-. -вым переходом, быполнёние ретёнератрра 4, работающего по принципу действи  теп ловой трубки, стало возможный потому, что

при работе предложенного роторного двигатели направление потока рабочего тела

(гелий и т.п.)  йл етс  неизменным, т.е. регенератор 4 по существу  вл етс  рекуператором . Поскольку регенератор  вл етс 

самым важным теплообменником системы двигател  внешнего сгорани , то выбор в данном примере в качестве регенератора, тепловой трубки  вл ётс  целью получени  более высокого КПД двигател  за счет Сни- жени  аэродинамического сопротивлени  и

задержки рабочего тела (гелий и т.п.) при движении по трубчатому теплообменнику в сравнении с регенератором из пористого материала двигателей Стирлинга, а также за счет дополнительного нагрева корпуса двигател  (фиг.1, Г, зона С-С) теплом, поступающим по тепловой трубке от зоны А испарител  в зону Б конденсатора регенератора А. Естественно, что в предложенном роторном двигателе возможно применение и других типов трубчатых теплообменников.

На фиг.1В показан вид двигател  сверху , на фиг. 1 Г, подобно фиг. 1Б, - вид двига- . тел  вдоль вала 3, с отличием в том, что регенератор 4 и нагреватель 9 установлены на корпусе без зазоров; кроме того, в газовый канал между охладителем 5 и регенератором 4 в зоне Б введен клапан 11, нормально закрытый , который при работе двигател  изме- н ет свое положение, например, под воздействием разности давлений Р и Р1 или посредством механического кулачкового механизма; дл  управлени  потоком рабочего тела из охладител  5 в регенератор 4 может быть применен также золотниковый клапан 12. Рабочий объем роторного двигател , который заполн етс  рабочим телом, например гелием , при давлении 10-20 МПа, включает объемы рабочей камеры корпуса, охладител  и соедин ющих их металлических трубок, размещаемых в регенераторе и нагревателе.

Перед описанием работы предложенного роторного двигател , дл  более четкого понимани  особенностей его конструкции, рассмотрим пример конструктивного решени  корпуса этого двигател  и вход щих в него основных деталей-ротора и др., а также , графическим методом проанализируем соотношени  размеров отдельных конст- руктивных величин, вли ющих на параметры двигател  и выберем, оптимальный вариант основных конструктивных соотношений и размеров деталей в относительных величинах..

На фиг. 2А, Б, В показаны взаимосв зи деталей предложенного роторного двигател , где в корпусе 1 размещен эксцентриковый вал 2 с эксцентриком 3, на котором посредством подшипника 4 установлен ро- тор 5, на торцовой стороне которого жестко укреплена шестерн  6, имеюща  внутреннее зацепление и св занна  с шестерней 8 с внешним зацеплением, неподвижно закрепленной на крышке 7: внутри шестерни 8 установлен подшипник 9, закрепленный кольцом 10, на валу 2 укреплен маховик- противовес 11.

С другой стороны корпус 1 закрыт крышкой 12, в которой установлен подшипник 13, закрепленный кольцом 14. на валу 2 укреплен второй маховик-противовес 15.

На фиг. 1Б в корпусе 1, симметрично относительно плоскости И-К, проход щей через ось вращени  вала 2 и полюс конхоиды рабочей камеры, выполнены впускное окно 16 и выпускное окно 17. На фиг. 2Г показаны уплотнени ,установленные на роторе , включающие радиальные пластины 18 и торцовые уплотнени  19с сухариками 20, подобные примен емым в роторно-поршне- вых двигател х. В качестве материала дл  радиальных и торцовых уплотнений может быть применен тефлон, не требующий смазки .

На фиг.ЗА показаны основные детали предложенного роторного двигател , размещенные дл  нагл дности, вдоль вала 2: корпус 1, эксцентрик 3, шарикоподшипник 4 (можно применить металлофторопласто- вый подшипник скольжени , не требующий смазки, ротор 5, шестерн  6 с внутренним зацеплением, жестко укрепл ема  на рото- .ре 5, крышка 7, устанавливаема  на корпусе 1, шестерн  8 с внешним зацеплением, жестко укрепл ема  на крышке 7, подшипник 9, кольцо 10 дл  креплени  подшипника 9, маховик-противовес 11, крышка 12, подшипник 13, кольцо 14, маховик-противовес 15. Отношение чисел зубьев шестерен 8 и 6 равно 1:2.

Выбор формы боковой (радиальной) поверхности рабочей камеры корпуса двигател  проведен на основании анализа р да ко нхоидных поверхностей. На фиг. ЗБ показаны три конхоиды, у которых основна  окружность имеет диаметр а с центром в точке О и полюсом в точке 01, где радиус-вектор конхоиды г равен - I, а конхоид в и б соответственно меньше, при этом:

дл  конхоиды г отношение (сплош3

па  лини ),

дл  конхоиды в отношение --2 (штрихэ

пунктирна  лини ), . дл  конхоиды б отношение

:1,5 (пунктирна  лини ).

Анализ форм конхоид, приведенных на

фиг. ЗБ, показывает, что при - 2 конхои3

да имеет овальную форму, что предпочтительно дл  рабочей камеры двигател  с целью упрощени  технологии ее изготовлени ,

Дл  показанной на фиг.ЗБ-г конхоиды,

отношение , при этом отношение ее наЭ

ибольшего размера - диаметра по горизонтали (параллельного линии 1-1) к наибольшему размеру - диаметру по вертикали (4-4) составл ет 1,06, что близко к окружности; дл  нагл дности на фиг. ЗБ обозначены: кон-конхоида, ОК-окружность.

Кроме того, на фиг, ЗБ лини ми 7-1,2- 2,3-3,4-4,5-5,6-6, проход щими через полюс 01 и основную окружность с центром в точке 0, показаны положени , которые будет занимать лини , соедин юща  вершины ротора двигател  при его вращении вокруг оси 0 и точки пересечени  с основной окружностью диаметром - а; лини  (4-4) проходит через вершины конхоиды.

На фиг.ЗВ показаны детали фиг. 2Б, где, изменено положение ротора 5, при этом радиальные уплотнени  ротора 5 наход тс  ниже впускного 16 и выпускного 17 окон дл  того, чтобы эти окна были герметично изолированы одно от другого при любом положении ротора в рабочей камере двигател  при условии, что между конхоидными поверхност ми рабочей камеры двигател  и ротора в положении, показанном на фиг. 3В, обеспечено конструкцией отсутствие зазоров , Впускное 16 и выпускное окна двигател  целесообразно выполн ть в виде щелей по длине его корпуса.

На фиг.4А показаны: корпус 5, эксцентриковый вал 2, полость расширени  V1 и полость сжати  V2 рабочей камеры двигател , впускное окно 16, через которое поступает в полость расширени  V1 рабочее тело со скоростью v1, впускное окно 17, через которое ротором при его вращении выталкиваетс  из полости сжати  V2 рабочее тело со скоростью v 2, и лини  И-К, соедин юща  вершины ротора и проход ща  через.полюс конхоиды рабочей камеры и ротора.

На фиг.4А ротор показан в исходном положении (не вращаетс ), лини  И-К пересекает нижние кра  окон 16 и 17 и проходит через полюс конхоиды; верхн   радиальна  конхоидна  поверхность ротора соприкаса- ;етс  с радиальной конхоидной поверхностью рабочей камеры двигател , а полость V1 отсутствует, объем рабочей камеры двигател  равен объему полости, отмеченной кружками на фиг.4А, потока рабочего тела нет;

.на фиг.4Б - ротор повернулс  по часовой стрелке, а лини  И-К, проход ща  через полюс конхоиды, повернулась на угол 20° по часовой стрелке, при этом через впускное окно 16 со скоростью VI поступает в полость V1 рабочее тело, а через впускное окно 17 со скоростью V2 рабочее тело выталкиваетс  ротором из полости V2; на фиг.4В - ротор повернулс  по часовой стрелке, а лини  И-К, проход ща  через полюс конхоиды , повернулась на 60° относительно исходного положени  на фиг. 4А, увеличенный объем полости V1 заполнен рабочим телом, а из уменьшенного объём полости V2 часть рабочего тела вытеснена ротором;

на 4Г, 4Д, 4Е - постепенное увеличение объема полости VI и уменьшение объема полости V2, из которого рабочее тело выталкиваетс  ротором,

Таким образом, как видно по изменению

положени  эксцентрика на фиг.4А-Б-В-Г-Д-Ё, при повороте ротора на 180° эксцентриковый вал повернетс  на 360°.:

Рассмотрим работу предложенного двигател , показанного на фиг. 5, с учетом

фиг.1-4.

На фиг.5 А-Г, показано образование момента вращени  и поворот эксцентрикового (выходного) вала 3 с эксцентриком 31 роторного двигател ,

На фиг. 5 показан двигатель, на фиг. 5А: в корпусе 1 с конхоидной рабочей камерой, имеющей полости VI и V2. расположен ротор 2, установленный на эксцентрике З1, жестко св занном с валом 3, регенератор 4

выполнен в виде тепловой трубки, конец А,

в зоне которого установлены металлические

трубки б, по которым при работе двигател 

проходит гор чее рабочее тело (гелий и т.п.)

в направлении, показанном стрелкой v1,  вл етс  испарителем, а конец Б, в зоне которого расположены металлические трубки 7, к которым при работе двигател  поступает из охладител  5 через клапан 11 холодное рабочее тело,  вл етс  конденсатором.

Рабочий объем устройства, показанного на фиг. 5А, представл ет собой замкнутый объем, включающий соединенные последовательно: объем камеры V2, объем пучка трубок 6, объем камеры V1. Этот замкнутый

объем устройства заполнен рабочим газом,

например гелием, прибавлении 10-20 МПа, который не горит и позвол ет обеспечить высокие коэффициенты тепло-маесообмена при относительно невысоком уровне гидравлических потерь.

Дл  объ снени  и понимани  момента начала вращени  эксцентрикового вала двигател  рассмотрим на фиг.БА два его состо ни : первое: клапан 11 закрыт, но подогрев

нагревател  9 отсутствует; в этом состо нии , на противоположные радиальные конхоидные поверхности ротора 2 действуют равные величины давлений, например 100 МПа, следовательно, на эксцентрике

3 и валу 3 момент вращени  отсутствует; второе: клапан 11 закрыт, но к нагревателю 9 подведено тепло, (например: в на-, гревателе сжигаетс  топливо-бензин), что приведет к повышению температуры трубок 8 и части корпуса двигател , прилегающей к нагревателю, что, следовательно, вызовет повышение температуры рабочего газа и давлени  Pf с полости V1, например, до16,ОМПа.

При возникновении разности давлений в рабочих полост х V1 и V2, величина которого , в примере, равна 16,0-10,,0 МПа, и при величине эксцентриситета, определ емой конструкцией устройства, возникает момент вращени  эксцентрикового вала 3, который  вл етс  выходным валом этого двигател , вал 3 начнет вращение по часовой стрелке в направлении V1. При этом гелий в полости V начнет расшир тьс , его давление РТ начнет уменьшатьс , объем полости V1 начнет увеличиватьс , а полости V2, соответственно, уменьшатьс ; рабочее тело из полости V2 будет выталкиватьс  ротором 2 в трубки 6 и далее в охладитель 5, Продолжение процесса расширени  газа и увеличение объема полости V1 показано на фиг.б Б и фиг. 5В, где клапан 11 закрыт. Поворот ротора 2, эксцентрика 31 и вала 3 вокруг его оси будет продолжатьс  до тех пор, пока давление Р1 (под клапаном 11) и, соответственно, в полости V1, а также давление Р в охладителе 5 не уравн ютс .

На фи. 5Г показана проекци  роторного двигател , когда ротор прошел положение , при котором его вершины находились на уровне нижних кромок отверстий труб б и 8 (см. фиг.4А), при этом вновь образовалась полость V1, клапан 11 открылс , и через него начал поступать из охладител  5 через трубки 7 конденсатора (регенератора 4) и трубки 8 нагревател  9 гор чий рабочий газ-гелий в полость V1, что показано стрелками . Поступление рабочего газа прекращаетс  и клапан 11 закроетс  тогда, когда ротор 2 займет, дл  примера, положение, показанное на фиг.5А. Далее этот рабочий процесс двигател  повтор етс .

