RU2231460C1

RU2231460C1 - Locomotive with rotary vane diesel engine

Info

Publication number: RU2231460C1
Application number: RU2002126080/06A
Authority: RU
Inventors: В.С. Григорчук (RU); В.С. Григорчук
Original assignee: Григорчук Владимир Степанович
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-06-27

Abstract

FIELD: railway transport.

SUBSTANCE: diesel locomotive engine unit is made in form of rotary vane diesel engine consisting of six similar blocks. Spring-loaded rectangular hollow vanes are fitted in rotor slots. L-shaped accumulating chamber is made in rotor body between each pair of slots. Both inlet channels of said chamber are opened to side opposite to axis of rotation. Rotor shafts of each block are interconnected by clutches. Auxiliary drive gear is secured on front end of first shaft. Shafts of electric generator, fuel oil and water pumps are mechanically connected with shaft of first bock.

EFFECT: improved performance of diesel locomotive.

18 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может найти применение в качестве тепловоза.The present invention relates to the field of railway transport and may find application as a locomotive.

Известен маневровый тепловоз ТГМ-6А, содержащий раму с ходовыми тележками и подвесками, кузов, имеющий водительское и моторное отделения, дизельный двигатель, размещенный внутри моторного отделения, гидропередачу, которая соединена с дизельным двигателем, а посредством карданных валов и осевых редукторов связана с колесными парами, трехцилиндровый компрессор, который посредством гидромуфты связан с гидропередачей, холодильник, вентилятор которого через редуктор соединен с дизельным двигателем, системы: тормозную электрическую, охлаждения, смазки и запуска, песочную, механизмы управления (Г.Я. Белобаев, В.И. Бурьяница, М.К. Гавриленко и др. Маневровые тепловозы, под ред. Л.С. Назарова, М., Транспорт, 1977, с.5-30, рис..7, табл.2, 4).Known shunting locomotive TGM-6A, containing a frame with running trolleys and suspensions, a body having a driver and engine compartment, a diesel engine located inside the engine compartment, a hydraulic transmission that is connected to a diesel engine, and through cardan shafts and axial gearboxes connected with wheel pairs , a three-cylinder compressor, which is connected to the hydraulic transmission via a fluid coupling, a refrigerator, whose fan is connected to a diesel engine through a gearbox, systems: electric brake, cooling of oil, lubrication and starting, sand, control mechanisms (G.Ya. Belobaev, V.I. Buryanitsa, M.K. Gavrilenko and others. Shunting locomotives, edited by L.S. Nazarov, M., Transport, 1977, p. 5-30, Fig. 7, Tables 2, 4).

Недостатками маневрового тепловоза ТГМ-6А являются большой расход топлива, значительная вибрация при работе дизельного двигателя, большие размеры дизельного двигателя, недостаточная мощность.The disadvantages of the shunting diesel locomotive TGM-6A are high fuel consumption, significant vibration during operation of the diesel engine, large dimensions of the diesel engine, insufficient power.

Указанные недостатки обусловлены тепловыми потерями и потерями на трение в кривошипно-шатунном и газораспределительном механизмах, большим весом и инерцией подвижных частей дизельного двигателя, совершающих прямолинейное движение.These drawbacks are due to heat and friction losses in the crank and gas distribution mechanisms, the large weight and inertia of the moving parts of the diesel engine, making a rectilinear motion.

Известен также двухсекционный тепловоз ТЭ-3, каждая секция которого содержит раму с ходовыми тележками и подвесками, кузов, установленный на раме и имеющий водительское и моторное отделения, десятицилиндровый бескомпрессорный дизельный двигатель 2Д-100 с вертикальными встречно движущимися поршнями, установленный в моторном отделении и имеющий муфту сцепления, тяговый генератор, связанный с дизельным двигателем, тяговые электродвигатели, механически соединенные с колесными парами, а электрически через контролер подключенные к выходу тягового генератора, двухмашинный агрегат, содержащий возбудитель тягового генератора и генератор для зарядки аккумуляторов, механически соединенный с дизельным двигателем, трехцилиндровый двухступенчатый компрессор, механически соединенный с дизельным двигателем, системы питания, охлаждения, смазки, электрическая, пневматическая и запуска, механизмы управления (В.А. Раков. Локомотивы отечественных железных дорог 1845-1955 г.г., изд. 2. М., Транспорт, с.382-384).Also known is the TE-3 two-section diesel locomotive, each section of which contains a frame with running trolleys and suspensions, a body mounted on the frame and having a driver and engine compartment, a 2D-100 ten-cylinder diesel-free diesel engine with vertical counter-moving pistons installed in the engine compartment and having a clutch, a traction generator associated with a diesel engine, traction motors mechanically connected to the wheel pairs, and electrically connected to the traction output through a controller gas generator, a two-machine unit containing a traction generator exciter and a battery charging generator, mechanically connected to a diesel engine, a three-cylinder two-stage compressor, mechanically connected to a diesel engine, power, cooling, lubrication, electric, pneumatic and starting systems, control mechanisms (B. A. Rakov, Locomotives of Russian Railways 1845-1955, ed. 2. M., Transport, p. 382-384).

Однако секция известного тепловоза ТЭ-3, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.However, the section of the well-known diesel locomotive TE-3, as the closest in technical essence and achieved useful result, is adopted as a prototype.

Недостатки одной секции известного тепловоза ТЭ-3, принятой за прототип, те же.The disadvantages of one section of the well-known diesel locomotive TE-3, adopted as a prototype, are the same.

Указанные недостатки обусловлены недостатками поршневого дизельного двигателя.These disadvantages are due to the disadvantages of a piston diesel engine.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств тепловоза.The aim of the present invention is to improve the performance of the locomotive.

Указанная цель, согласно изобретению, обеспечивается тем, что дизельный двигатель 2Д-100 заменен роторно-лопастным дизельным двигателем, выполненным из шести одинаковых блоков, каждый из которых содержит круглый корпус с рубашкой охлаждения, внутрь которого вставлен цилиндр, внутренняя поверхность которого имеет форму правильного круга, внутрь которого вставлен ротор, отлитый заодно с валом и представляющий собой цилиндрическое тело вращения, имеющий четыре радиальных паза, выполненных под углом 90 градусов один относительно другого, в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, каждая пара которых расположена соосно друг другу на линии диаметра по разные стороны от оси вращения, причем внутрь каждого паза вставлена пустотелая прямоугольная лопасть, имеющая внутри пружину, кроме того, между каждой парой пазов в теле ротора выполнена Г-образная накопительная камера, оба входных канала которой открываются в сторону от оси вращения ротора, продольная ось которого параллельна продольной оси цилиндра и смещена вниз относительно продольной оси цилиндра так, что ротор своей боковой поверхностью контактирует с внутренней нижней поверхностью цилиндра, образуя снизу вверх направо камеру сгорания, в которую вставлена форсунка, гидравлически соединенная с выпускным патрубком одноплунжерного насоса высокого давления, камеру выпуска отработанных газов, имеющую выпускной канал, камеру впуска воздуха, имеющую впускной канал, соединенный с выпускным каналом воздухонагревателя, впускной канал которого соединен с воздушным фильтром, камеру сжатия воздуха, причем все камеры отделены друг от друга пустотелыми прямоугольными лопастями, кроме того, валы всех воздухонагнетателей соединены между собой соединительными муфтами, и передний конец вала первого воздухонагнетателя соединен с ведомым валом повышающего редуктора, ведущий вал которого кинематически соединен с валом первого блока, причем валы всех насосов высокого давления соединены между собой муфтами и передний конец первого из них соединен с ведомым валом редуктора, ведущий вал которого кинематически связан с валом первого блока, а впускной и выпускной патрубки низкого давления каждого из насосов высокого давления через топливный насос соединены с топливным баком, причем валы генератора электрического тока, топливного, масляного и водяного насосов кинематически соединены с валом первого блока, кроме того, валы роторов каждого из блоков соединены между собой муфтами и на переднем конце первого вала закреплена шестерня привода вспомогательных механизмов, а на конце вала последнего блока установлен маховик, зубчатый венец которого при запуске взаимодействует с шестерней стартера.The specified purpose, according to the invention, is ensured by the fact that the 2D-100 diesel engine is replaced by a rotary vane diesel engine made of six identical blocks, each of which contains a round casing with a cooling jacket, into which a cylinder is inserted, the inner surface of which has the shape of a regular circle inside which a rotor is inserted, cast at the same time with the shaft and representing a cylindrical body of revolution, having four radial grooves made at an angle of 90 degrees from one another, in a vuh of mutually perpendicular planes, each pair of which is located coaxially to each other on the diameter line on opposite sides of the axis of rotation, with a hollow rectangular blade inserted inside each groove having a spring inside, in addition, a L-shaped storage ring is made between each pair of grooves in the rotor body a chamber, both input channels of which open to the side from the axis of rotation of the rotor, the longitudinal axis of which is parallel to the longitudinal axis of the cylinder and offset downward relative to the longitudinal axis of the cylinder so that the rotor contacting the inner lower surface of the cylinder, forming from the bottom up to the right the combustion chamber, into which the nozzle is inserted, hydraulically connected to the exhaust pipe of the single-plunger high pressure pump, the exhaust gas chamber having an exhaust channel, an air intake chamber having an inlet channel connected to the outlet channel of the heater, the inlet channel of which is connected to the air filter, an air compression chamber, and all chambers are separated from each other by hollow rectangular With the vanes, in addition, the shafts of all the air blowers are interconnected by connecting couplings, and the front end of the shaft of the first air blower is connected to the driven shaft of the boost reducer, the drive shaft of which is kinematically connected to the shaft of the first block, and the shafts of all high pressure pumps are connected by couplings and the front the end of the first of them is connected to the driven shaft of the gearbox, the drive shaft of which is kinematically connected with the shaft of the first block, and the inlet and outlet low pressure pipes of each of high pressure nipples through the fuel pump are connected to the fuel tank, and the shafts of the electric current generator, fuel, oil and water pumps are kinematically connected to the shaft of the first block, in addition, the rotor shafts of each of the blocks are connected by couplings and a gear is fixed to the front end of the first shaft drive auxiliary mechanisms, and at the end of the shaft of the last block a flywheel is installed, the gear ring of which at startup interacts with the starter gear.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид тепловоза с роторно-лопастным дизельным двигателем, на фигуре 2 – вид на тепловоз с роторно-лопастным двигателем в разрезе, на фигуре 3 – блок-схема силовой передачи тепловоза с роторно-лопастным дизельным двигателем, на фигуре 4 – общий вид роторно-лопастного дизельного двигателя, на фигуре 5 – вид спереди на роторно-лопастной дизельный двигатель, на фигуре 6 – вид сзади на роторно-лопастной дизельный двигатель, на фигуре 7 – схема привода вспомогательных механизмов, на фигуре 8 – схема составного вала роторно-лопастного дизельного шестиблочного двигателя, на фигуре 9 – общий вид вала одного блока, на фигуре 10 – общий вид соединительной муфты вала с частичным разрезом, на фигуре 11 – вид слева на соединительную муфту вала с частичным разрезом, на фигуре 12 – схема роторно-лопастного дизельного двигателя, на фигуре 13 – схема привода воздухонагнетателей, на фигуре 14 – схема привода насосов высокого давления, на фигуре 15 – схема повышающего редуктора привода воздухонагнетателей, на фигурах 16, 17 – схема принципа действия роторно-лопастного дизельного двигателя, на фигуре 18 – диаграмма работы одного блока роторно-лопастного дизельного двигателя.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of a diesel locomotive with a rotary vane diesel engine, Figure 2 is a sectional view of a diesel locomotive with a rotary vane engine, and Figure 3 is a block diagram of a power transmission of a diesel locomotive with a rotary vane diesel engine, in figure 4 is a General view of a rotary vane diesel engine, in Figure 5 is a front view of a rotary vane diesel engine, in Figure 6 is a rear view of a rotary vane diesel engine, in figure 7 is a diagram of the auxiliary drive zmov, in figure 8 is a diagram of the composite shaft of a rotor-vane diesel six-block engine, in figure 9 is a general view of the shaft of one block, in figure 10 is a general view of the shaft coupling with a partial section, in figure 11 is a left view of the shaft coupling with in a partial section, in Fig. 12 is a diagram of a rotary vane diesel engine, in Fig. 13 is a diagram of a drive of air blowers, in Fig. 14 is a diagram of a drive of high pressure pumps, in Fig. 15 is a diagram of a step-up gear of a drive of air blowers, in Figs. 16, 17 MA of the principle of operation of a rotary vane diesel engine, figure 18 is a diagram of the operation of one unit of a rotary vane diesel engine.

