RU2009342C1

RU2009342C1 - Rotary engine

Info

Publication number: RU2009342C1
Authority: RU
Inventors: Геннадий Николаевич Спиряков
Original assignee: Геннадий Николаевич Спиряков
Priority date: 1991-11-05
Filing date: 1991-11-05
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: engine has case 1, rotor 9 provided with working passage 10 with blades 11, and inlet 12 and outlet units. The rotor is coincident with flywheel 8 and provided at least with one toroidal working passage with developed aerodynamic inner surface. At least one inlet unit positioned over a tangent to periphery of the rotor is mounted on a stand within the space of the passage. EFFECT: enhanced efficiency and simplified design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к механике и может быть использовано в отраслях промышленности, занятых производством гидро- или пневмо- двигателей. Наибольший эффект от использования изобретения ожидается в результате его применения в качестве аналога газовой турбинной установки для привода, например винта летательного аппарата, электрогенератора и пр. The invention relates to mechanics and can be used in industries engaged in the production of hydraulic or pneumatic engines. The greatest effect of the use of the invention is expected as a result of its use as an analogue of a gas turbine installation for driving, for example, an aircraft propeller, an electric generator, etc.

Известен роторный двигатель, состоящий из корпуса, ротора, оборудованного рабочим каналом с лопатками, входным и выходным устройствами. Known rotary engine, consisting of a housing, a rotor equipped with a working channel with blades, input and output devices.

Известный роторный двигатель имеет ряд недостатков: недостаточно высокий КПД, сложную конструкцию. The well-known rotary engine has several disadvantages: insufficiently high efficiency, complex design.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности и упрощение конструкции роторного двигателя. An object of the invention is to increase the efficiency and simplify the design of a rotary engine.

Для этого в роторном двигателе, состоящем из корпуса, ротора с маховиком, оборудованного рабочим каналом с лопатками, входным и выходным устройствами, в отличие от прототипа ротор совмещен с маховиком, оборудован по меньшей мере одним тороидальным рабочим каналом с развитой аэродинамической внутренней поверхностью, в полости которого на стойке размещено по меньшей мере одно входное устройство, расположенное по касательной к окружности ротора. При этом повышение КПД достигается за счет следующих приемов: в отличие от прототипа, имеющего спиралевидный рабочий канал, оборудован по меньшей мере одним тороидальным рабочим каналом. Это позволяет во-первых, использовать в одном канале всю кинетическую энергию, например, газового потока за счет многократного кольцевого торможения внутри полости рабочего канала на закрепленных в нем лопатках, как средстве аэродинамического развития поверхности, во-вторых, поток, например, газов, выпущенный из одного выходного устройства, ускоряется в попутном направлении струей газов, выпущенных из (другого) других выпускных устройств. Это позволяет лучше использовать энергию рабочего тела. Далее ротор, вращаясь вокруг оси за счет центробежных сил, прижимает поток рабочего тела к поверхности рабочего канала. При этом повышается качество сцепления рабочего тела с ротором и плотность самого рабочего тела. Поэтому в предложенной конструкции удается полностью затормозить поток рабочего тела и преобразовать его энергию. For this, in a rotary engine, consisting of a housing, a rotor with a flywheel, equipped with a working channel with blades, input and output devices, in contrast to the prototype, the rotor is combined with a flywheel, equipped with at least one toroidal working channel with a developed aerodynamic inner surface in the cavity which at least one input device is disposed on the strut, located tangentially to the circumference of the rotor. At the same time, an increase in efficiency is achieved due to the following methods: in contrast to the prototype, which has a spiral working channel, it is equipped with at least one toroidal working channel. This allows, firstly, to use all the kinetic energy in one channel, for example, gas flow due to multiple ring braking inside the cavity of the working channel on the blades fixed in it, as a means of aerodynamic development of the surface, and secondly, the flow of, for example, gases released from one output device, accelerates in the same direction by a stream of gases released from (other) other exhaust devices. This allows you to better use the energy of the working fluid. Further, the rotor, rotating around the axis due to centrifugal forces, presses the flow of the working fluid to the surface of the working channel. This increases the quality of adhesion of the working fluid with the rotor and the density of the working fluid itself. Therefore, in the proposed design, it is possible to completely inhibit the flow of the working fluid and convert its energy.