При последующих циклах, когда гелий, выталкиваемый из полости V2, будет гор чим , этот газ, проход  по трубкам 6, нагреет конец А тепловой трубки 4 (регенератора),  вл ющегос  испарителем, далее за счет передачи тепла к конденсатору (конец Б тепловой трубки) и нагрева трубок 7 будет нагреватьс  гелий, проход щий из охладител  по этим трубкам 7. Таким образом будет обеспечен процесс регенерации тепла за счет применени  в двигателе в качестве регенератора тепловой трубки.

Дл  непрерывного повторени  описанного процесса, т.е. дл  обеспечени  нормальной работы роторного двигател  и создани  посто нного момента вращени  на его эксцентриковом (выходном) валу 3 необходимо на этом валу установить маховик , а также стартер дл  придани  валу 3, эксцентрику 31 и ротору 2 исходного момента вращени , т.е. дл  производства запуска и работы двигател .. : 5 Создание непрерывного вращени  выходного вала 3 двигател  без применени  маховика и стартера возможно, если соединить последовательно выходные валы 3 нескольких двигателей, установленных на

10 одном основании, при этом например, роторы , эксцентрики или полюса конхоид этих двигателей необходимо установить один относительно другого смещенными, например, на 90° и т.д., в зависимости от количества этих

15 двигателей.

П р и м е р 2, С целью обеспечени  большей равномерности непрерывного момента вращени  выходного вала на фиг.6 показано устройство, включающее два оди0 наковых двигател  (блок Б1 и блок Б2), каждый из которых аналогичен двигателю, описанному в примере 1, блоки Б1 и Б2 установлены на одном основании, а роторы установлены на общем эксцентриковом ва5 лу и развернуты один относительно другого на 90°.

На фиг. 6А показан двигатель - блок Б1,

содержащий корпус 1, ротор 2, вал 3, реге: нератор 4, охладитель 5, трубки 6, располо0 женные в зоне нагревател  регенератора 4, трубки 8 нагревател  9, клапан 11, рабоча  полость V1 (втора  полость в данный момент на фиг, 6А не показана, поскольку радиальна  поверхность ротора и

5 поверхность конхоидной рабочей камеры в ее верхней части между впускным и выпуск- ным окнами корпуса 1 расположены с минимальным зазором).

На фиг. 6А-Б2 показан двигатель Б2, в

0 котором эксцентрик расположен с поворотом

. на 180° относительно эксцентрика двигател 

Б1, а ротор повернут на 90° относительно

ротора двигател  Б1. Оба эксцентрика ирото

ра двигателей 51 и Б2 св заны общим валом 3.

5 На фиг. 6А-Д показано диаметральное расположение эксцентриков двигателей Б1 и Б2 на общем валу устройства.

На фиг. 6А-Б-В-Г в левой колонке пока- 0 заио последовательно изменение положени  ротора двигател  Б1, а на фиг. 6А-Б-В-Г изменение положени  ротора двигател  Б2, при этом угол между роторами и эксцентриками на фиг, 6Д в колонках по горизонтали 5 (Б1-Б2) остаетс  неизменным.

Проведем анализ образовани  на фиг. 6 суммарных сил в полост х V1 и V2 доигате- лей Б1 и Б2 при повышении температуры в их нагреаател х (например, при сжигании топлива) и создани  моментов вращени  на

общем эксцентриковом валу 3, положив в основу описание работы роторного двигател  в примере 1.

Анализиру  фиг, 6А видим, что давление Р2 возникает в полости V2 двигател  Б2, что показано на фиг.бЕ, где суммарный момент вращени  равен моменту вращени  двига-. тел  Б2;аналогично , на фиг. 6Б, силы давлени  Р2 образуютс  в полости V2 двигател  Б2, при этом суммарный момент вращени  на валу 3 обусловлен работой двигател  Б2.

На фиг. 6 В видим, что силы давлени  Р1 также возникли в полости V1 двигател  Б1, а суммарный момент вращени  на валу ра-- вен сумме моментов .вращени ,.создавае- мых обоими двигател ми Б1 и Б2, что отражено на диаграмме фиг. 6Д-В,

На фиг.бГ, по аналогий с рассмотренным выше, суммарный момент вращени  вала равен моменту вращени , создаваемому двигателем Б1, в этот момент в двигателе Б2 клапан 11 открыт и в полость V2 поступает из нагревател  гор чее рабочее тело-гелий .V . .