Тепловоз с роторно-лопастным дизельным двигателем содержит раму 1 с ходовыми тележками 2, 3 и подвесками. На раме установлен кузов 4, имеющий водительские 5, 6 и моторное 7 отделения. В водительских отделениях установлены контролеры 8, 9. В моторном отделении размещены роторно-лопастной дизельный двигатель 10, который с одной стороны через соединительную муфту 11 механически соединен с тяговым генератором 12 и возбудителем 13, выход которого электрически связан с обмотками, возбуждения тягового генератора, а с другой стороны механически связан с компрессором 14 пневматической тормозной системы. Внутри моторного отделения также размещены вентиляторы 15, 16 принудительного охлаждения тяговых электродвигателей 17, 18, 19, 20, размещенных на ходовых тележках, и холодильник 21 для охлаждения воды и масла в роторно-лопастном дизельном двигателе, приводимый в движение электродвигателем 22, подключенным к генератору электрического тока. Снаружи на кузове размещены баллоны сжатого воздуха 23 пневматической тормозной системы, тормозные реостаты 24 и выпускная труба 25. В нижней части под рамой установлен топливный бак 26. Внутри моторного отделения также размещены шкафы с электрооборудованием 27, 28, аккумуляторные батареи 29, питающие потребителей 30 при неработающем роторно-лопастном дизельном двигателе.The diesel locomotive with a rotary vane diesel engine contains a frame 1 with running trolleys 2, 3 and suspensions. A body 4 having a driver’s 5, 6 and a motor 7 compartment is installed on the frame. In the driver’s compartments, controllers 8, 9 are installed. In the engine compartment there is a rotary-vane diesel engine 10, which, on the one hand, is mechanically connected through the coupling 11 to the traction generator 12 and the exciter 13, the output of which is electrically connected to the windings, excitation of the traction generator, and on the other hand, mechanically connected to the compressor 14 of the pneumatic brake system. Inside the engine compartment there are also fans 15, 16 for forced cooling of the traction electric motors 17, 18, 19, 20, placed on the undercarriages, and a refrigerator 21 for cooling water and oil in a rotary vane diesel engine, driven by an electric motor 22 connected to the generator electric current. Outside, on the body are cylinders of compressed air 23 of the pneumatic brake system, brake rheostats 24 and exhaust pipe 25. A fuel tank 26 is installed in the lower part under the frame. Inside the engine compartment there are also cabinets with electrical equipment 27, 28, rechargeable batteries 29 supplying consumers 30 with idle rotary vane diesel engine.

Роторно-лопастной дизельный двигатель содержит шесть одинаковых по конструкции блоков 31, 32, 33, 34, 35, 36, соединенных между собой болтами. В передней части к ним прикреплен блок привода вспомогательных механизмов 37. Каждый блок содержит корпус 38 с рубашкой охлаждения 39. Внутрь корпуса запрессован цилиндр 40, внутренняя поверхность которого выполнена в форме правильного круга. Корпус закрыт передней и задней крышками. Внутрь цилиндра вставлен ротор 41, выполненный заодно с валом 42, концы которого пропущены в отверстия крышек. Вал имеет шпоночный паз 43 для соединения друг с другом и шпоночные пазы 44, 45 для соединения с каким-либо механизмом и для крепления ведущей шестерни привода вспомогательных механизмов или маховика. Ротор, представляющий собой цилиндрическое тело вращения, имеет четыре радиальных паза 46, 47, 48, 49, расположенных под углом 90 градусов один относительно другого в двух взаимного пересекающихся плоскостях, каждая пара которых расположена соосно друг другу на линии диаметра по разные стороны от оси вращения. Внутрь пазов вставлены пустотелые прямоугольные лопасти 50, 51, 52, 53, имеющие внутри пружины 54. В теле ротора выполнены четыре Г-образные накопительные камеры 55, 56, 57, 58, оба канала каждой из которых открываются в сторону от оси вращения ротора. Каждая Г-образная накопительная камера расположена между двух пустотелых прямоугольных лопастей. Продольная ось ротора параллельна продольной оси цилиндра и смещена вниз так, что ротор своей боковой поверхностью контактирует с внутренней нижней поверхностью цилиндра, образуя снизу вверх направо камеру сгорания 59, в которую вставлена форсунка 60, которая посредством трубопровода соединена с выпускным штуцером одноплунжерного насоса высокого давления 61, камеру выпуска отработанных газов 62, имеющую выпускной канал 63, камеру впуска воздуха 64, имеющую впускной канал 65, который соединен с выпускным каналом воздухонагнетателя 66, впускной канал которого соединен с воздушным фильтром 67, камеру сжатия 68. Все упомянутые камеры отделены друг от друга пустотелыми прямоугольными лопастями. Все валы блоков соединены между собой посредством соединительных муфт 69. Все соединительные муфты одинаковы по конструкции, каждая из них содержит первую полумуфту в форме втулки 70 с внутренним шпоночным пазом 71, выполненной заодно с диском 72, имеющим сферические боковые поверхности, и вторую полумуфту в форме втулки 73 с внутренним шпоночным пазом 74, выполненной заодно со скобой 75, имеющей на внутренней поверхности сферическое углубление, в которое входит сферическая поверхность диска первой полумуфты. К скобе болтами привернута крышка 76, также имеющая она внутренней поверхности сферическое углубление, в которое входит своей второй сферической поверхностью диск первой полумуфты. Каждая соединительная муфта допускает отклонение соединяемых валов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. (О соединительной муфте см. С.Н. Кожевников и др. Механизмы. Справочное пособие, изд.4, М., Машиностроение, 1976, с.71, рис.2.42, о насосе, положенном в основу двигателя см. И.И. Артоболевский. Механизмы в современной технике, изд.2, т.6-7, М., Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1981, с.416, №3920).The rotary vane diesel engine contains six identical in design blocks 31, 32, 33, 34, 35, 36, interconnected by bolts. In front of them is attached a drive unit for auxiliary mechanisms 37. Each block contains a housing 38 with a cooling jacket 39. A cylinder 40 is pressed inside the housing, the inner surface of which is made in the form of a regular circle. The housing is closed by front and rear covers. A rotor 41 is inserted inside the cylinder, made integral with the shaft 42, the ends of which are passed into the holes of the covers. The shaft has a keyway 43 for connecting to each other and keyways 44, 45 for connecting to any mechanism and for mounting the drive gear of the auxiliary mechanisms or the flywheel. The rotor, which is a cylindrical body of revolution, has four radial grooves 46, 47, 48, 49 located at an angle of 90 degrees relative to each other in two mutually intersecting planes, each pair of which is located coaxially to each other on the diameter line on opposite sides of the axis of rotation . Hollow rectangular vanes 50, 51, 52, 53 are inserted inside the grooves, having springs 54 inside. Four L-shaped accumulation chambers 55, 56, 57, 58 are made in the rotor body, both channels of each of which open to the side from the axis of rotation of the rotor. Each L-shaped storage chamber is located between two hollow rectangular blades. The longitudinal axis of the rotor is parallel to the longitudinal axis of the cylinder and is displaced downward so that the rotor with its lateral surface contacts the inner lower surface of the cylinder, forming a combustion chamber 59 from bottom to top, into which the nozzle 60 is inserted, which is connected via a pipe to the outlet of the single-plunger high pressure pump 61 , an exhaust chamber 62 having an exhaust channel 63, an air intake chamber 64 having an inlet 65 that is connected to an exhaust channel of an air blower 66, an inlet the channel of which is connected to the air filter 67, a compression chamber 68. All of these chambers are separated from each other by hollow rectangular blades. All the shafts of the blocks are interconnected by means of couplings 69. All couplings are the same in design, each of them contains a first coupling half in the form of a sleeve 70 with an internal keyway 71 made integrally with a disk 72 having spherical lateral surfaces, and a second coupling half in the form sleeves 73 with an internal keyway 74 made integrally with a bracket 75 having a spherical recess on the inner surface, into which the spherical surface of the disk of the first coupling half enters. A cap 76 is bolted to the bracket with a spherical recess, also having an inner surface, into which a disk of the first coupling half enters with its second spherical surface. Each coupling allows the deflection of the connected shafts in the vertical and horizontal planes. (For the coupling, see S. N. Kozhevnikov et al. Mechanisms. Reference manual, ed. 4, M., Mechanical Engineering, 1976, p. 71, Fig. 2.42; for the pump underlying the engine, see I.I. Artobolevsky, Mechanisms in Modern Technology, Vol. 2, vol. 6-7, M., Science, Main Edition of Physics and Mathematics, 1981, p. 416, No. 3920).

На конце вала первого блока установлена коническая шестерня 77, входящая в зацепление с коническими шестернями 78, 79, 80, 81, установленными на валах 82, 83, 84, 85, на втором конце первого из них установлена коническая шестерня 86, входящая в зацепление с конической шестерней 87, закрепленной на валу редуктора 88 насосов высокого давления. На втором конце второго вала установлена коническая шестерня 89, входящая в зацепление с конической шестерней 90 повышающего редуктора 91 воздухонагнетателей. На втором конце третьего вала установлена коническая шестерня 92, входящая в зацепление с конической шестерней 93, закрепленной на валу генератора электрического тока 94, выход которого электрически связан с аккумуляторными батареями и другими потребителями. Четвертый вал кинематически связан с валами водяного 95, масляного 96 и топливного 97 насосов. Вал шестого блока развернут на 180 градусов в горизонтальной плоскости и на его конце установлен маховик 98, зубчатый венец которого при запуске взаимодействует с шестерней, установленной на валу стартера 99. Выпускные каналы каждого блока соединены с выпускным коллектором 100, а он через глушитель 101 связан с выпускной трубой. Каждый из валов одноплунжерных насосов высокого давления 102 имеет четырехгранный кулачок 103, и они посредством муфт 104 соединены между собой и связаны с редуктором, передаточное отношение которого 1:1. Посредством трубопроводов 105, 106 и топливного насоса насосы высокого давления соединены с топливным баком. Валы управления подачей топлива 107 насосов высокого давления соединены между собой муфтами 108 и кинематически связаны с системой управления роторно-лопастного дизельного двигателя (не показано). Система питания имеет устройство опережения подачи топлива в камеры сгорания, не показанное на чертежах. Все воздухонагнетатели одинаковы по конструкции и каждый из них содержит корпус 109, две крыльчатки 110, 111, закрепленные на валах, имеющих шестерни, входящие друг с другом в зацепление (не показано). Один из валов является приводным. Приводные валы всех воздухонагнетателей соединены между собой муфтами 112, а первый из них также посредством муфты соединен с выходным валом повышающего редуктора. Повышающий редуктор содержит корпус 113, закрытый крышкой 114, внутри которого на подшипниках установлены вертикальный вал с закрепленной на нем шестерней, входящей в зацепление с малой шестерней первого промежуточного вала 115, имеющего большую шестерню 116, входящую в зацепление с малой шестерней 117 второго промежуточного вала 118, большая шестерня 119 которого входят в зацепление с малой шестерней 120 ведомого вала 121. На фигуре 18 цифрами обозначено: рабочий ход 122, выпуск отработанных газов 123, впуск воздуха 124, окончательная очистка цилиндра и Г-образной накопительной камеры от отработанных газов (одновременное открытие впускного и выпускного каналов) 125, сжатие воздуха 126, переход сжатого воздуха из камеры сжатия в Г-образную накопительную камеру 127, перенос сжатого воздуха в камеру сгорания 128, выпуск сжатого воздуха из Г-образной накопительной камеры в камеру сгорания 129, впуск горючего в камеру сгорания 130.A bevel gear 77 is installed at the end of the shaft of the first block, which engages with bevel gears 78, 79, 80, 81 mounted on the shafts 82, 83, 84, 85, and a bevel gear 86 is engaged at the second end of the first of them, which engages with bevel gear 87, mounted on the shaft of the gearbox 88 of the high pressure pumps. A bevel gear 89 is installed at the second end of the second shaft, which engages with the bevel gear 90 of the boost gear 91 of the air blowers. At the second end of the third shaft, a bevel gear 92 is installed, which engages with a bevel gear 93, mounted on the shaft of an electric current generator 94, the output of which is electrically connected to batteries and other consumers. The fourth shaft is kinematically connected with the shafts of the water 95, oil 96 and fuel 97 pumps. The shaft of the sixth block is rotated 180 degrees in the horizontal plane and a flywheel 98 is installed at its end, the gear ring of which, when starting, interacts with the gear installed on the starter shaft 99. The exhaust channels of each block are connected to the exhaust manifold 100, and it is connected to the exhaust muffler 101 exhaust pipe. Each of the shafts of single-plunger high pressure pumps 102 has a four-sided cam 103, and they are connected by means of couplings 104 and connected to a gearbox, the gear ratio of which is 1: 1. Through pipelines 105, 106 and a fuel pump, high pressure pumps are connected to the fuel tank. The fuel control shafts 107 of the high pressure pumps are interconnected by couplings 108 and kinematically connected to the control system of a rotary vane diesel engine (not shown). The power system has a device for advancing the supply of fuel to the combustion chamber, not shown in the drawings. All air blowers are identical in design and each of them contains a housing 109, two impellers 110, 111, mounted on shafts having gears that engage with each other (not shown). One of the shafts is driven. The drive shafts of all air blowers are interconnected by clutches 112, and the first of them is also connected by means of a clutch to the output shaft of the boost reducer. The step-up gearbox comprises a housing 113 closed by a cover 114, inside of which a vertical shaft is mounted on bearings with a gear fixed therein, which engages with the small gear of the first intermediate shaft 115, which has a large gear 116, which engages with the small gear 117 of the second intermediate shaft 118 , the large gear 119 which engages with the small gear 120 of the driven shaft 121. In figure 18, the numbers indicate: stroke 122, exhaust gas 123, air inlet 124, final cleaning of the cylinder and of a different storage chamber from exhaust gases (simultaneous opening of the inlet and outlet channels) 125, air compression 126, the passage of compressed air from the compression chamber to the L-shaped storage chamber 127, the transfer of compressed air to the combustion chamber 128, the release of compressed air from the L-shaped storage chamber into the combustion chamber 129, a fuel inlet into the combustion chamber 130.

