Роликолопастной двигатель с внешним подводом тепла - RU2469203C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к машиностроению, а именно к тепловым двигателям с внешним подводом тепла, и может быть использовано для преобразования тепловой энергии в механическую в приводах различных механизмов, в частности для привода электрогенераторов микро- и мини-ТЭЦ.

Известен роторно-поршневой двигатель с внешним подводом тепла (патент РФ №2387844, МПК F01G 1/077, F02G 11/044, опубл. 27.04.2010 г.), содержащий два рабочих узла, каждый из которых имеет цилиндр, внутри которого установлены с возможностью вращения два подвижных ротора. Каждый ротор содержит выходной вал и два поршня, при этом между поршнями образованы четыре рабочих камеры. Роторы вращаются неравномерно, а именно по закону, задаваемому кулачковым механизмом. Такт сжатия и расширения в рабочей камере происходит между поршнями роторов в момент сближения или удаления поршней друг от друга.

Недостатком такой конструкции является наличие сложной системы преобразования колебательного движения ротора во вращательное движение вала.

Известен роторный двигатель с внешнем подводом теплоты (патент РФ №2255235, МПК F01G 1/04, опубл. 27.06.2005 г.) с рабочим телом, находящимся в нем под избыточным давлением, содержащий, по меньшей мере, два рабочих цилиндра, в каждом из которых размещен ротор. Роторы расположены на одном эксцентриковом валу и снабжены разделительными пластинами. Двигатель также имеет нагреватель, холодильник и теплообменник. Рабочие цилиндры имеют разные по величине рабочие объемы и соединены между собой соответствующим образом каналами. При этом полость нагнетания малого цилиндра соединена каналом с полостью расширения большого цилиндра через теплообменник и нагреватель, а полость расширения малого цилиндра соединена каналом с полостью нагнетания большого цилиндра через теплообменник и охладитель.

Недостатком такой конструкции является то, что расположение роторов на одном эксцентриковом валу технологически усложняет изготовление такого двигателя, что непосредственно влияет на себестоимость.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности и удельной мощности двигателя.

Это достигается тем, что в роликолопастном двигателе с внешним подводом тепла, с рабочим телом, находящимся в нем под избыточным давлением, содержащем расположенные на валу, по меньшей мере, два рабочих цилиндра с разными рабочими объемами и роторами, соединенные между собой подводящим и отводящим трубопроводами через охладительную систему, регенератор и нагреватель, в корпусах рабочих цилиндров установлены выполненные с пазами ролики-разделители, кинематически связанные с валом механизмом синхронизации, а соосно расположенные на валу роторы рабочих цилиндров снабжены лопастями, создающими с корпусом рабочего цилиндра, ротором и роликами-разделителями рабочие объемы рабочих цилиндров, кроме того, лопасти одного ротора расположены с угловым сдвигом относительно лопастей другого ротора.

На фиг.1 представлен общий вид роликолопастного двигателя с внешним подводом тепла; на фиг.2 - вид А (вид справа); на фиг.3 - сечение Б-Б; на фиг.4 - сечение В-В, разрез рабочего цилиндра большего объема; на фиг.5 - сечение Г-Г, разрез рабочего цилиндра меньшего объема.

Роликолопасной двигатель с внешним подводом тепла содержит два с разными объемами рабочих цилиндра 1 и 2 (фиг.1, 3) с роторами 3 и 4, установленными на валу 5 (фиг.3). В рабочем цилиндре большего объема 1 установлены ролики-разделители с пазами 6, 7, 8, 9 (фиг.4), а в рабочем цилиндре меньшего объема установлены ролики-разделители с пазами 10, 11, 12, 13 (фиг.5). Ролики-разделители 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 кинематически связаны с валом 5 механизмом синхронизации 14. Можно применить, например, четырехлопастной ротор. Ротор 3 имеет лопасти 15, 16, 17, 18, а ротор 4 имеет лопасти 19, 20, 21, 22. Лопасти ротора 3 расположены с угловым сдвигом по отношению к лопастям ротора 4. Рабочий объем рабочего цилиндра 1 посредством подводящего трубопровода 23 соединен с нагревателем 24, а посредством отводящего трубопровода 25 через охладительную систему 26 и подводящий трубопровод 27 с рабочим объемом рабочего цилиндра 2. Рабочий объем рабочего цилиндра 2 посредством отводящего трубопровода 28 через регенераторы 29 соединен с нагревателем 24. Кроме того, в подводящих трубопроводах 23 и 27 установлены регулирующие клапанные механизмы 30 и 31.

Устройство работает следующим образом.

При нагреве рабочего тела, например газа, в нагревателе 24 происходит повышение давления в подводящем трубопроводе 23, открываются клапаны регулирующего клапанного механизма 30 и в рабочий цилиндр 1 поступает порция рабочего газа, которая, воздействуя на лопасти 16 и 18 ротора 3, приводит его в движение.

После того как лопасти 16 и 18 достигнут канала отвода газа, рабочее тело поступает в отводящие трубопроводы 25 и соответственно в охладительную систему 26, где снижается температура и давление газа. Далее через клапаны регулирующего клапанного механизма 31 газ поступает в рабочий цилиндр 2, выполняющий функцию компрессора, сжимается и через отводящие трубопроводы 28 и регенератор 29 поступает в нагреватель 24. Затем цикл движения рабочего тела по устройству повторяется.

В каждом рабочем цилиндре образуется два рабочих объема, которые ограничиваются роликами-разделителями, лопастями, ротором и рабочим цилиндром. В четырех рабочих объемах рабочих цилиндров осуществляются все такты термодинамического цикла Стирлинга: впуск, сжатие, подвод тепла, рабочий ход, выпуск и отвод тепла. Из-за разницы в площадях поверхности роторов 3, 4 возникает результирующая сила

F=2Δp(S_b-S_m),

где F - результирующая сила, действующая на ротор;

Δр - разность давлений в ветвях высокого и низкого давлений;

S_b - рабочая площадь лопасти большого ротора:

S_m - рабочая площадь лопасти малого ротора.

Эта сила вращает вал 5 с роторами 3 и 4, и рабочее тело непрерывно циркулирует, последовательно проходя через всю систему.

Частота вращения обеспечивается автоматической системой управления регулирования давления рабочего тела, а полезный рабочий объем двигателя равен разности объемов двух цилиндров, что позволяет задавать требуемую мощность двигателя. Применение регулирующего клапанного механизма позволяет задавать требуемые параметры рабочего процесса.

Реферат

Изобретение относится к машиностроению. Роликолопастной двигатель с внешним подводом теплоты содержит расположенные на валу, по меньшей мере, два рабочих цилиндра с разными рабочими объемами и роторами, соединенные между собой подводящими и отводящими трубопроводами, а также с нагревателем, охладительной системой и регенераторами. В корпусах рабочих цилиндров установлены выполненные с пазами ролики-разделители, кинематически связанные с валом механизмом синхронизации. Соосно расположенные на валу роторы рабочих цилиндров снабжены лопастями, создающими с корпусом рабочего цилиндра, ротором и роликами-разделителями рабочие объемы рабочих цилиндров. Лопасти одного ротора расположены с угловым сдвигом относительно лопастей другого ротора. В подводящих трубопроводах установлен регулирующий клапанный механизм. Изобретение направлено на упрощение конструкции, повышение надежности и удельной мощности двигателя. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула