РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 1995 года по МПК F02B53/00 F02B43/08 

Изобретение относится к роторно-поршневым тепловым двигателям и может быть использовано в промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте, в быту.

Известный роторно-поршневой тепловой двигатель Ванкеля имеет существенные недостатки, т.е. неработоспособность на дешевом твердом топливе, виброактивность ротора, прерывность горения топлива.

Кривошипно-шатунный тепловой двигатель (прототип) также имеет существенные недостатки, т. е. виброактивность преобразователя, малую долговечность из-за засорения золой малодоступных участков.

Цель изобретения увеличение долговечности, уменьшение виброактивности и упрощение конструкции.

Для этого роторная машина содержит роторное колесо, часть боковой поверхности которого, связанного жестко с валом, выполнена в виде части поверхности тора, пластинчатый поршень, связанный жестко с роторным колесом, дискообразный обтюратор, в котором для прохождения поршня выполнен паз, соединенный шарнирно с корпусом, в котором выполнена проточка для прохождения обтюратора, при помощи зубчатой конической передачи связанного с роторным колесом, ось вращения которого относительно корпуса и ось вращения ротора относительно корпуса выполнены в виде скрещивающихся прямых.

На фиг. 1 изображен тепловой преобразователь химической энергии твердого топлива в тепловую энергию рабочего газа продукта сгорания этого топлива; на фиг. 2 роторно-поршневые компрессор и часть механического преобразователя тепловой энергии рабочего газа в механическую работу вращающегося вала; на фиг. 3 атомный реактор подземного преобразователя атомной энергии в тепловую энергию рабочего воздуха; на фиг. 4 система для управления работой атомного реактора.

На фигурах частично изображены газопровод 1, часть стойки корпус 2 теплового преобразователя, колосниковая решетка 3, воздухопровод 4, полость 5 корпуса 2, бункер 6, полость 7 бункера, обтюратор 8, часть 9 боковой поверхности обтюратора, часть 10 тороидальной поверхности роторного колеса, корпус 11 механического преобразователя, роторное колесо 12 компрессора, вал 13, роторное колесо 14 механического преобразователя, пластинчатый поршень 15 механического преобразователя, паз 16 в обтюраторе, система 17 для управления работой атомного реактора 18.

П р и м е р 1. Тепловой преобразователь содержит корпус 2, колосниковую решетку 3, установленную в этом корпусе, часть полости 5 которого выполнена в виде полости камеры сгорания, бункер 6, в цилиндрической стенке которого, соединенного герметически с корпусом 2, выполнено окно, крышку, в полости которой, связанной жестко с этим корпусом, выполнен бункер 6 подачи твердого топлива, соединенный шарнирно с крышкой, в цилиндрической стенке которой имеются верхнее отверстие, выполненное с возможностью совпадения с окном и сообщения с атмосферой, участок для герметического закрытия окна и нижнее отверстие, выполненное с возможностью совпадения с окном и сообщения с полостью теплового преобразователя, газопровод 1, соединенный герметически с корпусом 2, в стенке которого выполнено отверстие, сообщающее полость газопровода и полость 5 этого корпуса, воздухопровод 4, соединенный герметически с корпусом 2, в стенке которого выполнено отверстие, сообщающее полость воздухопровода и полость этого корпуса, компрессор, в стенке корпуса которого, связанной жестко с частью стойки, выполнено отверстие, сообщающее атмосферу и всасывающую полость этого корпуса, в стенке которого, соединенного герметически с
воздухопроводом, выполнено отверстие, сообщающее полость воздухопровода и нагнетательную полость компрессора, корпус 11 механического преобразователя, содержащего вал 13, связанный кинематически с частью компрессора, роторное колесо 14, боковая поверхность которого выполнена в виде части 10 поверхности ротора, связанного жестко с валом 13, соединенным шарнирно с этим корпусом, соединенным герметически с газопроводом 1, обтюратор 8, соединенный шарнирно с корпусом 11, в котором выполнен паз для прохождения обтюратора, в котором имеется паз 16 для прохождения пластинчатого поршня 15, ось вращения которого относительно этого корпуса и ось вращения обтюратора 8 относительно корпуса 11 выполнены в виде скрещивающихся прямых, в стенке корпуса 11 которого выполнены отверстия впускное и выпускное, сообщающее атмосферу и выпускную полость этого корпуса, первое колесо зубчатой передачи, связанное жестко с обтюратором, второе зубчатое колесо, сцепленное с первым колесом и соединенное шарнирно со стойкой, третье зубчатое колесо, связанное жестко со вторым колесом, и четвертое зубчатое колесо, сцепленное с третьим колесом и связанное жестко с роторным колесом 14, золотник для периодического открытия впускного отверстия, сообщающего полость газопровода и примыкающего к рабочей полости корпуса 11 полость золотника, связанного жестко с частью роторного колеса 14, установленного в корпусе механического преобразователя, в котором выполнены минимальные технологические зазоры между корпусом 11, колесом 14, поршнем 15 и обтюратором, взятыми попарно.