С целью повышения эффективности и мощности устройства возможно применение нескольких тороидальных рабочих каналов, включенных параллельно на нагрузку. Кроме того, предложенное устройство, реализуя принцип неоднократности вращения потока рабочего тела, позволяет уменьшить габариты и вес конструкции по сравнению с прототипом, который имеет спиральную систему рабочих каналов. Далее в предложенном устройстве могут быть несколько входных устройств, что повышает мощность устройства. В качестве входного устройства может быть использовано сопло Лаваля, которое устанавливается на стойке и расположено по касательной к окружности ротора. Это наиболее выгодное энергетическое положение для передачи импульса от потока рабочего тела к ротору. Выходное устройство упрощено в данной конструкции и может быть выполнено в виде щели в тороиде, которая одновременно используется и для обеспечения прохода стойки выходного устройства. In order to increase the efficiency and power of the device, it is possible to use several toroidal working channels connected in parallel to the load. In addition, the proposed device, realizing the principle of repeated rotation of the flow of the working fluid, allows to reduce the dimensions and weight of the structure compared to the prototype, which has a spiral system of working channels. Further, in the proposed device may be several input devices, which increases the power of the device. As an input device, a Laval nozzle can be used, which is mounted on a stand and located tangentially to the circumference of the rotor. This is the most favorable energy position for transferring momentum from the flow of the working fluid to the rotor. The output device is simplified in this design and can be made in the form of a gap in the toroid, which is also used to provide passage of the output device rack.

На фиг. 1 изображен ротор роторного двигателя, разрез, на фиг. 2 - общий вид роторного двигателя с одним тороидальным рабочим каналом, и двумя выходными устройствами в виде сопел Лаваля, разрез. In FIG. 1 shows a rotor of a rotary engine, a section, in FIG. 2 is a general view of a rotary engine with one toroidal working channel, and two output devices in the form of Laval nozzles, section.

Роторный двигатель состоит из корпуса 1, выполненного из металла или пластика. Вид материала зависит от свойств рабочего тела. Корпус 1 имеет две крышки 2, 3, которые крепятся к корпусу при помощи болтов или иного крепления. Крышка 2 в центральной части имеет отверстие 4, в котором находится подшипник. Крышка 3 имеет выпускные отверстия 5 для выхода отработанного рабочего тела во вне. К этим отверстиям может быть подключен трубопровод для сбора отработанного рабочего тела. Через крышку 3 выведен во вне патрубок 6 для подачи рабочего тела, газ и двигатель, а через крышку 2 выведен во вне рабочий вал 7. Патрубок 6 закреплен на крышке 3. Рабочий вал 7 крепится к маховику 8, который совмещен конструктивно с ротором. Маховик служит для снижения пульсаций при работе на импульсную нагрузку и обеспечения плавности хода ротора. В полости корпуса 1 находится ротор 9, оборудованный одним тороидальным рабочим каналом 10. Ротор 9 может также быть разборным с целью повышения технологичности сборки. Рабочий канал 10 выполнен разборным и элементы его скреплены при помощи болтов. Внутренняя поверхность рабочего канала 10 оборудована лопатками 11. В полости рабочего канала 10 установлены два входных устройства 12 в виде сопел Лаваля, противоположная соплу сторона имеет аэродинамическую форму с целью снижения потерь их вихреобразования. Входные устройства 12 обеспечивают пару сил, приводящую ротор во вращение. Они установлены на стойках 13, которые одновременно являются каналами для подачи рабочего тела. С целью работы входного устройства 12 оно помещено в паз 14 рабочего канала 10. The rotary engine consists of a housing 1 made of metal or plastic. The type of material depends on the properties of the working fluid. The housing 1 has two covers 2, 3, which are attached to the housing using bolts or other fastening. The cover 2 in the central part has an opening 4 in which the bearing is located. The cover 3 has outlet openings 5 for exiting the spent working fluid to the outside. A pipe can be connected to these holes to collect the spent working fluid. Through the cover 3, gas and an engine are led outside to the nozzle 6 for supplying a working fluid, and through the cover 2 to the outside of the working shaft 7. The nozzle 6 is mounted on the cover 3. The working shaft 7 is attached to the flywheel 8, which is structurally combined with the rotor. The flywheel is used to reduce ripple when working on a pulsed load and ensure the smoothness of the rotor. In the cavity of the housing 1 there is a rotor 9, equipped with one toroidal working channel 10. The rotor 9 can also be collapsible in order to increase the manufacturability of the assembly. The working channel 10 is made collapsible and its elements are fastened with bolts. The inner surface of the working channel 10 is equipped with blades 11. Two input devices 12 are installed in the cavity of the working channel 10 in the form of Laval nozzles, the side opposite the nozzle has an aerodynamic shape in order to reduce their vortex loss. The input devices 12 provide a pair of forces that drive the rotor into rotation. They are mounted on racks 13, which are simultaneously channels for supplying a working fluid. For the purpose of the input device 12, it is placed in the groove 14 of the working channel 10.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При подаче в патрубок 6 под давлением рабочего тела - газа оно по стойкам 13 поступает в входные устройства 12, там, расширяясь в соплах Лаваля, приобретает большую скорость и по касательной к окружности ротора 9 взаимодействует с лопатками 11 рабочего канала 10. При этом часть газового потока тормозится близко расположенными лопатками, часть, изменяя свое направление под действием кривизны поверхности рабочего канала 10, движется по кругу. При этом на всем протяжении пути струя газа отдает энергию ротору через лопатки. Ротор 3 начинает вращаться в направлении движения потока газа в его рабочем канале. Вращается и вал 7, с которого можно снимать мощность. Вращение накапливает энергию в маховике 8. Совершив пол оборота вместе с ротором, поток газа попадает под струю газа из второго входного устройства, при этом потерянная энергия восполняется и поток продолжает движение с прежней изначальной энергией. When supplied to the pipe 6 under the pressure of the working fluid — gas, it flows through the racks 13 into the input devices 12, there, expanding in the Laval nozzles, it acquires high speed and interacts with the blades 11 of the working channel 10 tangentially to the circumference of the rotor 9. the flow is inhibited by closely spaced blades, part, changing its direction under the action of curvature of the surface of the working channel 10, moves in a circle. In this case, the gas stream gives energy to the rotor through the blades throughout the entire path. The rotor 3 begins to rotate in the direction of gas flow in its working channel. The shaft 7 also rotates, from which power can be removed. The rotation accumulates energy in the flywheel 8. Having made a half revolution with the rotor, the gas stream falls under the gas stream from the second input device, while the lost energy is replenished and the stream continues to move with the same original energy.