Приведенный анализ работы двигател  по примеру 2 и фиг. 6 позвол ет сделать вывод о том, что суммарный момент вращени  эксцентрикового вала в любой момент будет больше нул , т.е. на валу двигател  будет действовать непрерывно момент вращени . /;

Необходимо отметить, что при объединении в общее устройство на одном эксцентриковом валу нескольких таких двигателей со смещенными по фазе роторами и эксцентриками существенно упрощаетс  сбаланси рованность вращающихс  масс роторного двигател .

П р им е р 3. Дл  увеличени  равномерности момента вращени  выходного вала-на фиг, 7 показано устройство, включающее три одинаковых роторных двигател  (блок 51, блок Б2, блок БЗ). каждый из которых аналогичен двигателю, показанному в примере 1, блоки Б1, Б2 и БЗ установлены на одном основании, роторы размещены на общем эксцентриковом валу под углом 120° один относительно другого вместе с. зксцён- триками. На фиг. 7 по вертикали сверху вниз показано изменение положени  роторов в блоках 51, Б2 к БЗ при повороте эксцентрикового вала по часовой стрелке и, соответственно , изменение объемов полостей рабочих камер, в которых стрелками показано действие сил давлени  Р, возникающих в полост х при нагреве рабочего тела, например - гели . Взаимное изменение поло- жени  эксцентриков в блоках 51,52, БЗ при повороте эксцентрикового вала по часовой

стрелке показано на фиг. 8А, а моменты вращени , создаваемые в каждом блоке, и суммарный момент вращени  на выходном валу показан на диаграммах фиг.ЗБ. анализ

которых позвол ет сделать вывод о том, что в любой момент поворота эксцентрикового вала в создании момента вращени  этого вала задействовано два блока.

Дл  улучшени  сбалансированности

0 этого трехблочного устройства целесообразно количество таких блоков увеличить до шести, при этом необходимо эксцентрики и роторы устанавливать в пары диаметрально противоположно к оси вала,

5 .. Пример 4.С целью упрощени  динамической балансировки вращающихс  масс и повышени  стабильности момента вращений выходного вала роторного двигател , на фиг. 9А показано устройство (двигатель), со0 держащее четыре двигател  - блоки 1, 2, 3, 4, каждый из которых аналогичен роторному двигателю, описанному в примере 1. На фиг. 9А блоки 1-4 св заны одним эксцентриковым валом 5 и установлены на общем основа5 Htiyt 6, вершины роторов обозначены буквами а-б, конхоидные рабочие полости обозначены V1 - V4, V41, полюс конхоиды рабочей камеры блока 1 обозначен 01, блока 2-02, блока 3 - 03, блока 4 - 04.

0 Особенностью данной конструкции двигател   вл етс  то, что полюса конхоид и роторов блоков 1 и 2, а также блоков 3 и 4 расположены диаметрально противоположно оси вала 5, а линии, соедин ющие верши5 ны роторов блоков 1 и 2,  вл ютс  параллельными, соответственно параллельны линии, соедин ющие вершины роторов блоков 3 и 4, однако, между парами блоков эти параллельные линии  вл ютс  перпен0 дикул рными, например, линии между вершинами блоков 1 и 3, 2 и 4.

Анализ фиг. 9А показывает, что вращающиес  массы блоков 1 и 2, а также 3 и 4  вл ютс  взаимно сбалансированными, а

5 следовательно, сбалансированы вращающиес  массы и всего устройства из четырех блоков. При увеличении на одном эксцентриковом валу количество таких блоков сбалансированность будет повышатьс .

0 П р и ме р 5. С целью конструктивного обеспечени  полной динамической сбалансированности роторного двигател  на фиг. 9Б, В, Г приведено устройство, состо щее из трех двигателей - блоков Б1, Б2 и БЗ,

5 каждый из которых подобен роторному двигателю , описанному в примере 1. но без противовесов. В устройстве по примеру 4 ротора эксцентрики всех трех блоков Б1 ,Б2 и БЗ установлены на одном эксцентриковом валу 1 таким образом, что полюса конхоид

рабочих камер блоков Б1 и БЗ расположены противоположно полюсу конхоиды рабочей камеры блока Б2; рабочие камеры и роторы всех блоков имеют соответственно равные сечени  в плоскости, перпендикул рной оси эксцентрикового вала, длина корпуса блока Б2 примерно соответствует сумме длин корпусов блоков Б1 и БЗ, при этом непременным  вл етс  требование к конструкции устройств, что вращающиес  массы блока Б2 (включающие ротор, эксцентрик, шестерни , охлаждающие х идкости и др.) должны быть равными сумме вращающихс  масс блоков Б1 и Б2 при равных плечах вращени  этих масс.

