RU2339825C1 - Способ охлаждения роторно-реактивного двигателя внутреннего сгорания - Google Patents
Способ охлаждения роторно-реактивного двигателя внутреннего сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339825C1 RU2339825C1 RU2007115018/06A RU2007115018A RU2339825C1 RU 2339825 C1 RU2339825 C1 RU 2339825C1 RU 2007115018/06 A RU2007115018/06 A RU 2007115018/06A RU 2007115018 A RU2007115018 A RU 2007115018A RU 2339825 C1 RU2339825 C1 RU 2339825C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- engine
- coolant
- cooling
- internal combustion
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Способ охлаждения элементов роторно-реактивного двигателя внутреннего сгорания основан на использовании охлаждающей жидкости. Охлаждающую жидкость подают в рабочий объем двигателя на конструктивные элементы ротора и на их поверхностях испаряют ее, а полученный пар смешивают с потоком газов, подаваемых через впускное отверстие. Использование изобретения позволит повысить КПД. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области создания роторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а более конкретно к способу охлаждения рабочих элементов его конструкции.
При работе ДВС детали камер сгорания (КС) подвергаются значительным термическим нагрузкам, так как температура сгорания рабочей смеси достигает 2000°С и более. Для обеспечения нормальной работоспособности ЛВС их необходимо охлаждать. В роторном двигателе интенсивность теплового потока значительно выше, так как процесс горения рабочей смеси практически непрерывен. Поэтому вопрос о теплозащищенности деталей двигателя, а особенно деталей (элементов) ротора представляет собой первостепенную задачу.
В настоящее время для охлаждения ДВС используются в основном два способа:
1. Двигатель с наружной поверхности охлаждают набегающим потоком воздуха. Этот способ применяют для охлаждения маломощных и малогабаритных двигателей: мотоциклы, авиационные модели и др.
2. Значительно шире используют водяное охлаждение. Воду (или на ее основе специальные охлаждающие жидкости-антифризы) принудительно прокачивают по каналам, выполненным в толще стенки корпуса двигателя, и при этом за счет теплоемкости воды снимают часть тепла с корпуса, охлаждая его. Для повторного использования воду пропускают через радиатор, охлаждаемый потоком воздуха, где излишки тепла передают окружающей среде (воздуху). Эти способы, несмотря на их широкое применение в повседневной практике, мало эффективны, так как основаны на эффекте теплоемкости жидкости (у воздуха теплоемкость еще меньше) при ее нагреве в узком диапазоне температур, в основном от 50° до 100°С.
Необходимо отметить, что в охлаждении ЛВС участвует также и моторное масло, которое при работе двигателя также нагревается. В двигателях небольшой мощности для охлаждения моторного масла применяют накопительную емкость (картер), в которой создают условия для отвода тепла от масла в окружающую среду. В двигателях большей мощности используются масляные радиаторы.
В роторно-реактивном двигателе (РРД) (патент РФ №2291973) использовать в полной мере водяное охлаждение (воздушное тем более) в силу его конструктивных особенностей весьма затруднительно. Если охлаждение корпуса с помощью охлаждающей жидкости не вызывает никаких принципиальных вопросов, то охлаждение лопаток - самых теплонапряженных элементов ротора - вышеописанным способом имеет проблематичный характер по двум причинам:
1. Охлаждающую жидкость необходимо подводить к каналам в лопатках через вал ротора, вращающегося с большим числом оборотов (предположительно 10000 об/мин и более). Поэтому требуется надежная конструкция узлов уплотнения.
2. Охлаждающая жидкость в каналах лопаток будет находиться в поле действия значительных центробежных нагрузок, препятствующих прокачиванию жидкости по этим каналам. В результате потребуется более мощный водяной насос, а это еще больше ужесточает требования к узлам уплотнения.
В последнее время для уменьшения теплопотока в детали КС при сгорании рабочей смеси интенсивно разрабатывают следующий способ: в цилиндры двигателя нагнетают избыточное количество воздуха, то есть ДВС работает на обедненной рабочей смеси (превышение воздуха относительно стехиометрического числа - в два и более раз; журнал «Вокруг света» №3(2762), стр.154). В результате при сгорании рабочей смеси фактически нагревают избыточное количество воздуха и поэтому продукты горения имеют более низкую температуру, а следовательно, и более низкую термическую нагрузку на детали КС. Для реализации этого способа в обедненную рабочую смесь перед ее зажиганием впрыскивают в КС небольшую порцию горючего такими образом, что она создает турбулентный поток вокруг свечи. Концентрация горючего в районе свечи повышается, что и способствует устойчивому процессу зажигания рабочей смеси. Реализация этого способа в РРД весьма затруднительна, так как в отличие от ДВС рабочая смесь постоянно находится в движении, и поэтому создать зону с повышенной концентрацией горючего в районе свечи не представляется возможным.