Часть заторможенного потока рабочего тела, скорость движения которого относительно ротора равна нулю, выходит из рабочего канала 10 и через паз 14 в полость корпуса 1 и далее через отверстия 5 во вне. Движущийся газ, скорость которого больше скорости движения ротора, прижимается центробежными силами к поверхности рабочего канала и тормозится его лопатками. Рост скорости возможен до тех пор, пока скорость газового потока, выходящего из входного устройства, не совпадает по значению с линейной скоростью вращения ротора. Это при давлении газа порядка 5 атм. составляет 400-500 м/с. При увеличении скорости вращения ротора количество сжатого газа, находящегося в полости рабочего канала, растет его плотность, и естественно его взаимодействие с потоком газа из входного устройства. В качестве входного устройства могут быть использованы сопла реактивных двигателей, в качестве рабочего тела - пар, газ в том числе и полученные при сжигании топлива. Отдельные рабочие каналы могут быть размещены параллельно и оборудованы отдельными входными устройствами. При использовании жидкого рабочего тела, например воды, сброс излишнего объема может быть проведен через специальные отверстия за счет центробежных сил вращения ротора. В отдельных конструкциях отбор рабочего тела из полости рабочего канала может быть произведен посредством заборного отверстия, расположенного позади сопла Лаваля. Излишнее рабочее тело в этом случае поступает в сборник и используется вновь. При этом рабочий канал закрыт герметично при помощи скользящего контакта. Part of the inhibited flow of the working fluid, the speed of which relative to the rotor is zero, leaves the working channel 10 and through the groove 14 into the cavity of the housing 1 and then through the openings 5 to the outside. A moving gas, whose speed is greater than the speed of the rotor, is pressed by centrifugal forces to the surface of the working channel and is braked by its blades. An increase in speed is possible until the speed of the gas stream exiting the input device does not coincide in value with the linear rotational speed of the rotor. This is at a gas pressure of the order of 5 atm. makes 400-500 m / s. With increasing rotor speed, the amount of compressed gas located in the cavity of the working channel, its density increases, and naturally its interaction with the gas flow from the input device. As an input device, nozzles of jet engines can be used, as a working fluid - steam, gas including those obtained during fuel combustion. Separate working channels can be placed in parallel and equipped with separate input devices. When using a liquid working fluid, such as water, excess volume can be discharged through special openings due to centrifugal rotor rotation forces. In some designs, the selection of the working fluid from the cavity of the working channel can be made by means of the intake hole located behind the Laval nozzle. The excess working fluid in this case enters the collection and is used again. In this case, the working channel is closed hermetically by means of a sliding contact.

Предложенный роторный двигатель имеет большой КПД, мощность не имеет дефицитных материалов и элементов, прост в изготовлении и надежен в эксплуатации, может использоваться в широкой гамме машин и механизмов, не боится перегрузок и может работать в полностью оставленном режиме. (56) Патент СССР N 694094, кл. F 02 B 55/00, 1971. The proposed rotary engine has a high efficiency, the power does not have scarce materials and elements, is easy to manufacture and reliable in operation, can be used in a wide range of machines and mechanisms, is not afraid of overloads and can operate in completely abandoned mode. (56) USSR patent N 694094, cl. F 02 B 55/00, 1971.

Claims

A rotary engine, comprising a housing, a rotor with a flywheel, equipped with a working channel with blades, input and output devices, characterized in that the rotor is combined with a flywheel, equipped with at least one toroidal working channel with a developed aerodynamic surface, in the cavity of which is placed at least one input device located tangentially to the circumference of the rotor.