RU2208176C2 - Роторный двигатель внешнего сгорания (роторный двигатель стирлинга) - Google Patents

Роторный двигатель внешнего сгорания (роторный двигатель стирлинга) Download PDF

Info

Publication number
RU2208176C2
RU2208176C2 RU2001119146A RU2001119146A RU2208176C2 RU 2208176 C2 RU2208176 C2 RU 2208176C2 RU 2001119146 A RU2001119146 A RU 2001119146A RU 2001119146 A RU2001119146 A RU 2001119146A RU 2208176 C2 RU2208176 C2 RU 2208176C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stator
working medium
rotor
power shaft
cam
Prior art date
Application number
RU2001119146A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001119146A (ru
Inventor
В.М. Палецких
Original Assignee
Палецких Владимир Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Палецких Владимир Михайлович filed Critical Палецких Владимир Михайлович
Priority to RU2001119146A priority Critical patent/RU2208176C2/ru
Publication of RU2001119146A publication Critical patent/RU2001119146A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2208176C2 publication Critical patent/RU2208176C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к машиностроению, а именно к роторным двигателям внешнего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения: двигатель содержит по меньшей мере один статор с торцевыми крышками, ротор, силовой вал, нагреватель, регенератор, холодильник, каналы, оборудованные клапанами, рабочую среду и устройство регулирования давления рабочей среды. Согласно изобретению статор оборудован тремя подвижными пластинами, образующими силовой, вытеснительный и промежуточный контуры. При этом цилиндрический ротор посажен на кривошип силового вала и катится по внутренней цилиндрической поверхности статора либо он посажен соосно с силовым валом и оборудован по крайней мере одним кулачком. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в авто- и судостроении, в том числе и в подводных лодках и аппаратах, в энергетике, в космосе.
Известен двигатель с внешним подводом теплоты "Роторный Стирлинг" (патент RU 2132476, F 02 G 1/04, публикация 1999.06.27, автор Камаев Е.С.), содержащий преобразователь тепла, статор, неподвижную ось с эксцентриком, на которой эксцентрично вращается кольцевой ротор с лопатками, установленными в прорезях. Работа в указанном двигателе, как считает автор, осуществляется в результате давления газа на изменяющиеся площади рабочих лопаток, неодинаково выдвигающихся из вращающегося ротора в разных областях статора.
Однако в известном двигателе происходит смещение масс, которое необходимо уравновешивать, наличие эксцентрика потребует очень точного изготовления деталей и их сборки, к тому же большое количество узлов, требующих герметичности, приведет к большим механическим потерям от сил трения. В представленном виде двигатель не способен достичь заявленного результата, т.к. отсутствует цикличность, необходимая для работы двигателя - т.е. чередование тактов. Такты - рабочий ход/выпуск и впуск/сжатие - продолжаются бесконечно и проходят параллельно в обоих контурах. Это приведет к тому, что высокое давление горячего газа в нагревателе не позволит втолкнуть в него порцию холодного газа. Давление горячего газа из нагревателя будет распространяться в обе стороны и, тем самым, выровняет давление в вытеснительном и силовом контурах статора, что приведет систему в равновесие, при котором вращение ротора прекратится.
Задачей изобретения является оптимизация конструкции роторного двигателя под протекающие процессы.
Технический результат достигается тем, что роторный двигатель внешнего сгорания, одна секция которого содержит по меньшей мере один статор с торцевыми крышками, ротор, силовой вал, нагреватель, регенератор, холодильник, каналы, рабочую среду, устройство регулирования давления рабочей среды, причем цилиндрический статор оборудован тремя подвижными пластинами, образующими силовой, вытеснительный и промежуточный контуры, цилиндрический ротор посажен либо на кривошип силового вала и катится по внутренней цилиндрической поверхности статора, либо соосно силовому валу и оборудован по крайней мере одним кулачком, каналы (при необходимости) оборудованы клапанами (обратными, впускными, выпускными).
Устройство регулирования давления рабочей среды содержит газовый баллон (возможно с поглотителем газа) и компрессор двустороннего действия, либо цилиндр с поршнем, перемещаемый посредством мотора и винтовой пары.
На фиг. 1 изображена однокорпусная секция роторного двигателя внешнего сгорания.
На фиг. 2 изображены такты рабочего цикла роторного двигателя внешнего сгорания.
На фиг. 3 изображена секция роторного двигателя внешнего сгорания двукратного действия.
Роторный двигатель внешнего сгорания состоит из преобразователей энергии механической и тепловой. Cекция двигателя внешнего сгорания содержит один статор 16 (фиг. 1), оборудованный тремя подвижными пластинами 6, 12, 17, прижимаемыми к поверхности ротора 13 посредством пружин 28, 11, 19. Статор 16 с торцов закрыт торцевыми крышками (не показаны). Внутри статора 16 на силовом вале 15 вращается по стрелке "а" ротор 13, оборудованный кулачками 14 и, возможно, 9. Внутренний объем статора посредством подвижных пластин 6,12,17 разделен на силовой ("с"), промежуточный ("п") и вытеснительный ("в") контуры, а сами пластины герметично прижимаются под действием пружин 28, 11, 19 к ротору 13 и к торцевым крышкам и тем самым противодействуют проникновению рабочей среды из одного контура в другой, минуя каналы, соединяющие эти контуры. При прохождении через подвижные пластины кулачка 14 ротора 13 подвижные пластины отжимаются в тело статора 16. Каналы разделяются на выходной 24, оборудованный обратным или выпускным клапаном 18, перепускной 29, оборудованный обратным клапаном 20, и, при наличии на роторе 13 кулачков 9, 14, входные 3, 2, оборудованные впускными клапанами 7, 8 и обратными клапанами 1,30. Каналы проходят, как правило, через преобразователь тепловой энергии, состоящий из нагревателя ("н") 5, регенератора ("р") 26 и холодильника ("х") 4 (или в обратной последовательности), но для уменьшения динамического сопротивления и удобства компоновки возможна схема проводки каналов как на фиг. 1, 2, которые проходят через регенератор и/или через какой-либо из конечных преобразователей тепловой энергии. Внутренний объем статоров и каналов заполнен рабочей средой, которой может быть, например, газ - пар, водород, гелий или другой подходящий для этого наполнитель.
Роторный двигатель внешнего сгорания работает следующим образом.
Запуск двигателя производится после разогрева нагревателя ("н") 5 и охлаждения холодильника ("х") 4 и принудительного проворота силового вала 15 по стрелке "а" на один-два оборота. При этом замкнутый цикл Стирлинга осуществляется за три такта при постоянно протекающем выпуске (фиг.2): положение I - сжатие-впуск; положение II - перепуск-охлаждение, нагрев; положение III - рабочий ход. Стрелками показано движение газа: волнистой - горячего, пунктирной - теплого, ровной - холодного.
Такт I - сжатие-впуск - вытеснение в регенератор холодного газа и после его предварительного подогрева проталкивание его в нагреватель. Кулачок 14 ротора 13 движется по стрелке "а" в вытеснительном контуре "в" и, сжимая холодный газ (рабочую среду) в этой области статора 16, вытесняет его в канал 27, проходящий через регенератор 26, и по каналу 3 в нагреватель 5. В увеличивающуюся нижнюю область контура "в" при продвижении в ней кулачка 14 втягивается из канала 29 холодный газ, выходящий из промежуточного контура "п" через холодильник 4. При этом после выхода кулачка 14 из контура "в" в контур "п" обратные клапаны 25, 30, 1 не позволят газу после увеличения объема вследствие нагрева переместиться в контур "в".
Такт II - перепуск-охлаждение, нагрев. При продвижении кулачка по контуру "п" происходит вытеснение теплого газа через холодильник 4 (где происходит его охлаждение) в контур "в". При этом в контур "п" газ поступает под давлением или засасывается из силового контура "с", пройдя предварительно через регенератор "р" и оставив там часть тепла. За время продвижения кулачка 14 по контуру "п" происходит достаточный нагрев газа в нагревателе 5, при этом газ концентрируется в нагревателе, где его удерживают обратный клапан 30 и впускной клапан 8.
Такт III - рабочий ход. При вхождении кулачка 14 в силовой контур "с" после прохождения им подвижной пластины 12 принудительно открывается впускной клапан 8, при этом горячий газ под большим давлением толкает кулачок 14 (т. к. пластину 12 сдвинуть невозможно) по стрелке "а", тем самым осуществляется вращение силового вала 15. Одновременно кулачком 14 вытесняется горячий газ из силового контура "с", оставшийся там после предыдущего рабочего хода, в регенератор 26, ранее охлажденный проходом холодного газа, где отдает часть теплоты, и затем поступает в промежуточный контур "п". В момент перехода кулачка 14 через подвижные пластины (6, 12 или 17, фиг.1) - последние отжимаются кулачком за внутреннюю поверхность статора 16 и беспрепятственно пропускают кулачок 14 (подвижные пластины всегда прижаты пружинами 11, 19, 28 к поверхности кулачка 14 и ротора 13), при этом происходит отсекание газа и обеспечивается герметичность контуров. Далее процесс повторяется.
Выпуск горячего газа из контура "с" в канал 24 открыт постоянно.
Для осуществления двукратного действия (т.е. количества рабочих ходов за один оборот силового вала) требуется дооборудование ротора 13 дополнительным кулачком 9 (что улучшит балансировку ротора) и нагревателя 5 дополнительным каналом 2 с обратным клапаном 1 и впускным клапаном 7. При этом теплый газ из регенератора 26 под действием кулачков 14, 9 будет поочередно вталкиваться в каналы 2 или 3, т.к. если в одном из них будет происходить нагрев, то высокое давление не позволит втолкнуть в него порцию газа, поэтому газ войдет в канал, в котором уже упало давление. Каналы 2 и 3 соединены с впускным каналом 10, впуск горячего газа в который регулируется впускными клапанами 7, 8. Таким образом, увеличивая количество кулачков ротора и входных каналов кратность можно увеличить до разумной достаточности.
Мощность и обороты двигателя регулируются устройством изменения давления рабочей среды, содержащим газовый баллон 21 (возможно с наполнителем в виде какого-нибудь поглотителя газа, например, гидрида для водорода, фиг.1) и специальный компрессор 23 для перекачки рабочей среды в обоих направлениях, соединенных каналом 22 с каналом 27. Возможно также оборудование двигателя устройством, содержащим цилиндр с поршнем, движение которого осуществляется посредством винтового штока от мотора (не показано).
В описанном двигателе отсутствует осаждение продуктов сгорания или реакций на внутренней поверхности статора от рабочей среды, что позволит применить в нем роликовый ротор 13 (фиг.3), посаженный на кривошип 31 силового вала 15, катящийся по внутренней поверхности статора 16.
Привод впускных (и других) клапанов может осуществляться от распределительных кулачков на валах 15 и/или 36 через толкатели либо от различных управляемых устройств (не показаны).
Изложенная выше конструкция роторного двигателя внешнего сгорания не исчерпывает всех вариантов, а является лишь его иллюстрацией. На практике могут быть использованы и другие варианты без нарушения основной идеи технического решения.

