роторный двигатель непрерывного сгорания

Формула изобретения

Роторный двигатель непрерывного сгорания, содержащий корпус с кольцевой полостью, в которой эксцентрично расположен ротор с радиально расположенными в его пазах лопастями, разделяющими кольцевую полость на изменяющиеся рабочие объемы, механизм, воспринимающий центробежную силу лопастей, установленный в корпусе на подшипниках концентрично корпусу, систему газообмена и подачи топлива, выполненные в виде каналов и трубопроводов, камеру сгорания, вынесенную за пределы рабочих объемов, отличающийся тем, что механизм, воспринимающий центробежную силу лопастей, выполнен в виде двух стаканов, установленных на подшипниках концентрично корпусу, и башмаков или роликов, установленных на цапфах лопастей с возможностью поворота относительно цапф и опирающихся на внутренние поверхности стаканов, причем камера сгорания одновременно соединена с зонами сжатия и расширения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в автомобилестроении.

Известны двигатели [1] со сжатием и расширением за счет изменения объема. К ним относятся поршневые и роторно-поршневые двигатели, выполненные по схеме Ванкеля.

Недостатком известных двигателей является низкий КПД, обусловленный гидравлическими и тепловыми потерями вследствие прерывистости процесса и недорасширения, обусловленного равенством геометрической степени сжатия и расширения.

Известны газотурбинные двигатели [2], в которых реализован непрерывный рабочий процесс с полным расширением.

Недостатком известных двигателей является то, что, использование для сжатия и расширения аэродинамических и центробежных сил затрудняет получение приемлемых КПД у малоразмерных двигателей (до 100 кВт) вследствие низкой эффективности компрессоров и турбин при малых расходах воздуха.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является роторный двигатель непрерывного сгорания [3], содержащий корпус с кольцевой полостью, в которой эксцентрично расположен ротор с радиально расположенными в его пазах лопастями, разделяющими кольцевую полость на изменяющиеся рабочие объемы, механизм синхронизации движения лопастей, установленный концентрично корпусу на подшипниках, выполненный в виде двух лепестковых шайб с возможностью изгиба лепестков, систему газообмена и подачи топлива, выполненные в виде каналов и трубопроводов, и камеру сгорания, вынесенную за пределы рабочих объемов. Следует иметь в виду, что название "механизм синхронизации движения лопастей" пришло в прототип [3] из патента США №403299, кл. 123-843 опубл. 1977 г. Фактически он является механизмом, воспринимающим центробежную силу лопастей. Так его предлагается называть далее в описании и формуле предлагаемого изобретения.

Недостатком прототипа является возникновение перекоса лопастей и повышенное трение, и износ по торцам лопастей, вызываемые изгибом лепестковых шайб и различными моментами трения в подшипниках механизма, воспринимающего центробежную силу лопастей, приводимых во вращение лопастями через лепестковые шайбы.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение ресурса работы двигателя и уменьшение потерь на трение за счет устранения перекоса лопастей.

Указанная задача решается тем, что роторный двигатель непрерывного сгорания содержит корпус с кольцевой полостью, в которой эксцентрично установлен ротор с радиально установленными в его пазах лопастями, разделяющими кольцевую полость на изменяющиеся рабочие объемы, систему газообмена и подачи топлива, выполненные в виде каналов и трубопроводов, камеру сгорания, вынесенную за пределы рабочих объемов и механизм, воспринимающий центробежную силу лопастей, выполненных в виде двух стаканов, установленных на подшипниках концентрично корпусу, и башмаков или роликов, установленных на цапфах лопастей с возможностью поворота относительно цапф и опирающихся на внутренние поверхности стаканов.

Изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 показан продольный разрез двигателя, на фиг.2 - поперечный разрез двигателя по рабочим полостям, на фиг.3 - поперечный разрез двигателя по башмакам.

Предлагаемый двигатель содержит внутренний корпус 1, наружный корпус 2, образующие кольцевую полость, в которой эксцентрично с корпусами 1 и 2 на подшипниках 6 установлен ротор в виде кольца 3 с торцевыми крышками 4 и лопастями 5, механизм, воспринимающий центробежную силу лопастей, выполненный в виде двух стаканов 8 и башмаков 7 или роликов, на которые опираются цапфы лопастей 5 с возможностью поворота. Стаканы 8 установлены на подшипниках 9 концентрично корпусам 1 и 2, вал отбора мощности 10, приводимый во вращение шестернями 11 и 12, впускной патрубок 13, трубопроводы 14, выхлопные отверстия 15 и камеру сгорания 16.

Работа предлагаемого двигателя осуществляется следующим образом. При вращении ротора по часовой стрелке рабочая смесь от карбюратора (на чертежах не показан) через патрубок 13 отверстия во внутреннем корпусе 1 поступает в рабочие объемы, образованные внутренним корпусом 1, кольцом ротора 3, торцевыми крышками 4 и лопастями 5 ротора, в зону всасывания А, где рабочие объемы увеличиваются. В зоне сжатия Б эти объемы уменьшаются и топливовоздушная смесь сжимается. Сжатая смесь по трубопроводу 14 вытесняется в камеру сгорания 16. Продукты сгорания по трубопроводу 14 поступают в зону расширения В. Ее рабочие объемы образованы наружным корпусом 2, кольцом ротора 3, торцевыми крышками 4 и лопастями 5. При вращении ротора по часовой стрелке объемы в зоне В увеличиваются и продукты сгорания, расширяясь, совершают работу. Расширившись, продукты сгорания попадают в зону Г выхлопа и отводятся через отверстия 15. Поскольку рабочие объемы в зоне Б сообщаются с трубопроводом 14 через выборку Д во внутреннем корпусе, а рабочие объемы в начале зоны расширения через выборку Е в наружном корпусе, одновременно с камерой сгорания 16 сообщены несколько рабочих объемов, как зоны сжатия, так и зоны расширения. Это обеспечивает непрерывность рабочего процесса и процесса сгорания.

Лопасти 5 своими цапфами через башмаки 7 опираются на внутренние поверхности стаканов 8 и передают на них центробежную силу, возникающую при вращении лопастей. Возникающее при этом отклонение траектории движения лопастей от окружности компенсируется уплотнениями лопастей (на чертеже не показаны).

Применение стаканов 8 с опертыми на их внутренние поверхности лопастями 5 через башмаки 7 устраняет силы трения, вызываемые усилиями изгиба лепестков прототипа, и одновременно исключает возможность перекоса лопастей 5 и их трение о торцевые крышки 4, что способствует увеличению ресурса работы двигателя.

Список использованных источников

1. Кузьмин Г.А. Конструкция авиационных двигателей. М., 1962. 441 с.

2. Скубочевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М., 1969. 542 с.

3. Патент №2029113. Роторный двигатель непрерывного сгорания, МПК F02B 53/00, 1995 г.