Известен так же способ охлаждения продуктов горения рабочей смеси с использованием эффекта поглощения тепла при парообразовании (Г.Н.Алексеев, Общая теплотехника, Москва, Высшая школа,1980 г., стр.353). Действительно, для нагрева 1 г воды с 50° до 100°С требуется 50 кал. тепловой энергии, в то время как для испарения того же количества воды при нормальных условиях требуется уже 540 кал., то есть на порядок больше. В приведенном способе в КС воду вводят в периферийную зону пламени горения рабочей смеси, испаряют ее, перемешивая с продуктами горения, а затем охлажденную таким образом смесь паров воды и продуктов горения (парогаз) подают на исполнительный механизм-турбину или поршневую расширительную машину. Однако и этот способ применить для охлаждения ротора РРД затруднительно в основном из-за проблем, связанных с поджиганием и горением рабочей смеси.
Вышеописанный способ, как наиболее близкий к предлагаемому изобретению, принят в качестве прототипа.
Изобретение относится к области создания роторных ДВС.
Технической задачей изобретения является разработка способа охлаждения наиболее теплонапряженных деталей РРД, позволяющего преодолеть недостатки прототипа.
Задача решается путем подачи охлаждающей жидкости в рабочий объем двигателя на конструктивные элементы ротора (лопатки). На фиг.1 показана конструкция двигателя и пример одной из возможных реализаций данного изобретения. Позиции 1 соответствует корпус двигателя, 2 - свеча зажигания, 3, 6, 10 - лопатки ротора 4, 5 - выпускное отверстие, 9 - впускное отверстие, 7 - форсунка. При работе двигателя в секторе между выпускным и впускным отверстиями с помощью форсунки 7 создают туманно-капельную среду 8 из охлаждающей жидкости, с помощью которой, превращая ее в перегретые пар, охлаждают элементы ротора. Перегретый пар вращением ротора подают к входному отверстию 9 и дальше перемешивают его с подаваемым потоком газов (рабочей смесью). Полученную таким образом смесь газов будет достаточно нагрета, а содержащаяся в ней вода находится в состоянии перегретого пара, то есть ее теплоемкость значительно ниже жидко-капельного состояния, при котором вода используется в прототипе. Это позволяет существенно облегчить процесс воспламенения и горения рабочей смеси.
Естественно возникает вопрос, какой должен быть расход охлаждающей жидкости?
Проведем оценку этого расхода. Так как РРД еще не создан и нет никаких его реальных технических характеристик, то расчет, естественно, будет основываться на серии допущений.
Примем, что в РРД - количество тепла, уносимое с уходящими газами, такое же как в карбюраторных ДВС, и составляет 40%, а полезно используемая тепловая энергия (КПД) как у хорошего дизельного ДВС - 35% (Г.Н.Алексеев, Общая теплотехника, Москва, Высшая школа, 1980 г., стр.479). Остающиеся 20% приходятся на нагрев КС. Примем также, что ротор имеет 6 лопаток, то есть в сечении каждая КС представляет собой равносторонний треугольник. В этом случае на долю корпуса придется 1/3 теплового потока, а на ротор - 2/3 или 13%. Теплота сгорания бензина равна 4,4 Дж/кг или 10500 кал./г. При сгорании 1 г бензина ротор должен воспринимать 18370 кал. тепла. Принимая во внимание, что теплоемкость пара равна 0,5 кал./град.г., а материал лопаток может нормально работать при температуре 700°С, необходимое количество охлаждающей жидкости будет порядка 1 г. Таким образом, сугубо приближенный оценочный расчет показывает, что для охлаждения лопаток ротора необходимо затратить количество охлаждающей жидкости соизмеримое с количеством используемого горючего.
