РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СПИРЯКОВА Г.Н. Российский патент 1994 года по МПК F02B55/00 

Изобретение относится к механике и может быть использовано в отраслях промышленности, занятых производством гидро- или пневмо- двигателей. Наибольший эффект от использования изобретения ожидается в результате его применения в качестве аналога газовой турбинной установки для привода, например винта летательного аппарата, электрогенератора и пр.

Известен роторный двигатель, состоящий из корпуса, ротора, оборудованного рабочим каналом с лопатками, входным и выходным устройствами.

Известный роторный двигатель имеет ряд недостатков: недостаточно высокий КПД, сложную конструкцию.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности и упрощение конструкции роторного двигателя.

Для этого в роторном двигателе, состоящем из корпуса, ротора с маховиком, оборудованного рабочим каналом с лопатками, входным и выходным устройствами, в отличие от прототипа ротор совмещен с маховиком, оборудован по меньшей мере одним тороидальным рабочим каналом с развитой аэродинамической внутренней поверхностью, в полости которого на стойке размещено по меньшей мере одно входное устройство, расположенное по касательной к окружности ротора. При этом повышение КПД достигается за счет следующих приемов: в отличие от прототипа, имеющего спиралевидный рабочий канал, оборудован по меньшей мере одним тороидальным рабочим каналом. Это позволяет во-первых, использовать в одном канале всю кинетическую энергию, например, газового потока за счет многократного кольцевого торможения внутри полости рабочего канала на закрепленных в нем лопатках, как средстве аэродинамического развития поверхности, во-вторых, поток, например, газов, выпущенный из одного выходного устройства, ускоряется в попутном направлении струей газов, выпущенных из (другого) других выпускных устройств. Это позволяет лучше использовать энергию рабочего тела. Далее ротор, вращаясь вокруг оси за счет центробежных сил, прижимает поток рабочего тела к поверхности рабочего канала. При этом повышается качество сцепления рабочего тела с ротором и плотность самого рабочего тела. Поэтому в предложенной конструкции удается полностью затормозить поток рабочего тела и преобразовать его энергию.

С целью повышения эффективности и мощности устройства возможно применение нескольких тороидальных рабочих каналов, включенных параллельно на нагрузку. Кроме того, предложенное устройство, реализуя принцип неоднократности вращения потока рабочего тела, позволяет уменьшить габариты и вес конструкции по сравнению с прототипом, который имеет спиральную систему рабочих каналов. Далее в предложенном устройстве могут быть несколько входных устройств, что повышает мощность устройства. В качестве входного устройства может быть использовано сопло Лаваля, которое устанавливается на стойке и расположено по касательной к окружности ротора. Это наиболее выгодное энергетическое положение для передачи импульса от потока рабочего тела к ротору. Выходное устройство упрощено в данной конструкции и может быть выполнено в виде щели в тороиде, которая одновременно используется и для обеспечения прохода стойки выходного устройства.

На фиг. 1 изображен ротор роторного двигателя, разрез, на фиг. 2 - общий вид роторного двигателя с одним тороидальным рабочим каналом, и двумя выходными устройствами в виде сопел Лаваля, разрез.

Роторный двигатель состоит из корпуса 1, выполненного из металла или пластика. Вид материала зависит от свойств рабочего тела. Корпус 1 имеет две крышки 2, 3, которые крепятся к корпусу при помощи болтов или иного крепления. Крышка 2 в центральной части имеет отверстие 4, в котором находится подшипник. Крышка 3 имеет выпускные отверстия 5 для выхода отработанного рабочего тела во вне. К этим отверстиям может быть подключен трубопровод для сбора отработанного рабочего тела. Через крышку 3 выведен во вне патрубок 6 для подачи рабочего тела, газ и двигатель, а через крышку 2 выведен во вне рабочий вал 7. Патрубок 6 закреплен на крышке 3. Рабочий вал 7 крепится к маховику 8, который совмещен конструктивно с ротором. Маховик служит для снижения пульсаций при работе на импульсную нагрузку и обеспечения плавности хода ротора. В полости корпуса 1 находится ротор 9, оборудованный одним тороидальным рабочим каналом 10. Ротор 9 может также быть разборным с целью повышения технологичности сборки. Рабочий канал 10 выполнен разборным и элементы его скреплены при помощи болтов. Внутренняя поверхность рабочего канала 10 оборудована лопатками 11. В полости рабочего канала 10 установлены два входных устройства 12 в виде сопел Лаваля, противоположная соплу сторона имеет аэродинамическую форму с целью снижения потерь их вихреобразования. Входные устройства 12 обеспечивают пару сил, приводящую ротор во вращение. Они установлены на стойках 13, которые одновременно являются каналами для подачи рабочего тела. С целью работы входного устройства 12 оно помещено в паз 14 рабочего канала 10.

