Eng Ru
Отправить письмо

Роторно-волновой двигатель. Роторно волновой двигатель

$direct1

Роторно-волновой двигатель

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а также может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении. Технический результат заключается в возможности повышения мощности и снижения габаритов двигателя. Согласно изобретению роторно-волновой двигатель содержит ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии и установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе. Корпус включает впускное и выпускное окно, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками. Корпус выполнен цилиндрическим, и в нем установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице. Согласно одному из вариантов выполнения изобретения двигатель может быть выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами. Согласно другому варианту выполнения двигатель может быть выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а также может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении.

Известны бесшатунные двигатели внутреннего сгорания, например, роторный двигатель (патент России №2084659), который содержит корпус с полостью цилиндрической формы и ротор цилиндрической формы. Однако эти двигатели не нашли широкого применения.

Наиболее близким аналогом является роторно-волновой двигатель внутреннего сгорания (патент России №2155272) - объемная прямоточная машина, в которой установленный с минимальным зазором ротор совершает угловые колебания, образуя волны, перекатывающиеся по поверхности корпуса в компрессорном и расширительном отсеках. Однако известный двигатель из-за конической формы корпуса и ротора имеет потери мощности в виде ее осевой составляющей. Наличие узла равных угловых скоростей вносит дополнительные потери мощности. Конические пространства требуют повышенных габаритов. Ограничения угловых параметров снижают возможности двигателя.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Согласно изобретению роторно-волновой двигатель содержит ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии, установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе, включающем впускное и выпускное окна, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками. Корпус выполнен цилиндрическим, и в нем установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице.

Согласно одному из вариантов выполнения изобретения двигатель может быть выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами.

Согласно другому варианту выполнения двигатель может быть выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен роторно-волновой двигатель в разрезе; на фиг.2 - разрез А-А и Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - разрез двигателя в модульном исполнении; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1 двигателя с радиально смещенными модулями; на фиг.5 показано взаимное положение двух эксцентрично размещенных спиралей.

Обозначения на чертежах

1. Корпус.

2. Секция корпуса.

3. Спиралеобразная полость.

4. Спиралеобразный нагнетатель.

5. Диск ротора.

6. Ротор.

7. Вал с кривошипом.

8. Механизм вращения.

9. Впускное окно.

10. Выпускное окно.

11. Камера сгорания.

12. Промежуточная камера.

L - Осевые параметры.

V - Активные области.

Т - точки касания спиралей.

В цилиндрическом корпусе 1 установлены секции 2, в которых выполнены сквозные спиралеобразные полости 3. В спиралеобразных полостях 3 эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели 4, соединенные с двух сторон жестко с дисками 5, установленными на роторе 6. Нагнетатели 4 своими спиральными поверхностями контактируют со спиральными поверхностями полостей 3 в точках Т (Т1, Т2, Т3), образуя совместно с дисками 5 замкнутые активные рабочие области V (V1, V2, V3, V4). Ротор 6 вращается на кривошипе вала 7 отбора мощности, а щеки дисков 5 проскальзывают по щекам секций 2. Ротор 6 снабжен механизмом вращения 8 с передаточным отношением относительно корпуса, равным единице. Механизм вращения 8 включает колесо, закрепленное на корпусе 1, колесо, закрепленное на роторе 6, и связывающий их блок колес, вращающийся на поводке вала 7 отбора мощности. В секциях 2 выполнены впускное 9 и выпускное 10 окна. Камера сгорания 11 встроена в центральный диск 5 и соединяет спиралеобразные полости 3 компрессорного и расширительного отсеков. Направление спиральных поверхностей в компрессорном и расширительном отсеках противоположно.

Спиралеобразные полости 3 компрессорного отсека, как и спиралеобразные полости 3 расширительного отсека, в модульном исполнении соединены промежуточными каналами 12. Осевые параметры L (L1, L2, L3), как и радиальные параметры R, модулей могут уменьшаться в сторону камеры сгорания 11.

С целью повышения надежности в секциях 2 выполнено с радиальным смещением относительно оси вала 7 несколько спиралеобразных полостей 3, в которых размещены спиралеобразные нагнетатели 4, смещенные относительно оси кривошипа. Полости 3 компрессорного и расширительного отсеков снабжены соответствующими впускными 9 и выпускными 10 окнами и соединены собственными камерами сгорания 11.

С целью повышения устойчивости и снижения радиальных биений, на валу 7 установлено несколько кривошипов, а вал выполнен в виде коленчатого. Ротор 6 каждого модуля выполнен автономным и вращается на собственном кривошипе.

Работает двигатель следующим образом. Вращается вал 7. На его кривошипе вращается ротор 6, соединенные с ним диски 5 и нагнетатели 4. Ротор 6, соединенный с корпусом 1 посредством механизма 8, с передаточным отношением, равным единице, ограничен в круговом вращении и качается в перпендикулярном к валу 7 направлении. Спиралеобразные нагнетатели 4 своими поверхностями перекатываются с проскальзыванием по поверхностям спиралеобразных полостей 3. В компрессорном отсеке точки касания Т поверхностей перемещаютя от периферийных частей спиралей полостей 3 и нагнетателей 4 к их центральным частям. В расширительном отсеке перемещение точек касания происходит от центра к периферии. Расстояние между точками касания изменяется и зависит от радиального R положения участка спирали, а объем V (V1, V2, V3), заключенный между спиральными поверхностями полостей 3 и нагнетателей 4, в компрессорном отсеке уменьшается, а в расширительном отсеке увеличивается. Воздух через впускное окно 9 попадает в спиралеобразную полость 3. Нагнетатели 4 точками Т касания с поверхностями полостей 3 отсекают объемы V, уменьшающиеся при перемещении к центру спиралей. Воздух в них сжимается и сжатый поступает в камеру сгорания 11. В камере сгорания из форсунок поступает топливо и в начальный период поджигается свечой. Сгорающая и расширяющаяся смесь поступает в спиралеобразную полость 3 расширительного отсека, замыкается точками Т касания поверхностей полости 3 и нагнетателя 4. Образовавшаяся замкнутая область перемещается по спиралям к периферии в сторону выпускного окна 10 до полного расширения смеси. В модульном исполнении объем сжимаемого воздуха пропорционален осевым параметрам L1, L2, L3. Сжатый в одном компрессорном модуле воздух поступает по промежуточному каналу 12 в соседний модуль с меньшими осевыми параметрами L, в котором дополнительно сжимается. Увеличение количества модулей соответствует увеличению ступеней и позволяет добиться необходимой степени сжатия. В расширительном отсеке модульное исполнение и осевой параметр L позволяют делать управляемым процесс расширения газа. Радиальное смещение модулей и размещение нескольких полостей 3 в каждой секции 2 позволяет осуществить несколько автономных потоков, по которым происходит сжатие и расширение, что повышает надежность.

1. Роторно-волновой двигатель, содержащий ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии, установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе, включающем впускное и выпускное окно, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками, отличающийся тем, что в цилиндрическом корпусе установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси.

www.findpatent.ru

Роторно-волновой двигатель | Банк патентов

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а также может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении. Технический результат заключается в возможности повышения мощности и снижения габаритов двигателя. Согласно изобретению роторно-волновой двигатель содержит ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии и установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе. Корпус включает впускное и выпускное окно, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками. Корпус выполнен цилиндрическим, и в нем установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице. Согласно одному из вариантов выполнения изобретения двигатель может быть выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами. Согласно другому варианту выполнения двигатель может быть выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а также может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении.

Известны бесшатунные двигатели внутреннего сгорания, например, роторный двигатель (патент России №2084659), который содержит корпус с полостью цилиндрической формы и ротор цилиндрической формы. Однако эти двигатели не нашли широкого применения.