На фиг. 10 показаны три блока Б1, Б2, БЗ развернутыми на одном общема эксцентриковом валу, блок Б1 включает корпус 1, полюс 2, ротор 3 с вершинами а, б, выпускное окно 4, впускное окно 5, основание 17, общее дл  всех трех блоков; ниже по вертикали На фиг. 9Б, В, Г показано изменение положени  ротора 3 и объемов рабочих полостей V1 и V11 при вращении вала 16 по часовой стрелке в направлении V;

блок Б2 включает корпус 6, полюс 7, ротор 8, впускное окно 9, выпускное окно 10, основание 17; ниже по вертикали на фиг. 9Б, В, Г показано изменение положени  ротора 8 и объемов V2 и V2 при вращении вала 16;

блок БЗ включает корпус 11, полюс 12, ротор 13, выпускное окно 14, впускное окно 15, эксцентриковый (выходной) вал 16, основание 17; ниже на фиг. 9Б, В, Г показано изменение положени  ротора 13 и объемов V3 и V3 при вращении вала 16 по стрелке V,

Анализ изменени  взаимного положени  роторов 3,8 и 13 соответственно блоков Б1, Б2 и БЗ при их одновременном вращении по часовой стрелке на общем эксцентриковом валу 16, приведенных на фиг. 9А, 9Б, 9В, 9Г с учетом конструктивных требований дл  обеспечени  динамической сбалансированности вращающихс  масс этих блоков, позвол ет сделать вывод о том, что каждый из роторов 3, 0, 13, враща сь по конхоиде в своем блоке (двигателе), находитс  в любой момент времени диаметрально противоположно относительно оси эксцентрикового пала, с соседним ротором, т,е. линии, соедин ющие вершины этих роторов , всегда параллельны, а следовательно, их вращающиес  массы всегда сбалансированы без противовесов.

Следовательно; описанный в примере 4 трехблочный роторный двигатель  вл етс  полностью сбалансированным.

Пример 6. С целью обеспечени  возможности увеличени  мощности двигател  при неизменном диаметре его корпуса, а также повышени  надежности его работы 5 за счетусилени  св зи между вращающимис  и неподвижными детал ми устройства - между ротором и второй крышкой корпуса введена втора  пара шестерен, аналогична  первой паре шестерен, св занных с первой

0 крышкой корпуса двигател . Устройство по примеру 6 показано на фиг. 11 в трех проекци х , а на фиг. 12 показано развернутым по детал м вдоль оси вала 2. Данное устройство подобно показанному на фиг. 2 и фиг. ЗА,

5 которые описаны в примере 1, и отличаетс  лишь тем, что дополнительно введена втора  пара шестерен дл  усилени  св зи между ротором и второй крышкой двигател , что позвол ет увеличить длину ротора по оси

0 вала, а следовательно, повысить мощность двигател  при неизменном диаметре его корпуса. Таким образом, в устройстве, приведенном на фиг.11 и фиг. 12А, в отличие от такого же по назначению устройства в при5 мере 1, имеютс  две равные шестерни 6 и 12с внутренним зацеплением, установленные на торцовых сторонах ротора 5, и две неподвижные шестерни 8 и 14 с внешним зацеплением, жестко св занные с крыщка0 ми 3 и 13 корпуса 1 роторного двигател . В

остальном устройство по примеру 6 взаимозамен ет устройство, показанное на фиг.2 в

примере 1.

.Пример 7. На фиг. 12Б на общем

5 эксцентриковом валу 1 расположены два роторных устройства, одно устройство, вклю- чающее: корпус 2 с ротордм, установленным на эксцентрике вала 1, нагреватель 3, регенератор 4, выполненный в виде тепловой

0 трубки, где конец А  вл етс  испарителем, а конец Б - конденсатором, охладитель 5 и клепан 7 (например, газоуправл емый, золотниковый и т.п.)  вл етс  роторным двигателем , описанным в примере 1; второе

5 устройство 6, предназначенное дл  улучшени  наполнени  рабочим телом камеры расширени  корпуса 2,  вл етс  блоком расширени  и сжати  рабочего тела, движение которого показано стрелкой VI при вра0 щении эксцентрикового вала по стрелке V.