Claims (5)

1. Роторный двигатель внешнего сгорания, одна секция которого содержит по меньшей мере один статор с торцевыми крышками, ротор, силовой вал, нагреватель, регенератор, холодильник, каналы, оборудованные клапанами, рабочую среду и устройство регулирования давления рабочей среды, отличающийся тем, что статор оборудован тремя подвижными пластинами, образующими силовой, вытеснительный и промежуточный контуры.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство регулирования давления рабочей среды содержит газовый баллон и компрессор двустороннего действия.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство регулирования давления рабочей среды содержит цилиндр с поршнем, перемещаемым посредством мотора и винтовой пары.
4. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что цилиндрический ротор посажен на кривошип силового вала и катится по внутренней цилиндрической поверхности статора.
5. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что цилиндрический ротор посажен соосно с силовым валом и оборудован по крайней мере одним кулачком.
RU2001119146A 2001-07-10 2001-07-10 Роторный двигатель внешнего сгорания (роторный двигатель стирлинга) RU2208176C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001119146A RU2208176C2 (ru) 2001-07-10 2001-07-10 Роторный двигатель внешнего сгорания (роторный двигатель стирлинга)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001119146A RU2208176C2 (ru) 2001-07-10 2001-07-10 Роторный двигатель внешнего сгорания (роторный двигатель стирлинга)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001119146A RU2001119146A (ru) 2003-04-20
RU2208176C2 true RU2208176C2 (ru) 2003-07-10

Family

ID=29209991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001119146A RU2208176C2 (ru) 2001-07-10 2001-07-10 Роторный двигатель внешнего сгорания (роторный двигатель стирлинга)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2208176C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449149C2 (ru) * 2010-07-08 2012-04-27 Сергей Иванович Потапов Двигатель внешнего сгорания потапова

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449149C2 (ru) * 2010-07-08 2012-04-27 Сергей Иванович Потапов Двигатель внешнего сгорания потапова

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7284372B2 (en) Method and apparatus for converting thermal energy to mechanical energy
US5540199A (en) Radial vane rotary engine
RU2731466C1 (ru) Роторная машина силовой установки с внешним подводом теплоты (варианты)
WO2014005229A1 (en) Temperature management in gas compression and expansion
JP2001227616A (ja) 駆動装置
US4753073A (en) Stirling cycle rotary engine
WO2001006108A1 (en) High efficiency, air bottoming engine
EP2964941B1 (en) A thermodynamic machine
CN109708335B (zh) 一种磁制冷装置
CN102947575A (zh) 外燃式闭式循环热机
US4926639A (en) Sibling cycle piston and valving method
JP2009270559A (ja) ロータリー式外燃機関
RU2208176C2 (ru) Роторный двигатель внешнего сгорания (роторный двигатель стирлинга)
US4290264A (en) Stirling cycle apparatus
US4589257A (en) Method and apparatus for extracting heat and mechanical energy from a pressured gas
US11384639B2 (en) Engine with at least one of non-sinusoidal motion and embedded pistons
US4395881A (en) Stirling engine power control
HU222919B1 (hu) Forgódugattyús gép, főleg belső égésű motor
JP2589521B2 (ja) 熱エネルギ利用装置
EP3401500A1 (en) Machine for the transformation of thermal energy into mechanical work or electrical energy
US10208599B2 (en) Heat engine with linear actuators
JP3766969B2 (ja) スターリングエンジン
JP4438070B2 (ja) エネルギー変換システム
JP2011137432A (ja) 潤滑油回路を有する外燃機関
JP2009287490A (ja) 往復流型タービンを使用するスターリングエンジン