Наиболее близким аналогом является роторно-волновой двигатель внутреннего сгорания (патент России №2155272) - объемная прямоточная машина, в которой установленный с минимальным зазором ротор совершает угловые колебания, образуя волны, перекатывающиеся по поверхности корпуса в компрессорном и расширительном отсеках. Однако известный двигатель из-за конической формы корпуса и ротора имеет потери мощности в виде ее осевой составляющей. Наличие узла равных угловых скоростей вносит дополнительные потери мощности. Конические пространства требуют повышенных габаритов. Ограничения угловых параметров снижают возможности двигателя.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Согласно изобретению роторно-волновой двигатель содержит ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии, установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе, включающем впускное и выпускное окна, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками. Корпус выполнен цилиндрическим, и в нем установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице.

Согласно одному из вариантов выполнения изобретения двигатель может быть выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами.

Согласно другому варианту выполнения двигатель может быть выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен роторно-волновой двигатель в разрезе; на фиг.2 - разрез А-А и Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - разрез двигателя в модульном исполнении; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1 двигателя с радиально смещенными модулями; на фиг.5 показано взаимное положение двух эксцентрично размещенных спиралей.

Обозначения на чертежах

1. Корпус.

2. Секция корпуса.

3. Спиралеобразная полость.

4. Спиралеобразный нагнетатель.

5. Диск ротора.

6. Ротор.

7. Вал с кривошипом.

8. Механизм вращения.

9. Впускное окно.

10. Выпускное окно.

11. Камера сгорания.

12. Промежуточная камера.

L - Осевые параметры.

V - Активные области.

Т - точки касания спиралей.

В цилиндрическом корпусе 1 установлены секции 2, в которых выполнены сквозные спиралеобразные полости 3. В спиралеобразных полостях 3 эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели 4, соединенные с двух сторон жестко с дисками 5, установленными на роторе 6. Нагнетатели 4 своими спиральными поверхностями контактируют со спиральными поверхностями полостей 3 в точках Т (Т1, Т2, Т3), образуя совместно с дисками 5 замкнутые активные рабочие области V (V1, V2, V3, V4). Ротор 6 вращается на кривошипе вала 7 отбора мощности, а щеки дисков 5 проскальзывают по щекам секций 2. Ротор 6 снабжен механизмом вращения 8 с передаточным отношением относительно корпуса, равным единице. Механизм вращения 8 включает колесо, закрепленное на корпусе 1, колесо, закрепленное на роторе 6, и связывающий их блок колес, вращающийся на поводке вала 7 отбора мощности. В секциях 2 выполнены впускное 9 и выпускное 10 окна. Камера сгорания 11 встроена в центральный диск 5 и соединяет спиралеобразные полости 3 компрессорного и расширительного отсеков. Направление спиральных поверхностей в компрессорном и расширительном отсеках противоположно.

Спиралеобразные полости 3 компрессорного отсека, как и спиралеобразные полости 3 расширительного отсека, в модульном исполнении соединены промежуточными каналами 12. Осевые параметры L (L1, L2, L3), как и радиальные параметры R, модулей могут уменьшаться в сторону камеры сгорания 11.

С целью повышения надежности в секциях 2 выполнено с радиальным смещением относительно оси вала 7 несколько спиралеобразных полостей 3, в которых размещены спиралеобразные нагнетатели 4, смещенные относительно оси кривошипа. Полости 3 компрессорного и расширительного отсеков снабжены соответствующими впускными 9 и выпускными 10 окнами и соединены собственными камерами сгорания 11.

С целью повышения устойчивости и снижения радиальных биений, на валу 7 установлено несколько кривошипов, а вал выполнен в виде коленчатого. Ротор 6 каждого модуля выполнен автономным и вращается на собственном кривошипе.

Работает двигатель следующим образом. Вращается вал 7. На его кривошипе вращается ротор 6, соединенные с ним диски 5 и нагнетатели 4. Ротор 6, соединенный с корпусом 1 посредством механизма 8, с передаточным отношением, равным единице, ограничен в круговом вращении и качается в перпендикулярном к валу 7 направлении. Спиралеобразные нагнетатели 4 своими поверхностями перекатываются с проскальзыванием по поверхностям спиралеобразных полостей 3. В компрессорном отсеке точки касания Т поверхностей перемещаютя от периферийных частей спиралей полостей 3 и нагнетателей 4 к их центральным частям. В расширительном отсеке перемещение точек касания происходит от центра к периферии. Расстояние между точками касания изменяется и зависит от радиального R положения участка спирали, а объем V (V1, V2, V3), заключенный между спиральными поверхностями полостей 3 и нагнетателей 4, в компрессорном отсеке уменьшается, а в расширительном отсеке увеличивается. Воздух через впускное окно 9 попадает в спиралеобразную полость 3. Нагнетатели 4 точками Т касания с поверхностями полостей 3 отсекают объемы V, уменьшающиеся при перемещении к центру спиралей. Воздух в них сжимается и сжатый поступает в камеру сгорания 11. В камере сгорания из форсунок поступает топливо и в начальный период поджигается свечой. Сгорающая и расширяющаяся смесь поступает в спиралеобразную полость 3 расширительного отсека, замыкается точками Т касания поверхностей полости 3 и нагнетателя 4. Образовавшаяся замкнутая область перемещается по спиралям к периферии в сторону выпускного окна 10 до полного расширения смеси. В модульном исполнении объем сжимаемого воздуха пропорционален осевым параметрам L1, L2, L3. Сжатый в одном компрессорном модуле воздух поступает по промежуточному каналу 12 в соседний модуль с меньшими осевыми параметрами L, в котором дополнительно сжимается. Увеличение количества модулей соответствует увеличению ступеней и позволяет добиться необходимой степени сжатия. В расширительном отсеке модульное исполнение и осевой параметр L позволяют делать управляемым процесс расширения газа. Радиальное смещение модулей и размещение нескольких полостей 3 в каждой секции 2 позволяет осуществить несколько автономных потоков, по которым происходит сжатие и расширение, что повышает надежность.

Формула изобретения

1. Роторно-волновой двигатель, содержащий ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии, установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе, включающем впускное и выпускное окно, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками, отличающийся тем, что в цилиндрическом корпусе установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси.

bankpatentov.ru

Роторно-волновой двигатель

Изобретение относится к машиностроению. Роторно-волновой двигатель включает корпус с размещенными в нем компрессорным и расширительным отсеками, впускным и выпускным окнами и камерой сгорания. Камера сгорания снабжена топливными форсунками и соединена с помощью промежуточных каналов с полостями, контактирующими своими поверхностями с поверхностями подобных нагнетателей. Нагнетатели установлены на роторе, вращающемся на кривошипе вала с помощью механизма с передаточным числом, равным единице. Полости выполнены круговыми, разделены перемычками и в области раздела снабжены цилиндрическими нишами. В нишах размещены цилиндрические кулачки, закрепленные на нагнетателях круговой формы в области раздела их прорезями. Техническим результатом является уменьшение удельной массы двигателя. 2 ил.

 

Устройство относится к области машиностроения, а в частности к двигателестроению, и может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении.

Известны бесшатунные двигатели внутреннего сгорания, например роторно-волновой двигатель (патент России №2155272) - объемная прямоточная машина, в которой установленный с минимальным зазором ротор совершает угловые колебания, образуя волны, перекатывающиеся по поверхности корпуса в компрессорном и расширительном отсеках.

Известный двигатель из-за конической формы корпуса и ротора имеет потери мощности в виде ее осевой составляющей.

Прототипом является роторно-волновой двигатель (патент России №2304225), содержащий спиралеобразные полости, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели.

Однако спиралеобразные поверхности требуют повышенных радиальных размеров и повышенной удельной массы двигателя.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Согласно изобретению роторно-волновой двигатель включает корпус с размещенными в нем компрессорным и расширительным отсеками, впускным и выпускным окнами, камерой сгорания, снабженной топливными форсунками, соединенной с помощью промежуточных каналов с полостями, контактирующими своими поверхностями с поверхностями подобных нагнетателей, установленных на роторе, вращающемся на кривошипе вала, с помощью механизма с передаточным числом, равным единице. Полости выполнены круговыми, разделены перемычками и в области раздела снабжены цилиндрическими нишами, в которых размещены цилиндрические кулачки, закрепленные на нагнетателях круговой формы в области раздела их прорезями.