Устройство работает следующим образом.

При подаче в патрубок 6 под давлением рабочего тела - газа оно по стойкам 13 поступает в входные устройства 12, там, расширяясь в соплах Лаваля, приобретает большую скорость и по касательной к окружности ротора 9 взаимодействует с лопатками 11 рабочего канала 10. При этом часть газового потока тормозится близко расположенными лопатками, часть, изменяя свое направление под действием кривизны поверхности рабочего канала 10, движется по кругу. При этом на всем протяжении пути струя газа отдает энергию ротору через лопатки. Ротор 3 начинает вращаться в направлении движения потока газа в его рабочем канале. Вращается и вал 7, с которого можно снимать мощность. Вращение накапливает энергию в маховике 8. Совершив пол оборота вместе с ротором, поток газа попадает под струю газа из второго входного устройства, при этом потерянная энергия восполняется и поток продолжает движение с прежней изначальной энергией.

Часть заторможенного потока рабочего тела, скорость движения которого относительно ротора равна нулю, выходит из рабочего канала 10 и через паз 14 в полость корпуса 1 и далее через отверстия 5 во вне. Движущийся газ, скорость которого больше скорости движения ротора, прижимается центробежными силами к поверхности рабочего канала и тормозится его лопатками. Рост скорости возможен до тех пор, пока скорость газового потока, выходящего из входного устройства, не совпадает по значению с линейной скоростью вращения ротора. Это при давлении газа порядка 5 атм. составляет 400-500 м/с. При увеличении скорости вращения ротора количество сжатого газа, находящегося в полости рабочего канала, растет его плотность, и естественно его взаимодействие с потоком газа из входного устройства. В качестве входного устройства могут быть использованы сопла реактивных двигателей, в качестве рабочего тела - пар, газ в том числе и полученные при сжигании топлива. Отдельные рабочие каналы могут быть размещены параллельно и оборудованы отдельными входными устройствами. При использовании жидкого рабочего тела, например воды, сброс излишнего объема может быть проведен через специальные отверстия за счет центробежных сил вращения ротора. В отдельных конструкциях отбор рабочего тела из полости рабочего канала может быть произведен посредством заборного отверстия, расположенного позади сопла Лаваля. Излишнее рабочее тело в этом случае поступает в сборник и используется вновь. При этом рабочий канал закрыт герметично при помощи скользящего контакта.

Предложенный роторный двигатель имеет большой КПД, мощность не имеет дефицитных материалов и элементов, прост в изготовлении и надежен в эксплуатации, может использоваться в широкой гамме машин и механизмов, не боится перегрузок и может работать в полностью оставленном режиме. (56) Патент СССР N 694094, кл. F 02 B 55/00, 1971.

Изобретение относится к механике и может быть использовано в отраслях промышленности, занятых производством гидро- или пневмодвигателей. Наибольший эффект от использования изобретения ожидается в результате его применения в качестве аналога газовой турбинной установки для привода, например, винта летательного аппарата, электрогенератора и пр. Целью изобретения является повышение эффективности и упрощение конструкции. Известен роторный двигатель, состоящий из корпуса 1, ротора 9, оборудованного рабочим каналом 10 с лопатками 11, входным 12 и выходным устройствами. При этом ротор совмещен с маховиком 8, оборудован по меньшей мере одним тороидальным рабочим каналом с развитой аэродинамической внутренней поверхностью, в полости которого на стойке размещено по меньшей мере одно входное устройство, расположенное по касательной к окружности ротора. 2 ил.

Роторный двигатель, включающий корпус, ротор с маховиком, оборудованный рабочим каналом с лопатками, входным и выходным устройствами, отличающийся тем, что ротор совмещен с маховиком, оборудован по меньшей мере одним тороидальным рабочим каналом с развитой аэродинамической поверхностью, в полости которого на стойке размещено по меньшей мере одно входное устройство, расположенное по касательной к окружности ротора.