Необходимо так же отметить, что снимая с лопаток ротора излишек тепла и превращаясь в пар, охлаждающая жидкость становится рабочим телом, участвующим наряду с газами горения рабочей смеси в выработке механической энергии. То есть снятое с лопаток тепло не расходуется бесполезно, нагревая атмосферу, как в существующих способах, а повторно используется. Естественно, при этом увеличивается КПД двигателя и экономится горючее. Кроме того, в РРД пары охлаждающей жидкости, попадая в камеру сгорания, способствуют повышению температуры рабочей смеси и тем самым улучшают процесс ее горения. В РРД со стационарной камерой сгорания непрерывного действия пары охлаждающей жидкости снижают температуру горючих газов, улучшая тепловой баланс двигателя, но при этом давление и энтальпия газов возрастает за счет массы паров охлаждающей жидкости. И как это было отмечено выше, все это приводит к увеличению КПД двигателя. По предварительным оценкам увеличение КПД составляет 2-3%, что и не так мало, если учесть уровень КПД существующих в настоящее время ДВС.
Необходимо отметить также, что охлаждающая жидкость наряду со своей непосредственной функцией - охлаждение деталей двигателя - может одновременно выступать и в качестве смазки поверхностей скольжения. А это и упрощение конструкции узлов уплотнения и экономия масла, а в конечном итоге улучшение технико-экономических показателей двигателя.
По нашему мнению, принципиальных трудностей в технической реализации данного предложения нет. Вполне возможно установить на АВТО дополнительный бак для охлаждающей жидкости. Конечно, это и дополнительный вес и уменьшение полезного объема АВТО и дополнительный расход средств на приобретение охлаждающей жидкости. Но учитывая положительный эффект от внедрения РРД в повседневную практику и небольшую стоимость, например, дистиллированной воды по сравнению с бензином и моторным маслом, предложенный способ найдет самое широкое применение в конструкциях ДВС будущего.
Claims (1)
- Способ охлаждения элементов роторно-реактивного двигателя внутреннего сгорания, основанный на использовании охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что охлаждающую жидкость подают в рабочий объем двигателя на конструктивные элементы ротора и на их поверхностях испаряют ее, а полученный пар смешивают с потоком газов, подаваемых через впускное отверстие.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007115018/06A RU2339825C1 (ru) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Способ охлаждения роторно-реактивного двигателя внутреннего сгорания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007115018/06A RU2339825C1 (ru) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Способ охлаждения роторно-реактивного двигателя внутреннего сгорания |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2339825C1 true RU2339825C1 (ru) | 2008-11-27 |
Family
ID=40193230
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007115018/06A RU2339825C1 (ru) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Способ охлаждения роторно-реактивного двигателя внутреннего сгорания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2339825C1 (ru) |
-
2007
- 2007-04-23 RU RU2007115018/06A patent/RU2339825C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8156902B2 (en) | Gas-steam engine | |
JP5933698B2 (ja) | ハイブリッド内燃機関(その他の同様のデバイス) | |
KR20030037229A (ko) | 왕복동 내연 기관의 운전 방법 및 그 시스템 | |
JP5567032B2 (ja) | 移動可能な回転体を有するロータリーベーンエンジン及びエンジンシステム | |
RU2324060C1 (ru) | Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с двумя поршнями привода компрессора | |
JP3136698U (ja) | ロータリー内燃機関 | |
Zhu et al. | Thermodynamic and experimental researches on matching strategies of the pre-turbine steam injection and the Miller cycle applied on a turbocharged diesel engine | |
RU2339825C1 (ru) | Способ охлаждения роторно-реактивного двигателя внутреннего сгорания | |
KR101206023B1 (ko) | 선박 엔진용 희박 연소시스템 및 희박 연소방법 | |
CN201092883Y (zh) | 旋板式内燃机 | |
US3312204A (en) | Internal combustion process and apparatus permitting the use of faster burning fuelsthan are normally used in high-compression automotive gasoline engines | |
RU2324830C1 (ru) | Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с одним поршнем привода компрессора | |
Rehman et al. | Influence of coolant temperature on the performance of a four stroke spark ignition engine employing a dual circuit cooling system | |
JP2004530828A5 (ru) | ||
RU2566577C1 (ru) | Система тепло- и электроснабжения автомобиля | |
JP2008115723A (ja) | 往復動型内燃機関 | |
JP5518055B2 (ja) | 内燃機関を制動する方法 | |
JP2008115722A (ja) | 往復動型内燃機関 | |
CN213540521U (zh) | 一种柴油发动机润滑散热结构 | |
AU2013201827A1 (en) | Rotary combustion engine | |
RU2583493C1 (ru) | Способ работы парогазового турбинного двигателя и двигатель | |
RU2296233C1 (ru) | Способ работы двигателя внутреннего сгорания с охлаждением сжиженным газом | |
CN203640835U (zh) | 一种具有冷凝装置的发动机 | |
RU2268376C2 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания | |
CN203640831U (zh) | 具有冷凝装置的发动机 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100424 |