В корпусе 1 выполнены круговые полости 2. В области раздела перемычками 3 полости 2 снабжены нишами 4. Кулачки 5 жестко установлены на круговых нагнетателях 6 в области их раздела прорезями. Нагнетатели 6 закреплены на роторе 7, вращающемся на кривошипе вала 8 с помощью установленного на корпусе механизма 9 с передаточным числом, равным единице. Эксцентричное размещение нагнетателей 6 в полостях 2 и кулачков 5 в нишах 4 позволяет создавать рабочие камеры переменных объемов, заключенные между точками контакта сопряженных поверхностей. Камера сгорания с топливными форсунками соединена промежуточными каналами с полостями 2 компрессорного и расширительного отсеков. Двигатель снабжен впускным 10 и выпускным 11 окнами.

Через впускное окно 10 компрессорного отсека воздух попадает в рабочие камеры переменных объемов, отсекается точками контакта поверхностей полостей 2 и нагнетателей 6, ниш 4 и кулачков 5 и поступает в камеру сгорания с топливными форсунками. В расширительном отсеке газ, в аналогичных рабочих камерах переменных объемов, создает момент силы на валу 8 и выходит в выпускное 11 окно.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен двигатель в разрезе А-А на фиг.2; на фиг.2 совмещены разрезы Б-Б и В-В на фиг.1.

Роторно-волновой двигатель, включающий корпус с размещенными в нем компрессорным и расширительным отсеками, впускным и выпускным окнами, камерой сгорания, снабженной топливными форсунками, соединенной с помощью промежуточных каналов с полостями, контактирующими своими поверхностями с поверхностями подобных нагнетателей, установленных на роторе, вращающемся на кривошипе вала с помощью механизма с передаточным числом, равным единице, отличающийся тем, что полости выполнены круговыми, разделены перемычками и в области раздела снабжены цилиндрическими нишами, в которых размещены цилиндрические кулачки, закрепленные на нагнетателях круговой формы в области раздела их прорезями.

www.findpatent.ru

ИЗОБРЕТЕНИЕ. РОТОРНО-ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ. ||| The Invention. shram.kiev.ua

Автор статьи: Седунов И. П.

Оставьте комментарий

Роторно-волновой двигатель

  Сегодня уже чуть кого устраивает, что 60-70 % теплоты вырабатываемой двигателями внутреннего сгорания просто выбрасывается в атмосферу. Когда же энергетика с ее ограниченными сырьевыми ресурсами не сможет мириться и с 20-30 % потерями тепла в рамках все той же классической термодинамики, то без сомнения будут востребованы только те технические решения, которые смогут преодолеть основные недостатки существующих тепловых машин, позаимствовав от них только плюсы. Так от газовой турбины будет взята неограниченная мощность, малые габариты и вес; от дизеля - высокая экономичность; от его бензинового конкурента - приемистость и максимально эффективное использование рабочего объема двигателя; от фактически забытой паровой машины и ее "родственника" в лице современного стирлинга - бесшумность, многотопливность и высокий крутящий момент; от широко разрекламированного в недавнем прошлом двигателя Ф. Ванкеля - отсутствие органов газораспределения; от нашумевшего бесшатунного двигателя С. Баландина и совсем уж неизвестной конструкции Е. Льва - высокий механический КПД и способность двигателя выполнять функции редуктора; а от чуть кому известного двигателя В. Кушуля - низкую токсичность выхлопа.

  В нем удастся полностью или частично отказаться от: охлаждения и смазки, убрать глушитель шума, маховик, и это при количестве деталей не большем, чем в двухтактном мото - велодвигателе.

  На сегодняшнем этапе развития техники эта задача может быть решена только с переходом к качественно новым двигателям внутреннего сгорания с иными конструктивными принципами и решениями. Таким условиям полностью отвечает концептуальная идея "Роторно-волнового двигателя" (пат. России № 2155272) - объемной прямоточной машины, воспроизводящей последовательность работы газотурбинного двигателя. В нем совершенно устранено возвратно-поступательное движение рабочих органов, ротор полностью уравновешен и вращается с постоянной угловой скоростью. Рабочее тело, как и в турбине, движется вдоль оси двигателя, траектория движения - винтовая линия. В конструкции отсутствует вредное пространство, ограничивающее рост степени сжатия рабочего тела. Из-за отсутствия уплотнительных элементов и, соответственно трения в проточной части, снимаются ограничения по ресурсу и числам оборотов двигателя. Рабочий процесс допускает, произвольно изменять степень сжатия и расширения рабочего тела; без дополнительных регулировок и остановки двигателя осуществлять переход на любой сорт топлива.

  Оригинальная кинематическая схема и прогрессивный рабочий процесс роторного двигателя позволяет собрать в одной конструкции только положительные стороны всех типов ДВС. В основе же кинематики роторно-волнового двигателя (РВД) лежит сферический механизм, где оси его основных деталей пересекаются в одном месте - центре воображаемой сферы.

  Установленный с минимальным зазором конический винтовой ротор совмещает вращение с противоположным ему планетарным обкатыванием по внутренним огибающим корпуса. Накладывая два эти вида движения на любые сечения ротора (кроме центра - точки его перегиба), можно увидеть, что они совершают в определенной последовательности равные угловые колебания в пазах корпуса, образуя волны, которые последовательно перекатываются по ходу винтовых поверхностей корпуса.

  Аналогичный процесс можно видеть на море, наблюдая в ветреную погоду за перемещением волн в "стоячей воде".

  В компрессорном отсеке формирование и движение волн начинается от периферии по направлению к центру, а в расширительном отсеке - наоборот - от центра к периферии.

Роторный двигатель.

Рис. 1

1- Ротор; 2- Корпус; 3- Вал отбора мощности; 4- Шарнир равных угловых скоростей; 5- Эксцентрик; 6- Блок шестерен. А- впускное окно, Б- выпускное окно, В- компрессорный отсек, Г- камера сгорания, Д- расширительный отсек, φ- угол наклона ротора.

  Ротор (1) и вал отбора мощности (3)соединяются между собой в центре двигателя шарниром Гука (4), который можно назвать шарниром равных угловых скоростей (ШРУСом). Необходимое же ротору "дополнительное" обкатывание по внутренним огибающим корпуса задается вспомогательным устройством - так называемым "генератором волн". Его основной элемент - вращающийся на основном валу эксцентрик (5), с приводом через блок шестерен (6) все от того же вала. Эксцентрик наклоняя ротор от 3 до 6 градусов обеспечивает угловое качание сечениям ротора в пределах от 12 до 24 градусов (подробнее см. в отраслевом журнале "Двигателестроение" 2 и 3 № за 2001 г.). В такой комплектации расчетный механический КПД двигателя составит невиданную цифру - 97 %.

  С началом вращения, винтовые поверхности ротора начинают открывать внутренние полости винтовых каналов компрессорного отсека, засасывая и них воздух двумя потоками, смещенными относительно друг друга на 180 градусов. За один оборот ротора в оба канала компрессорного отсека засасываются и отсекаются от впускного тракта по две порции воздуха. При дальнейшем повороте, каждая порция воздуха начнет самостоятельно перемещаться к центру двигателя, непрерывно сокращаясь в объеме за счет уменьшения шага и амплитуды самого витка. Процесс сжатия будет продолжаться до тех пор, пока все уменьшающийся объем со сжатым воздухом не подойдет к камере сгорания. В этот момент процесс внутреннего сжатия воздуха в компрессорном отсеке закончится, наступает следующий этап - выталкивание сжатого воздуха в камеру сгорания тыльной стороной витка, ближе других находящегося к центру ротора. Этот процесс сопровождается непрерывным распыливанием топлива в воздушном потоке с последующим его сгоранием в общей камере, куда и выталкиваются все порции воздуха. Для первоначального поджигания топливовоздушной смеси в камере устанавливается запальная свеча. После запуска дальнейшее поджигание смеси должно поддерживаться газами, оставшимися от предыдущих циклов в общей камере сгорания. Последние, с высокой температурой и давлением покидая камеру сгорания, заполняют на роторе винтовые каналы расширительных отсеков, расположенных по другую сторону от центра ротора (точки, где шаг и амплитуда угловых колебаний равна нулю). С поворотом последнего происходит увеличение объемов расширительных отсеков за счет чего и осуществляется рабочий ход. На момент максимального расширения, кромки наружных витков ротора открываются и газы сначала свободно, а затем принудительно выдавливаются в выпускной коллектор. Интервал выпуска отработанных газов из очередной камеры расширения составит 180 градусов. Часть полученной в цикле мощности возвращается телом ротора в компрессорный отсек.

Волновой двигатель.

Рис. 2

Пятигипотрохоидный РВД с внешними огибающими и с отбором мощности через шарнир равных угловых скоростей (ШРУЗ). Обладает свойствами редуктора - четырем обкатываниям ротора, с засасыванием в двигатель 20 объемов воздуха, соответствует один оборот выходного вала. Заменяет собой 80-тицилиндровый поршневой ДВС.

Роторно-волновой РВД двигатель.

Рис. 3

Трехгипотрохоидный РВД с внешними огибающими и с отбором мощности через вал с косой шейкой. Выходной вал и ротор вращаются в разные стороны в пропорции 1:0,5 Заменяет собой 12-ти цилиндровый поршневой ДВС.

  Описанный рабочий процесс соответствует самой простой конструкции, в которой двухзаходный корпус работает в паре с однозаходным ротором. Рост же числа заходов неизбежно приводит к усложнению формы корпуса и ротора, которые между собой будут соотноситься как целые порядковые числа: 2\1; 3\2; 4\3; 5\4 и т.д. Поперечные сечения тел ротора и корпуса во всех случаях будут иметь гипотрохоидные формы с внешними огибающими: например, как это показано на Рис. 2 и 3. На рис 3. изображен один из альтернативных вариантов отбора мощности от ротора - валом с косой шейкой.

  Рассмотренный тип двигателя, в основе которого лежит внутреннее винтовое зацепление ротора с корпусом, образует новое семейство прямоточных коловратных машин: в нем, с увеличением количества заходов ротора и корпуса, угловая скорость ротора и соответственно вала отбора мощности оборудованного ШРУСом будет падать, с одновременным ростом величины крутящего момента. Эта замечательная особенность кинематической схемы РВДпозволит многозаходному ротору по совместительству выполнять еще и функцию понижающего редуктора. Ведь не секрет, что рост мощности двигателя всегда идет по пути увеличения рабочих оборотов (ему больше некуда идти), а потребители энергии, будь то винт судна, или автомобильное колесо, остаются практически неизменными. Приходится ставить дополнительные редукторы для снижения оборотов. А здесь, двигатель сам себе и редуктор.

  Функция редуктора в многозаходных конструкциях (Рис.2) возложена на механизм синхронизации, состоящий из неподвижного венца с внутренним зацеплением (1) и меньшей по диаметру планетарной шестерни с внешним зацеплением (2) жестко соединенной с ротором. Количество зубьев венца к шестерне всегда должно соответствовать выбранной пропорции корпуса к ротору. Иначе нельзя, только этим достигается синхронизация и требуемое трохоидное движение ротора. Каждому новому обкатыванию шестерни ротора будет соответствовать ее поворот на фиксированный вместе с ротором угол. Для двухзаходного ротора, работающего в паре с трехзаходным корпусом, на одно обкатывание шестерни приходится поворот ротора в корпусе на 50 %, в трехзаходном варианте ротора - на 33 %, в четырехзаходном - на 25 % и т.д.

  Если изначально однозаходный ротор, работающий в паре с двухзаходным корпусом эквивалентен восьмицилиндровому поршневому ДВС, то уже двухзаходный ротор в паре с трехзаходным корпусом эквивалентны 24-хцилиндровому ДВС. Дальше - больше. Трехзаходный ротор соответствует 48цилиндровому поршневому ДВС, четырехзаходный - 80 цилиндровому ДВС и т.д.

  Для последнего примера, у которого будет несколько меньший механический КПД (94 -95 %), расчетный крутящий момент на выходном валу увеличится от 16 до 21 раза в сравнении с поршневым аналогом, и это при равных с ним оборотах и литраже двигателя. Что само по себе, например, для автомобильного варианта уже не требует установки за двигателем коробки передач, которая повышает крутящий момент двигателя всего в 4 - 10 раз.

  Здесь ротор, производя полный оборот, вынужден при этом совершать четыре полных обкатывания по внутренним огибающим корпуса . Соответственно, при 2500 об/мин ротора, каждый из пяти винтовых каналов корпуса должен всосать по 10000 объемов воздуха, что в сумме составит 50000 объемов в минуту. Для сравнения, у аналогичного одноцилиндрового четырехтактного ДВС при равных оборотах, количество тактов всасывания наполнит 625рабочих объемов двигателя (каждый четвертый такт - всасывание). Вот откуда она, восьмидесятикратная разница. Учитывая низкий коэффициент наполнения безнаддувного поршневого двигателя, равный 85 % против 100-105 % в РВД, фактическая разница увеличится до 94. Мы не учли еще разницу в механическом КПД поршневого ДВС и РВД соответственно 85 % против 94 %. Соотнесем ее на протечки рабочего тела через "неплотности" ротора.

  Осталось упомянуть и о предельно допустимых оборотах РВД, сравнив их с серийными двигателями. Современный поршневой ДВС применяет 4500 - 6000 об/мин; аналогичная по мощности газовая турбина свободно раскручивается до 50000 - 70000 об/мин; РВД должен занять промежуточное положение - его удел от 2500 до 30000 об/мин (все зависит от количества заходов ротора).

  В рабочих отсеках РВД одновременно может сжиматься и расширяться от нескольких единиц до несколько десятков объемов воздуха. А то место, где ротор, едва не касаясь своей поверхностью, приближается на минимальное расстояние к корпусу, как раз и является подвижной разделительной линией между последовательно движущимися камерами (на Рис.1 сечения 1-1 и 1Х-1Х). За каждый оборот ротора степень сжатия (расширения) изменяется в 4-5 раз. Теоретическая же степень сжатия ( расширения ) в одном агрегате может достигать ста единиц (все зависит от количества витков), и это при полном отказе от уплотнительных элементов, роль которых выполняет тело ротора.

  Ротор, освобождаясь от механического трения "завинчивает" порции воздуха в камеру сгорания нигде не касаясь стенок корпуса, поэтому так же отпадает необходимость в смазке рабочих отсеков двигателя. Трение остается лишь в подшипниках качения, на которые опирается ротор за пределами горячих зон и в ШРУСе. Последний же конструктивно очень просто позволяет передавать весь поток мощности от ротора выходному валу фактически без потерь. Достаточно вспомнить, что механический КПД широко используемых в технике ШРУСов очень высок и колеблется при малых углах качания от 99 до 99,5 %. Кроме этого, шарнирное соединение автоматически точно центрирует ротор в любом его положении, а сам шарнир, расположенный в центре двигателя, надежно защищен от теплового воздействия камеры сгорания необходимой толщиной сферического теплового экрана.

  Как видим, в РВД ничто не препятствует применению очень высоких оборотов: ротор вращается с постоянной угловой скоростью, он прекрасно уравновешивается, вместо клапанов, или даже окон, в конструкции используются каналы неограниченной пропускной способности для непрерывного поступления воздуха в рабочие отсеки двигателя. Отсутствие трения и снимает ограничения по износу деталей и ресурсу двигателя в целом. В двигателе будут изнашиваться только подшипники, а для них ресурс в 30 - 40 тыс. рабочих часов не предел. Заметим кстати, что хороший автомобильный двигатель в наше время имеет моторесурс 5000- 7000 часов до первого ремонта. Автомобильные РВД, при неограниченной мощности окажутся долговечнее, чем рама автомобиля (самое долговечное, что есть в нем ).

  Рабочий процесс для камеры постоянного горения, позволяет, не останавливая двигатель, подавать в него любой вид жидкого, газообразного или даже твердого распыленного топлива, полностью стирая грани между турбинами, дизельными и карбюраторными двигателями.

  В кинематических звеньях механизмов поршневых и роторных ДВСприсутствуют так называемые "мертвые точки", для их преодоления за двигателем устанавливается значительный по массе маховик. В РВДже - газовые силы, действующие на ротор, направлены всегда по касательной к его поверхности, они постоянны и непрерывны, что делает совершенно не нужной установку маховика, а в некоторых случаях и противовесов, применяемых для полного уравновешивания двигателя.

  Компоновочная схема компрессорного и расширительного отсеков РВД такова, что допускает и, без остановки двигателя, в широких пределах изменять степень сжатия и расширения рабочего тела, в том числе до полного расширения отработанных газов, при котором отпадает необходимость в глушителе шума. Исчезает не только значительное сопротивление, которое создает глушитель, отнимая у двигателя до 10 % его мощности, но и в процессе продолженного расширения выделится еще 10 -15 % дополнительной энергии.

  Разумеется, прирост мощности в 20-25%очень привлекательны и для разработчиков серийных ДВС. На практике же продолженное расширение не удается применять из-за нецелесообразного увеличения весогабаритных показателей силовых установок с одновременным ростом в них величины механических потерь.

  Ну и, наконец, главный резерв повышения КПД - применение в конструкции РВД керамических материалов - жаропрочных теплоизолированных покрытий, позволяющих отказаться от системы охлаждения и заменить собой сложнейшие турбокомпаундные двигатели. С использованием только таких свойств керамики для РВД, которыми она всегда обладала - способностью работать на сжатие, умеренное растяжение при стабильной температуре и давлении во всех сечениях корпуса и ротора.

  В заключение приведем еще несколько цифр. Расчетный индикаторный КПДпростого цикла РВД в адиабатном исполнении и весьма умеренной степени сжатия равной 15 со степенью расширения 36 составит 51 %. Соответственно расход топлива в этом случае может составить 171 г/кВт, при удельном весе силовой установки 0,15 - 0,25 кг/кВт. Для сравнения - в дизельном двигателе, использующим такую степень сжатия, расход топлива составляет 224 г/кВт при удельном весе 3,5 - 15 кг/кВт. За счет дальнейшего увеличения степени сжатия в РВД и использования в нем системы регенерации отработанных газов ( для возврата теряемой с отработанными газами теплоты), индикаторный КПДтеплового цикла можно еще значительно увеличить.

  Там, где требуется получить максимальный расход воздуха и огромные мощности, например, для авиации и судовых установок - выгоднее использовать многозаходные кинематические схемы, ограниченные по росту степени сжатия. Если главным фактором выступает экономичность, перспективней использовать двух - трехзаходные схемы роторов, как наиболее простые и допускающие наибольшую степень сжатия и расширения рабочего тела.

  Необходимо признать, что на данный момент времени сильно отстает технологическая база предприятий, которые можно привлекать для изготовления подобного класса машин, но вместе с тем интенсивное развитие компьютерного проектирования способно решить многие технические вопросы, открывая тем самым благоприятные условия для создания высокоэкономичных и экологически безопасных энергетических установок.

Версия для печатиРоссия тел/факс: (812) 379-17-32Автор: Седунов И.П.P.S. Материал защищён.Дата публикации 23.09.2004гг

www.shram.kiev.ua

роторно-волновой двигатель - патент РФ 2482299

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель содержит корпус и ротор. Ротор качается на кривошипе вала. Вал вращается в опорах корпуса с помощью устройства ограничения вращения. Двигатель снабжен секциями, составленными из полостей. Полости имеют отсекаемые объемы, смещающиеся по спирали, в виде камер нагнетания и камер сгорания в компрессорном и расширительном отсеках. В корпусе выполнены впускное и выпускное окна, установлены топливные форсунки и свечи зажигания. Ось кривошипа пересекает ось вала. Точка пересечения осей является центром механизма. Полости ограничены поверхностями, вершины которых совпадают с центром механизма, и поверхностями, полученными путем качания спиралей относительно центра механизма. Образующая спираль перемещается по направляющим окружностям различного радиуса. Поверхности, вершины которых совпадают с центром механизма, контактируют без зазора по прямым линиям и перекатываются друг по другу. Полости снабжены сужающимся в поперечном сечении горлом, разделяющим компрессорный и расширительный отсеки. Секции установлены симметрично плоскости, перпендикулярной оси корпуса, со смещением на 180 градусов. Изобретение направлено на повышение энергоэффективности. 1 з.п. ф-лы, 8 ил. роторно-волновой двигатель, патент № 2482299

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а также может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении.

Известны роторно-волновые двигатели внутреннего сгорания, например роторно-волновой двигатель (патент России № 2155272) - объемная прямоточная машина, в которой установленный с минимальным зазором ротор совершает угловые колебания, образуя волны, перекатывающиеся по поверхности корпуса в компрессорном и расширительном отсеках. Однако сложность конструкции и большие осевые размеры ограничивают его применение.

Наиболее близким аналогом является роторно-волновой двигатель внутреннего сгорания (патент России № 2304225), содержащий секции со спиральными полостями и размещенными в них подобными качающимися лопатками. Однако объемы полости, заключенные между точками контакта проскальзывающих поверхностей полостей и лопаток, имеют зазор, обусловленный условиями проскальзывания, что определяет утечки газа и снижает энергоэффективность.

Целью изобретения является повышение энергоэффективности.

Согласно изобретению двигатель, содержит ротор, качающийся на кривошипе вала, вращающегося в опорах корпуса с помощью устройства ограничения вращения, снабжен секциями, составленными из полостей, выполненных в корпусе, и качающихся в них лопаток, установленных на роторе, полости, а также лопатки ограничены в осевом и радиальном направлениях поверхностями, которые в радиальном направлении выполнены кривыми с направляющими спиральными линиями, центры которых в полостях размещаются на оси вала, а на лопатках размещаются на оси кривошипа, включает компрессорный и расширительный отсеки, камеру сгорания с топливными форсунками и свечой зажигания, впускное и выпускное окна. Кривошип на валу установлен под углом, а с точкой пересечения осей вала и кривошипа совпадают центры спиральных направляющих линий циклических кривых поверхностей, которые выполнены путем движения окружности переменного радиуса по спиральной направляющей, спиральные направляющие полостей размещены в плоскости, перпендикулярной к оси вала, а в лопатках в плоскости, перпендикулярной к оси кривошипа, поверхности, ограничивающие полости и лопатки в осевом направлении, выполнены коническими, их вершины совпадают с точкой пересечения осей вала и кривошипа, оси конических поверхностей, ограничивающих полости, совпадают с осью вала, а оси конических поверхностей, ограничивающих лопатки, совпадают с осью кривошипа.

Согласно другому варианту в двигателе секции, составленные из полостей и лопаток, установлены симметрично центральной плоскости, проходящей через точку пересечения осей вала и его кривошипа, и повернуты относительно друг друга на 180 градусов, причем центральная плоскость для полостей перпендикулярна оси вала, а для лопаток перпендикулярна оси кривошипа.

Таким образом, двигатель, содержащий корпус и ротор, качающийся на кривошипе вала, вращающегося в опорах корпуса с помощью устройства ограничения вращения, снабженный секциями, составленными из полостей, имеющих отсекаемые объемы, смещающиеся по спирали, в виде камер нагнетания и камер сгорания в компрессорном и расширительном отсеках, в корпусе выполнены впускное и выпускное окна, установлены топливные форсунки и свечи зажигания, отличается тем, что ось кривошипа пересекает ось вала, точка пересечения осей является центром механизма, полости ограничены поверхностями, вершины которых совпадают с центром механизма, и поверхностями, полученными путем качания спиралей относительно центра механизма, при этом образующая спираль перемещается по направляющим окружностям различного радиуса, поверхности, вершины которых совпадают с центром механизма, контактируют без зазора по прямым линиям и перекатываются друг по другу, полости снабжены сужающимся в поперечном сечении горлом, разделяющим компрессорный и расширительный отсеки.

Секции установлены симметрично плоскости, перпендикулярной оси корпуса, со смещением на 180 градусов.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг.1 представлено сечение двигателя; на фиг.2 - схема размещения спиральных поверхностей на фиг.1; на фиг.3 - схема прохождения волн в полости; на фиг.4 - сечение корпуса; на фиг.5 - сечение ротора; на фиг.6 - схема образования циклической поверхности; на фиг.7 - схема секции; на фиг.8 - секция в разрезе на фиг.7.

Двигатель содержит корпус 1 и ротор 2. Ротор 2 качается на кривошипе 3 вала 4, вращающегося в опорных узлах корпуса. Кривошип 3 установлен на валу 4 под углом, а точка пересечения их осей является центром качания. Качание ротора 2 поддерживается устройством ограничения вращениям, например коническим зубчатым зацеплением с одинаковыми параметрами зубчатых колес, с вершинами, совпадающими с точкой пересечения осей кривошипа 3 и вала 4. В корпусе 1 и в роторе 2 выполнены секции, составленные из полостей 6 и размещенных в них лопаток 7. Полости 6 и лопатки 7 ограничены коническими поверхностями 8 и циклическими спиральными поверхностями 9. Циклические поверхности получены путем движения образующей окружности переменного радиуса по направляющей спиральной линии. Практически такая поверхность может быть получена на многокоординатном станке. Для этого в системе координат XYZ размещается локальная система координат xyz, в которой вращается вал, подобный валу 4, с кривошипом, подобным кривошипу 3, установленным под углом. Ось вала совпадает с осью x системы xyz. Точка пересечения осей вала и кривошипа совпадает с точкой начала координат системы xyz. Точка на конце кривошипа совпадает с точкой режущей кромки инструмента и при вращении вала описывает окружность, которая является образующей циклической поверхности. Радиус образующей окружности изменяется в зависимости от положения точки режущей кромки на кривошипе. Расстояние l (l1, l2, l3 роторно-волновой двигатель, патент № 2482299 ) от точки пересечения осей вала и кривошипа до точки режущей кромки изменяется и соответствует текущему радиусу спиральной линии, которая является направляющей циклической поверхности. Система xyz вращается относительно оси у вместе с размещенными в ней вращающимся валом и резцом. Ось х занимает положения x1, х2, х3 роторно-волновой двигатель, патент № 2482299 . Вращение вала во вращающейся системе координат xyz и одновременный сдвиг режущей кромки по оси кривошипа позволяют получить необходимую циклическую поверхность. Вершины конических поверхностей 8 и центры спиральных направляющих циклических поверхностей 9 совпадают с точкой пересечения осей кривошипа 3 и вала 4. Конические поверхности 8 полостей 6 и лопаток 7 контактируют без зазора по образующим прямым линиям и перекатываются друг по другу. Циклические поверхности 9 полостей 6 и лопаток 7 проскальзывают по образующим окружностям. В полостях 6 и лопатках 7 выполнено горло, сужающееся в поперечном сечении, путем сближения циклических поверхностей 9. Горло разделяет компрессорный и расширительный отсеки. В нем размещена камера сгорания с форсунками и свечой зажигания. Поверхности 8 и 9 отсекают объемы полостей 6, которые в виде волн смещаются по спирали в компрессорном и расширительном отсеках. Волновые объемы в горле имеют минимальную величину и увеличиваются к периферийным концам полости 6, где они открываются и сливаются с атмосферой окружающей среды. Активными поверхностями, передающими давление сгорающих газов на вал, являются конические поверхности полостей и лопаток. Их площади к выпускному окну возрастают.

По второму варианту, с целью уравновешивания сил и удвоения момента сил на валу 4, секции установлены симметрично центральной плоскости, проходящей через точку пересечения осей кривошипа 3 и вала 4, и повернуты относительно друг друга на 180 градусов. Центральная плоскость симметрии полостей 6 перпендикулярна оси вала 4, а лопаток 7 перпендикулярна оси кривошипа 3.

Работает двигатель следующим образом. В опорах корпуса 1 вращается вал 4. На его кривошипе 3 качается ротор 2 с помощью устройства ограничения вращения 5. Лопатки 7 качаются в полостях 6. Конические поверхности 8 и циклические спиральные поверхности 9 точками контакта отсекают замкнутые волновые объемы в полости 6. Волны смещаются по спиральной полости 6 в направлении вращения вала 4 и меняют объем. Первоначально в компрессорном отсеке через впускное окно полость 6 имеет связь с окружающей средой. Во время смещения точек контакта взаимодействующих поверхностей полостей 6 и лопаток 7, сдвигающихся от впускного окна к камере сгорания, создается разрежение, а пространство, заключенное между точками контакта сопряженных поверхностей, заполняется воздухом. Волнообразные объемы в сужающемся горле уменьшаются, и происходит сжатие находящегося в них воздуха. В области горла в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое поджигается свечой или, при достаточном давлении, самовоспламеняется. В расширительном отсеке волнообразные объемы увеличиваются по мере приближения к выпускному окну, газ расширяется и выходит в атмосферу. Энергия сгорающего топлива посредством активных конических поверхностей полостей и лопаток преобразуется в механическую энергию, создавая момент силы на валу 4.

Второй вариант исполнения, при котором секции установлены парами, симметрично центральной плоскости, со смещением по фазе на 180 градусов, позволяет получить подобный встречный поток, уравновешивающий осевые силы, действующие на ротор 2, и удваивающий момент сил на валу 4.

Эффективность двигателя определяется тем, что между контактирующими по образующим линиям перекатывающимися коническими поверхностями и проскальзывающими по образующим окружностям циклическими поверхностями полостей и лопаток отсутствует зазор. Площади активных конических поверхностей с приближением по спирали к выпускному окну увеличиваются. Текущий радиус спирали, на котором действует суммарная сила давления газов, увеличивается. Такие решения предотвращают утечки газа и повышают момент силы на валу.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Двигатель, содержащий корпус и ротор, качающийся на кривошипе вала, вращающегося в опорах корпуса с помощью устройства ограничения вращения, снабженный секциями, составленными из полостей, имеющих отсекаемые объемы, смещающиеся по спирали, в виде камер нагнетания и камер сгорания в компрессорном и расширительном отсеках, в корпусе выполнены впускное и выпускное окна, установлены топливные форсунки и свечи зажигания, отличающийся тем, что ось кривошипа пересекает ось вала, точка пересечения осей является центром механизма, полости ограничены поверхностями, вершины которых совпадают с центром механизма, и поверхностями, полученными путем качания спиралей относительно центра механизма, при этом образующая спираль перемещается по направляющим окружностям различного радиуса, поверхности, вершины которых совпадают с центром механизма, контактируют без зазора по прямым линиям и перекатываются друг по другу, полости снабжены сужающимся в поперечном сечении горлом, разделяющим компрессорный и расширительный отсеки.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что секции установлены симметрично плоскости, перпендикулярной оси корпуса, со смещением на 180°.

www.freepatent.ru

роторно-волновой двигатель - патент РФ 2304225

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а также может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении. Технический результат заключается в возможности повышения мощности и снижения габаритов двигателя. Согласно изобретению роторно-волновой двигатель содержит ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии и установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе. Корпус включает впускное и выпускное окно, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками. Корпус выполнен цилиндрическим, и в нем установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице. Согласно одному из вариантов выполнения изобретения двигатель может быть выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами. Согласно другому варианту выполнения двигатель может быть выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. роторно-волновой двигатель, патент № 2304225

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а также может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении.

Известны бесшатунные двигатели внутреннего сгорания, например, роторный двигатель (патент России №2084659), который содержит корпус с полостью цилиндрической формы и ротор цилиндрической формы. Однако эти двигатели не нашли широкого применения.

Наиболее близким аналогом является роторно-волновой двигатель внутреннего сгорания (патент России №2155272) - объемная прямоточная машина, в которой установленный с минимальным зазором ротор совершает угловые колебания, образуя волны, перекатывающиеся по поверхности корпуса в компрессорном и расширительном отсеках. Однако известный двигатель из-за конической формы корпуса и ротора имеет потери мощности в виде ее осевой составляющей. Наличие узла равных угловых скоростей вносит дополнительные потери мощности. Конические пространства требуют повышенных габаритов. Ограничения угловых параметров снижают возможности двигателя.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Согласно изобретению роторно-волновой двигатель содержит ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии, установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе, включающем впускное и выпускное окна, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками. Корпус выполнен цилиндрическим, и в нем установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице.

Согласно одному из вариантов выполнения изобретения двигатель может быть выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами.

Согласно другому варианту выполнения двигатель может быть выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен роторно-волновой двигатель в разрезе; на фиг.2 - разрез А-А и Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - разрез двигателя в модульном исполнении; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1 двигателя с радиально смещенными модулями; на фиг.5 показано взаимное положение двух эксцентрично размещенных спиралей.

Обозначения на чертежах

1. Корпус.

2. Секция корпуса.

3. Спиралеобразная полость.

4. Спиралеобразный нагнетатель.

5. Диск ротора.

6. Ротор.

7. Вал с кривошипом.

8. Механизм вращения.

9. Впускное окно.

10. Выпускное окно.

11. Камера сгорания.

12. Промежуточная камера.

L - Осевые параметры.

V - Активные области.

Т - точки касания спиралей.

В цилиндрическом корпусе 1 установлены секции 2, в которых выполнены сквозные спиралеобразные полости 3. В спиралеобразных полостях 3 эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели 4, соединенные с двух сторон жестко с дисками 5, установленными на роторе 6. Нагнетатели 4 своими спиральными поверхностями контактируют со спиральными поверхностями полостей 3 в точках Т (Т1, Т2, Т3), образуя совместно с дисками 5 замкнутые активные рабочие области V (V1, V2, V3, V4). Ротор 6 вращается на кривошипе вала 7 отбора мощности, а щеки дисков 5 проскальзывают по щекам секций 2. Ротор 6 снабжен механизмом вращения 8 с передаточным отношением относительно корпуса, равным единице. Механизм вращения 8 включает колесо, закрепленное на корпусе 1, колесо, закрепленное на роторе 6, и связывающий их блок колес, вращающийся на поводке вала 7 отбора мощности. В секциях 2 выполнены впускное 9 и выпускное 10 окна. Камера сгорания 11 встроена в центральный диск 5 и соединяет спиралеобразные полости 3 компрессорного и расширительного отсеков. Направление спиральных поверхностей в компрессорном и расширительном отсеках противоположно.

Спиралеобразные полости 3 компрессорного отсека, как и спиралеобразные полости 3 расширительного отсека, в модульном исполнении соединены промежуточными каналами 12. Осевые параметры L (L1, L2, L3), как и радиальные параметры R, модулей могут уменьшаться в сторону камеры сгорания 11.

С целью повышения надежности в секциях 2 выполнено с радиальным смещением относительно оси вала 7 несколько спиралеобразных полостей 3, в которых размещены спиралеобразные нагнетатели 4, смещенные относительно оси кривошипа. Полости 3 компрессорного и расширительного отсеков снабжены соответствующими впускными 9 и выпускными 10 окнами и соединены собственными камерами сгорания 11.

С целью повышения устойчивости и снижения радиальных биений, на валу 7 установлено несколько кривошипов, а вал выполнен в виде коленчатого. Ротор 6 каждого модуля выполнен автономным и вращается на собственном кривошипе.

Работает двигатель следующим образом. Вращается вал 7. На его кривошипе вращается ротор 6, соединенные с ним диски 5 и нагнетатели 4. Ротор 6, соединенный с корпусом 1 посредством механизма 8, с передаточным отношением, равным единице, ограничен в круговом вращении и качается в перпендикулярном к валу 7 направлении. Спиралеобразные нагнетатели 4 своими поверхностями перекатываются с проскальзыванием по поверхностям спиралеобразных полостей 3. В компрессорном отсеке точки касания Т поверхностей перемещаютя от периферийных частей спиралей полостей 3 и нагнетателей 4 к их центральным частям. В расширительном отсеке перемещение точек касания происходит от центра к периферии. Расстояние между точками касания изменяется и зависит от радиального R положения участка спирали, а объем V (V1, V2, V3), заключенный между спиральными поверхностями полостей 3 и нагнетателей 4, в компрессорном отсеке уменьшается, а в расширительном отсеке увеличивается. Воздух через впускное окно 9 попадает в спиралеобразную полость 3. Нагнетатели 4 точками Т касания с поверхностями полостей 3 отсекают объемы V, уменьшающиеся при перемещении к центру спиралей. Воздух в них сжимается и сжатый поступает в камеру сгорания 11. В камере сгорания из форсунок поступает топливо и в начальный период поджигается свечой. Сгорающая и расширяющаяся смесь поступает в спиралеобразную полость 3 расширительного отсека, замыкается точками Т касания поверхностей полости 3 и нагнетателя 4. Образовавшаяся замкнутая область перемещается по спиралям к периферии в сторону выпускного окна 10 до полного расширения смеси. В модульном исполнении объем сжимаемого воздуха пропорционален осевым параметрам L1, L2, L3. Сжатый в одном компрессорном модуле воздух поступает по промежуточному каналу 12 в соседний модуль с меньшими осевыми параметрами L, в котором дополнительно сжимается. Увеличение количества модулей соответствует увеличению ступеней и позволяет добиться необходимой степени сжатия. В расширительном отсеке модульное исполнение и осевой параметр L позволяют делать управляемым процесс расширения газа. Радиальное смещение модулей и размещение нескольких полостей 3 в каждой секции 2 позволяет осуществить несколько автономных потоков, по которым происходит сжатие и расширение, что повышает надежность.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Роторно-волновой двигатель, содержащий ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии, установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе, включающем впускное и выпускное окно, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками, отличающийся тем, что в цилиндрическом корпусе установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси.

www.freepatent.ru

РОТОРНО-ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а также может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении.

Известны роторно-волновые двигатели внутреннего сгорания, например роторно-волновой двигатель (патент России №2155272) - объемная прямоточная машина, в которой установленный с минимальным зазором ротор совершает угловые колебания, образуя волны, перекатывающиеся по поверхности корпуса в компрессорном и расширительном отсеках. Однако сложность конструкции и большие осевые размеры ограничивают его применение.

Наиболее близким аналогом является роторно-волновой двигатель внутреннего сгорания (патент России №2304225), содержащий секции со спиральными полостями и размещенными в них подобными качающимися лопатками. Однако объемы полости, заключенные между точками контакта проскальзывающих поверхностей полостей и лопаток, имеют зазор, обусловленный условиями проскальзывания, что определяет утечки газа и снижает энергоэффективность.

Целью изобретения является повышение энергоэффективности.

Согласно изобретению двигатель, содержит ротор, качающийся на кривошипе вала, вращающегося в опорах корпуса с помощью устройства ограничения вращения, снабжен секциями, составленными из полостей, выполненных в корпусе, и качающихся в них лопаток, установленных на роторе, полости, а также лопатки ограничены в осевом и радиальном направлениях поверхностями, которые в радиальном направлении выполнены кривыми с направляющими спиральными линиями, центры которых в полостях размещаются на оси вала, а на лопатках размещаются на оси кривошипа, включает компрессорный и расширительный отсеки, камеру сгорания с топливными форсунками и свечой зажигания, впускное и выпускное окна. Кривошип на валу установлен под углом, а с точкой пересечения осей вала и кривошипа совпадают центры спиральных направляющих линий циклических кривых поверхностей, которые выполнены путем движения окружности переменного радиуса по спиральной направляющей, спиральные направляющие полостей размещены в плоскости, перпендикулярной к оси вала, а в лопатках в плоскости, перпендикулярной к оси кривошипа, поверхности, ограничивающие полости и лопатки в осевом направлении, выполнены коническими, их вершины совпадают с точкой пересечения осей вала и кривошипа, оси конических поверхностей, ограничивающих полости, совпадают с осью вала, а оси конических поверхностей, ограничивающих лопатки, совпадают с осью кривошипа.