Работа тепловоза с роторно-лопастным дизельным двигателем.The work of a diesel locomotive with a rotary vane diesel engine.

После проверки исправности всех систем тепловоза производится запуск роторно-лопастного дизельного двигателя 10. Для этого нажатием кнопки, не показанной на чертежах, стартер 99 включается в цепь аккумуляторных батарей 29 и шестерня стартера начинает вращать маховик 98 и вместе с ним валы 42 всех шести блоков 31, 32, 33, 34, 35, 36. Как только роторно-лопастной дизельный двигатель заработает, стартер 99 отключается. После прогрева роторно-лопастного дизельного двигателя до рабочих температур тепловоз готов к движению. Включается соединительная муфта 11 и вал тягового генератора 12 приходит в движение. Переводом ручки контролера 8 или 9 в первое положение тяговые электродвигатели 17, 18, 19, 20 включаются в цепь тягового генератора 12, колеса ходовых тележек 2, 3 начинают вращаться, и тепловоз приходит в движение. При этом все блоки роторно-лопастного дизельного двигателя работают одинаково. Работа одного блока происходит по циклу четырехтактного дизельного двигателя следующим образом. Воздух из атмосферы через воздушный фильтр 67 воздухонагнетателем 66 нагнетается под давлением через впускной канал 65 во впускную камеру 64 и проходит через выпускной канал 63, очищая цилиндр 40 и Г-образную накопительную камеру 58 от отработанных газов (фиг.16). На диаграмме, представленной на фигуре 18, такт впуска воздуха происходит за время поворота вала 42 от 305 до 35 градусов. После того, как пустотелая прямоугольная лопасть 53 закроет выпускной канал 63 (фиг.17), а затем впускной канал 65 и займет положение пустотелой прямоугольной лопасти 50 (фиг.16), тогда начнется такт сжатия воздуха в камере сжатия 68, который осуществляется за время поворота вала 42 от 35 до 155 градусов. При этом от 105 до 155 градусов поворота вала 42 одновременно со сжатием воздуха происходит его перемещение в Г-образную накопительную камеру 58, в которую он полностью переместится в конце такта сжатия, а пустотелая прямоугольная лопасть 53 полностью будет утоплена в радиальном пазу 49. Так, как это сделала пустотелая прямоугольная лопасть 52 на фигуре 12. На фигуре 16 видно, что такт сжатия начинает прямоугольная лопасть 50, которая одновременно перемещает его в Г-образную накопительную камеру 55, а заканчивает такт сжатия пустотелая прямоугольная лопасть 51, которая уже переместила почти весь сжатый воздух в Г-образную накопительную камеру 56. После этого за время поворота вала 42 от 155 до 210 градусов происходит перенос сжатого воздуха в камеру сгорания 59. При дальнейшем повороте вала 42 от 210 до 220 градусов открывается один из каналов Г-образной накопительной камеры 58, и нагретый сжатый воздух из нее станет поступать в камеру сгорания 59. При дальнейшем повороте вала 42 до 235 градусов происходит впрыск топлива форсункой 60 в камеру сгорания 59. От высокой температуры топливо воспламеняется и образовавшиеся газы давят на пустотелую прямоугольную лопасть 50, которая заставляет вал 42 поворачиваться. На фигурах 12 и 16 видно, что сжимает воздух одна пустотелая прямоугольная лопасть, а рабочий ход совершает впереди стоящая пустотелая прямоугольная лопасть. Когда пустотелая прямоугольная лопасть 53 займет положение, показанное на фигуре 12, сжатый воздух из Г-образной накопительной камеры 57 поступит в камеру сгорания 59, произойдет впрыск и воспламенение топлива, и пустотелая прямоугольная лопасть 53 станет совершать рабочий ход и одновременно удалять отработанные газы от предыдущего рабочего хода. Как только она займет положение, показанное на фигуре 16, все начнется сначала. Рабочий ход совершается за время поворота вала 42 от 235 до 325 градусов. За один оборот вала 42 каждая из пустотелых прямоугольных лопастей 50, 51, 52, 53 совершает рабочий ход, выпуск отработанных газов, впуск воздуха и сжатие воздуха. Следовательно, в одном блоке за один оборот вала совершается четыре рабочих хода, четыре выпуска отработанных газов, четыре впуска воздуха и четыре сжатия воздуха, в шести блоках роторно-лопастного дизельного двигателя за один оборот будет происходить двадцать четыре рабочих хода, двадцать четыре выпуска отработанных газов, двадцать четыре впуска воздуха и двадцать четыре сжатия воздуха, что ведет к резкому увеличению мощности. В то же время за один оборот вала дизельного двигателя 2Д-100, установленного на тепловозе, который принят за прототип, совершается три рабочих хода, три выпуска отработанных газов, три впуска воздуха и три сжатия воздуха. При работе роторно-лопастного дизельного двигателя 10 маховик 98 накапливает энергию вращения и делает это вращение более плавным. Шестерня 77 через шестерни 78, 79, 80, 81, 86, 89, 92 и валы 82, 83, 84, 85 приводит в движение насосы высокого давления 61, воздухонагнетатели, частота вращения которых повышается повышающим редуктором 91, масляный 96, водяной 95 и топливный 97 насосы, генератор электрического тока 94, питающий электродвигатель холодильника 22 и подзаряжающий аккумуляторные батареи 29. При увеличении или уменьшении частоты вращения вала 42 механизм опережения подачи топлива в камеру сгорания производит впрыск раньше или позже. Все остальные системы тепловоза с роторно-лопастным дизельным двигателем работают, как на обычном тепловозе. После прибытия в депо тепловоз устанавливается на стоянку, а роторно-лопастной дизельный двигатель, частота вращения вала которого изменяется путем изменения количества подаваемого топлива в цилиндр, останавливается прекращением