При работе двигател  по примеру 7 го- . р чее рабочее тело из полости сжати  корпуса 2 через регенератор 4 (конец А - испаритель) в направлении стрелки V1 по5 ступает о полость расширени  корпуса б, далее через охладитель 5, клапан 7, регенератор 4 (конец Б - конденсатор) нагретое рабочее тело поступает в нагреватель 3 и камеру расширени  корпуса 2, замыка  тем самым цикл работы двигател .

Роторы и эксцентрики в корпусах 2 и 6 устанавливаютс  один относительно другого под углом 0, 90°, 180° с учетом выполнени  требований их балансировки.

Пример 8. На фиг. 12 В показан двигатель, где посредством общего эксцентрикового вала 1 св заны два двигател , каждый из которых подобен устройству, приведенному в примере 1, и включает корпус , нагреватель, охладитель, регенератор и клапан, но отличаетс  тем, что названные элементы каждого из двигателей включены в общий канал, по которому перемещаетс  рабочее тело при работе двигател , в следующей последовательности: из камеры сжати  корпуса 2 по стрелке V рабочее тело через регенератор 4 (конец А - испаритель) поступает в охладитель 5, далее через регенератор 8 (конец Б-конденсатор) поступает в нагреватель 6 и камеру расширени  корпуса 7, из камеры сжати  корпуса 7 по стрелке V через регенератор 8 (конец А - испаритель) поступает в охладитель 9, perew нератор 4 (конец Б - конденсатор) и нагреватель 3 поступает в камеру расширени  корпуса 2, замыка , таким образом канал, по которому проходит рабочее тело при работе устройства. Клапаны 10 и 11 служат дл  управлени  потоком рабочего тела по каналу - рабочему объему устройства. Ротора и эксцентрики в корпусах 2 и 3 устанавливаютс  на эксцентриковом валу 1 под углом один к другому, предпочтительна  их установка -0, 90°, 180° - с учетом положени  полюсов и конхоид рабочих камер каждого отдельного двигател  блока дл  обеспечени  сбалансированности вращающихс  масс. Направление теплоты в регенераторах 4 и 8 показано стрелками от А к Б. Регенераторы 4 и 8 в примере 8 предложено выполн ть в виде тепловых трубок, хот , естественно, они могут быть выполнены трубчатыми и т.п. Направление вращени  общего эксцентрикового вала 1 на фиг. 12 В показано стрелкой V1.

Таким образом, комбинаци  из этих двух двигателей, соединенных по схеме фиг. 12В, приводит к двум отдельным, но взаимосв занным системам, в каждой из которых осуществл ютс  два полных цикла за один оборот ротора.

Пример 9. На фиг. 13 показан двигатель , основой которого  вл етс  устройство , описанное в примере 1. С целью ускорени  разогрева при запуске двигател  и повышени  его КПД при работе, эксцентрик вала дополнительно снабжен полост ми (каналами), по которым проходит нагретое рабочее тело или жидкость (например при запуске). Двигатель на фиг. 13 А и

13 Б включает основные детали: корпус 1, ротор 2, св занный с валом 3 посредством эксцентрика 4 и шестерен, эксцентрик 4 снабжен каналами 5 (дл  примера на фиг. 13

А и Б показан один канал 5), на корпусе 1 расположены впускное б и выпускное 7 окна , основание 8, вал 3 имеет канал 9 дл  подвода рабочего тела к каналам 5 эксцентрика и канал 91 дл  его отвода в систему

0 охлаждени  или циркул ции. - ...

На фиг. 13 В и 13 Г показан эксцентрик 4, установленный на валу 3 с системой циркул ции рабочего тела, где дл  нагл дности диаметры эксцентрика 4 и вала 3 увеличены.

5 Система циркул ции включает компрессор 16, трубопроводы 17 и 7, компенсатор 18, канал 8, кольцевые коллекторы 5К и 5 К1, каналы 5:и 51 в эксцентрике 4, обойму ТО с кольцевым каналом 12, трубопроводы 11,

0 13, 15, охладитель 14; направление движени  рабочего тела показано стрелками V.

При исключении из устройства на фиг. 13 В элементов 14 - 18 и подключении эксцентрика 4 посредством трубопроводов 7 и

5 13 параллельно трубкам 6 на фиг. 1, видно, что в этом случае часть гор чего рабочего тела, выход щего при работе двигател  из полости V1, будет проходить через каналы эксцентрика и нагревать его и ротор 2, спо0 собству  тем самым разогреву ротора и корпуса при запуске этого двигател , а также повышению его КПД в процессе работы за счет использовани  части тепла рабочего тела.

5 Работа двигател  по примеру 9 с устройством перемещени  рабочего тела по каналам в эксцентрике ротора, подобна работе двигател  по примеру 1, поэтому более подробно не описываетс .

0 Оптимальным  вл етс  устройство, приведенное в примере 2 и близкое к нему, приведенное в примере 8 с роторами, установленными на общем эксцентриковом валу и развернутыми один относительно другого

5 на 90°.

Внедрение предложенного роторного двигател  внешнего сгорани  в двигателе- строении в сравнении с аналогом-роторным двигателем фирмы Даймлер-Бенц позволит

0 создавать роторные двигатели внешнего сгорани  требуемой мощности полностью уравновешенными без противовесов, работающими по двухтактному циклу; выполн ть запуск двигателей при двух и более цилин5 драх без стартера и маховика.

Claims (8)

1. Роторный двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий корпус с крышками , эксцентриковый вал, проход щий через крышки корпуса, ротор с торцовыми и радиальными уплотнени ми, установленный на эксцентриковом салу и размещенный в корпусе так, что раздел ет его объем на полость расширени  и полость и магистраль подключени  полостей одна к другой с установленными в ней нагревателем , регенератором, охладителем и органом управлени  потоком рабочего тела, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности, ротор и корпус выполнены двухвершинными с конхоидной радиальной поверхностью их сторон, а ротор установлен на эксцентриковом валу с возможностью -шестеренчатого зацеплени  с соотношением передачи 1:2.

2. Двигатель поп. 1,отличающийс  тем, что орган управлени  потоком рабочего телз выполнен в виде газодинамического или механически управл емого клапана, размещенного в магистрали между охладителем и регенератором.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что регенератор выполнен в виде тепловой трубы.

4. Двигатель по пп.1 - 3, о т л и ч а ю- 5 щийс  тем, что он снабжен дополнительной полостью расширени , включенной в магистраль перед охладителем,

5. Двигатель по пп. 1 - Л, о т л и ч а ю- щийс  тем, что, с целью сокращени  0 времени запуска, в теле эксцентрика выполнены каналы, подключенные к магистрали циркул ции рабочего тела.

6. Двигатель по пп. 1 - 5, о т л и ч а ю- щийс  тем, что, с целью повышени 

5 равномерности крут щего момента, он снабжен дополнительным двигателем, причем роторы двигателей соедин ют одним эксцентриковым валом, полюса конхоид располагают на одной оси, а плоскости, про0 ход щие через вершины роторов,  вл ютс  перпендикул рными.

7. Двигатель по пп.1 - 5, о т л и ч а ю- щийс  тем, что, с целью уменьшени  вибраций, он снабжен дополнительным

5 двигателем, причем роторы двигателей соедин ют одним эксцентриковым валом, по- . люса конхоид рабочих камер и роторов располагают диаметрально противоположно относительно оси эксцентрикового вала,

0 а плоскости сечени , проход щие через вершины роторов, - параллельны.

8. Двигатель по пп. 1-5, о т л и ч а ю- щийс  тем, что, с целью увеличени  удельной мощности, он снабжен дополнительным

5 двигателем, причем эксцентриковые валы двигателей соединены последовательно, экс- центрики и роторы смещены один относительно другого на угол до 180° включительно, а полостм расширени , и сжати  в теплооб0 меннике аппарата объединены при помощи соединительных каналов в общую систему.

. Фаг.7

ш

™ : -. :Ј :Г

об/

в-Щр-в.

ез ;

л -%

63 I

.

.0

ШГЖ