Согласно другому варианту в двигателе секции, составленные из полостей и лопаток, установлены симметрично центральной плоскости, проходящей через точку пересечения осей вала и его кривошипа, и повернуты относительно друг друга на 180 градусов, причем центральная плоскость для полостей перпендикулярна оси вала, а для лопаток перпендикулярна оси кривошипа.

Таким образом, двигатель, содержащий корпус и ротор, качающийся на кривошипе вала, вращающегося в опорах корпуса с помощью устройства ограничения вращения, снабженный секциями, составленными из полостей, имеющих отсекаемые объемы, смещающиеся по спирали, в виде камер нагнетания и камер сгорания в компрессорном и расширительном отсеках, в корпусе выполнены впускное и выпускное окна, установлены топливные форсунки и свечи зажигания, отличается тем, что ось кривошипа пересекает ось вала, точка пересечения осей является центром механизма, полости ограничены поверхностями, вершины которых совпадают с центром механизма, и поверхностями, полученными путем качания спиралей относительно центра механизма, при этом образующая спираль перемещается по направляющим окружностям различного радиуса, поверхности, вершины которых совпадают с центром механизма, контактируют без зазора по прямым линиям и перекатываются друг по другу, полости снабжены сужающимся в поперечном сечении горлом, разделяющим компрессорный и расширительный отсеки.

Секции установлены симметрично плоскости, перпендикулярной оси корпуса, со смещением на 180 градусов.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг.1 представлено сечение двигателя; на фиг.2 - схема размещения спиральных поверхностей на фиг.1; на фиг.3 - схема прохождения волн в полости; на фиг.4 - сечение корпуса; на фиг.5 - сечение ротора; на фиг.6 - схема образования циклической поверхности; на фиг.7 - схема секции; на фиг.8 - секция в разрезе на фиг.7.

Двигатель содержит корпус 1 и ротор 2. Ротор 2 качается на кривошипе 3 вала 4, вращающегося в опорных узлах корпуса. Кривошип 3 установлен на валу 4 под углом, а точка пересечения их осей является центром качания. Качание ротора 2 поддерживается устройством ограничения вращениям, например коническим зубчатым зацеплением с одинаковыми параметрами зубчатых колес, с вершинами, совпадающими с точкой пересечения осей кривошипа 3 и вала 4. В корпусе 1 и в роторе 2 выполнены секции, составленные из полостей 6 и размещенных в них лопаток 7. Полости 6 и лопатки 7 ограничены коническими поверхностями 8 и циклическими спиральными поверхностями 9. Циклические поверхности получены путем движения образующей окружности переменного радиуса по направляющей спиральной линии. Практически такая поверхность может быть получена на многокоординатном станке. Для этого в системе координат XYZ размещается локальная система координат xyz, в которой вращается вал, подобный валу 4, с кривошипом, подобным кривошипу 3, установленным под углом. Ось вала совпадает с осью x системы xyz. Точка пересечения осей вала и кривошипа совпадает с точкой начала координат системы xyz. Точка на конце кривошипа совпадает с точкой режущей кромки инструмента и при вращении вала описывает окружность, которая является образующей циклической поверхности. Радиус образующей окружности изменяется в зависимости от положения точки режущей кромки на кривошипе. Расстояние l (l1, l2, l3 …) от точки пересечения осей вала и кривошипа до точки режущей кромки изменяется и соответствует текущему радиусу спиральной линии, которая является направляющей циклической поверхности. Система xyz вращается относительно оси у вместе с размещенными в ней вращающимся валом и резцом. Ось х занимает положения x1, х2, х3 …. Вращение вала во вращающейся системе координат xyz и одновременный сдвиг режущей кромки по оси кривошипа позволяют получить необходимую циклическую поверхность. Вершины конических поверхностей 8 и центры спиральных направляющих циклических поверхностей 9 совпадают с точкой пересечения осей кривошипа 3 и вала 4. Конические поверхности 8 полостей 6 и лопаток 7 контактируют без зазора по образующим прямым линиям и перекатываются друг по другу. Циклические поверхности 9 полостей 6 и лопаток 7 проскальзывают по образующим окружностям. В полостях 6 и лопатках 7 выполнено горло, сужающееся в поперечном сечении, путем сближения циклических поверхностей 9. Горло разделяет компрессорный и расширительный отсеки. В нем размещена камера сгорания с форсунками и свечой зажигания. Поверхности 8 и 9 отсекают объемы полостей 6, которые в виде волн смещаются по спирали в компрессорном и расширительном отсеках. Волновые объемы в горле имеют минимальную величину и увеличиваются к периферийным концам полости 6, где они открываются и сливаются с атмосферой окружающей среды. Активными поверхностями, передающими давление сгорающих газов на вал, являются конические поверхности полостей и лопаток. Их площади к выпускному окну возрастают.

По второму варианту, с целью уравновешивания сил и удвоения момента сил на валу 4, секции установлены симметрично центральной плоскости, проходящей через точку пересечения осей кривошипа 3 и вала 4, и повернуты относительно друг друга на 180 градусов. Центральная плоскость симметрии полостей 6 перпендикулярна оси вала 4, а лопаток 7 перпендикулярна оси кривошипа 3.

Работает двигатель следующим образом. В опорах корпуса 1 вращается вал 4. На его кривошипе 3 качается ротор 2 с помощью устройства ограничения вращения 5. Лопатки 7 качаются в полостях 6. Конические поверхности 8 и циклические спиральные поверхности 9 точками контакта отсекают замкнутые волновые объемы в полости 6. Волны смещаются по спиральной полости 6 в направлении вращения вала 4 и меняют объем. Первоначально в компрессорном отсеке через впускное окно полость 6 имеет связь с окружающей средой. Во время смещения точек контакта взаимодействующих поверхностей полостей 6 и лопаток 7, сдвигающихся от впускного окна к камере сгорания, создается разрежение, а пространство, заключенное между точками контакта сопряженных поверхностей, заполняется воздухом. Волнообразные объемы в сужающемся горле уменьшаются, и происходит сжатие находящегося в них воздуха. В области горла в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое поджигается свечой или, при достаточном давлении, самовоспламеняется. В расширительном отсеке волнообразные объемы увеличиваются по мере приближения к выпускному окну, газ расширяется и выходит в атмосферу. Энергия сгорающего топлива посредством активных конических поверхностей полостей и лопаток преобразуется в механическую энергию, создавая момент силы на валу 4.

Второй вариант исполнения, при котором секции установлены парами, симметрично центральной плоскости, со смещением по фазе на 180 градусов, позволяет получить подобный встречный поток, уравновешивающий осевые силы, действующие на ротор 2, и удваивающий момент сил на валу 4.

Эффективность двигателя определяется тем, что между контактирующими по образующим линиям перекатывающимися коническими поверхностями и проскальзывающими по образующим окружностям циклическими поверхностями полостей и лопаток отсутствует зазор. Площади активных конических поверхностей с приближением по спирали к выпускному окну увеличиваются. Текущий радиус спирали, на котором действует суммарная сила давления газов, увеличивается. Такие решения предотвращают утечки газа и повышают момент силы на валу.

РОТОРНО-ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬРОТОРНО-ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬРОТОРНО-ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬРОТОРНО-ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬРОТОРНО-ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬРОТОРНО-ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬРОТОРНО-ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬРОТОРНО-ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

edrid.ru


© ЗАО Институт «Севзапэнергомонтажпроект»
Разработка сайта