подачи топлива и воздуха.After checking the serviceability of all diesel locomotive systems, the rotary-vane diesel engine 10 is started. To do this, by pressing a button not shown in the drawings, the starter 99 is connected to the battery circuit 29 and the starter gear starts to rotate the flywheel 98 and with it the shafts 42 of all six blocks 31 , 32, 33, 34, 35, 36. As soon as the rotary vane diesel engine is running, starter 99 is turned off. After warming up the rotary vane diesel engine to operating temperatures, the diesel locomotive is ready for movement. The coupling 11 is turned on and the shaft of the traction generator 12 is set in motion. By transferring the handle of the controller 8 or 9 to the first position, the traction motors 17, 18, 19, 20 are included in the chain of the traction generator 12, the wheels of the running trolleys 2, 3 begin to rotate, and the locomotive comes into motion. In this case, all blocks of a rotary vane diesel engine work the same way. The operation of one unit occurs on a four-cycle diesel engine cycle as follows. Air from the atmosphere through the air filter 67 by the air blower 66 is pumped under pressure through the inlet channel 65 to the inlet chamber 64 and passes through the exhaust channel 63, cleaning the cylinder 40 and the L-shaped accumulation chamber 58 from the exhaust gases (Fig. 16). In the diagram presented in figure 18, the air intake stroke occurs during the rotation of the shaft 42 from 305 to 35 degrees. After the hollow rectangular blade 53 closes the exhaust channel 63 (Fig. 17), and then the inlet channel 65 and takes the position of the hollow rectangular blade 50 (Fig. 16), then the compression stroke of the air in the compression chamber 68 begins, which takes place over time rotation of the shaft 42 from 35 to 155 degrees. In this case, from 105 to 155 degrees of rotation of the shaft 42, simultaneously with the compression of air, it moves to the L-shaped storage chamber 58, into which it will completely move at the end of the compression stroke, and the hollow rectangular blade 53 will be completely recessed in the radial groove 49. So, as the hollow rectangular vane 52 in FIG. 12 did. FIG. 16 shows that the compression cycle begins with the rectangular vane 50, which simultaneously moves it to the L-shaped storage chamber 55, and ends the compression cycle with the hollow rectangular l fall 51, which has already moved almost all the compressed air to the L-shaped storage chamber 56. After that, during the rotation of the shaft 42 from 155 to 210 degrees, the compressed air is transferred to the combustion chamber 59. With a further rotation of the shaft 42 from 210 to 220 degrees, it opens one of the channels of the L-shaped accumulation chamber 58, and heated compressed air from it will enter the combustion chamber 59. With a further rotation of the shaft 42 to 235 degrees, fuel is injected by the nozzle 60 into the combustion chamber 59. From high temperature, the fuel ignites and the evolving gases press on the hollow rectangular blade 50, which causes the shaft 42 to rotate. In figures 12 and 16 it can be seen that one hollow rectangular blade compresses the air, and a standing hollow rectangular blade ahead makes a working stroke. When the hollow rectangular vane 53 occupies the position shown in FIG. 12, the compressed air from the L-shaped accumulation chamber 57 enters the combustion chamber 59, fuel injection and ignition occur, and the hollow rectangular vane 53 begins to move and simultaneously remove the exhaust gases from the previous working stroke. As soon as she takes the position shown in figure 16, everything will start all over again. A working stroke is made during the rotation of the shaft 42 from 235 to 325 degrees. For one revolution of the shaft 42, each of the hollow rectangular vanes 50, 51, 52, 53 makes a stroke, exhaust gas, air inlet and air compression. Consequently, in one block, four working strokes, four exhaust gas releases, four air inlets and four air compressions are performed in one shaft revolution, twenty-four working strokes, twenty-four exhaust emissions will occur in six rotary vane diesel engine blocks per revolution , twenty-four air inlets and twenty-four air compressions, leading to a sharp increase in power. At the same time, for one revolution of the shaft of a 2D-100 diesel engine mounted on a diesel locomotive, which is adopted as a prototype, three working strokes, three exhaust gas releases, three air inlets and three air compressions are performed. When the rotary vane diesel engine 10 is operating, the flywheel 98 accumulates rotation energy and makes this rotation smoother. Gear 77 through gears 78, 79, 80, 81, 86, 89, 92 and shafts 82, 83, 84, 85 drives high-pressure pumps 61, air blowers, the speed of which is increased by a gearbox 91, oil 96, water 95 and fuel 97 pumps, electric current generator 94, supplying the electric motor of the refrigerator 22 and recharging the batteries 29. When the rotation speed of the shaft 42 is increased or decreased, the advance mechanism of the fuel supply to the combustion chamber injects sooner or later. All other diesel locomotive systems with a rotary vane diesel engine work like a conventional diesel locomotive. After arriving at the depot, the locomotive is parked, and the rotary vane diesel engine, the shaft speed of which changes by changing the amount of fuel supplied to the cylinder, is stopped by stopping the supply of fuel and air.

Положительный эффект: уменьшение габаритов, веса и вибрации двигателя, повышение кпд двигателя, увеличение мощности тепловоза и межремонтного пробега, возможность вождения составов с более высокой скоростью удешевление стоимости тепловоза, может преодолевать более крутые подъемы.Positive effect: reducing the size, weight and vibration of the engine, increasing engine efficiency, increasing the power of the diesel locomotive and the overhaul mileage, the ability to drive trains with a higher speed and cheapening the cost of the diesel locomotive, can overcome steeper climbs.

Claims

A diesel locomotive with a rotary vane diesel engine, comprising a frame with running trolleys and suspensions, a body mounted on the frame and having driver and engine compartments, a power unit located in the engine compartment, a traction generator mechanically coupled to the power unit, traction motors mounted on running trolleys and electrically connected to the traction generator, exciter, compressor, refrigerator, forced cooling fans of traction motors, control mechanisms that distinguish The fact that the power plant is made in the form of a rotary vane diesel engine made of six identical blocks, each of which contains a round casing with a cooling jacket, inside which a cylinder is inserted, the inner surface of which has the shape of a regular circle, inside of which a cast rotor is inserted integral with the shaft and representing a cylindrical body of revolution, having four radial grooves made at an angle of 90 ° one relative to the other, in two mutually perpendicular planes, each pair which is located coaxially to each other on a diameter line on opposite sides of the axis of rotation, with a hollow rectangular blade inserted inside each groove having a spring inside, in addition, a L-shaped storage chamber is made between each pair of grooves in the rotor body, both of which input channels open away from the axis of rotation of the rotor, the longitudinal axis of which is parallel to the longitudinal axis of the cylinder and is shifted down relative to the longitudinal axis of the cylinder so that the rotor with its lateral surface is in contact with the inner lower the surface of the cylinder, forming from the bottom up to the right the combustion chamber, into which the nozzle is inserted, hydraulically connected to the exhaust pipe of the single-plunger high pressure pump, the exhaust gas chamber having an exhaust channel, an air intake chamber having an inlet channel connected to the exhaust channel of the air blower, an inlet channel which is connected to the air filter, an air compression chamber, and all the chambers are separated from each other by hollow rectangular blades, in addition, the shafts of all Ateliers are interconnected by couplings, and the front end of the shaft of the first air blower is connected to the driven shaft of the boost reducer, the drive shaft of which is kinematically connected to the shaft of the first unit, the shafts of all high pressure pumps are connected by couplings and the front end of the first of them is connected to the driven shaft a gearbox, the drive shaft of which is kinematically connected with the shaft of the first block, and the inlet and outlet low pressure pipes of each of the high pressure pumps through the fuel pump They are connected with the fuel tank, and the shafts of the electric current generator, fuel, oil and water pumps are kinematically connected to the shaft of the first block, in addition, the rotor shafts of each of the blocks are interconnected by couplings and an auxiliary gear drive gear is fixed on the front end of the first shaft, and a flywheel is installed at the end of the shaft of the last block, the gear ring of which, when starting, interacts with the starter gear.