П р и м е р 2 отличается от примера 1 тем, что средство регулирования газообмена выполнено в виде подпружиненных воздухопроводного и газопроводного клапанов с кулачковым приводом, установленных соответственно в воздухопроводе и газопроводе, жестко связанного с роторным колесом.

П р и м е р 3 отличается от примера 2 тем, что преобразователь энергии в тепловую энергию рабочего газа выполнен в виде подземного атомного реактора 17 с системой 18 управления его работой и полости между его корпусом и корпусом теплового преобразователя для прохождения и нагрева воздуха.

Работа машины по примеру 1 происходит следующим образом.

В течение частей периода, за который ротор делает оборот относительно корпуса, отработавший газ из выпускной полости механического преобразователя выталкивается поршнем 15 механического преобразователя в атмосферу через первое выпускное отверстие; в течение частей периода воздух из атмосферы через второе впускное отверстие поступает во всасывающую полость компрессора. Во время прохождения поршня 15 механического преобразователя через паз 16, выполненный в обтюраторе 8 и проходящий через примыкающую к ротору механического преобразователя часть паза, выполненного в корпусе 11, первое выпускное отверстие сообщает атмосферу и полости механического преобразователя. Во время прохождения паза 16 через примыкающую к ротору механического преобразователя часть паза, выполненного в корпусе 11, возникает между обтюратором и поршнем 15 полость, которая в конце этого прохождения становится герметически закрытой полостью, которая после прохождения поршня 15 мимо первого впускного отверстия и после открытия этого отверстия становится рабочей полостью механического преобразователя, которая выполнена между частью обтюратора и поршнем 15. Из корпуса 2 теплового преобразователя по газопроводу 1 поступает рабочий газ в рабочую полость механического преобразователя через первое впускное отверстие, открытое газораспределением, и совершает работу, расширяясь и толкая поршень 15, который толкает роторное колесо 14 механического преобразователя и вал 13, а они действуют соответственно на части, включающие часть, предназначенную для выполнения полезной работы, и ротор компрессора. Газораспределением закрывается первое впускное отверстие, во время закрытия которого герметически закрывается рабочая полость, в которой рабочий газ совершает работу: поршень 15 проходит мимо первого выпускного отверстия, во время открытия которого в конце периода исчезает выпускная полость механического преобразователя, рабочая полость становится новой выпускной полостью. В течение частей периода соответственно после прохождения поршня 15 через паз 16 поршень компрессора проходит через паз 16, проходящий через часть паза, выполненную в корпусе 11, примыкающую к роторному колесу 12 компрессора и сообщающую атмосферу и полости компрессора; во время прохождения паза 16 через примыкающую к ротору компрессора часть паза, выполненного в корпусе 1, возникает между обтюратором и поршнем компрессора полость, во время прохождения поршня компрессора мимо второго впускного отверстия всасывающая полость, которая становится соответственно герметически закрытой нагнетательной и новой всасывающей полостями компрессора; воздух в нагнетательной полости, герметически закрытой рабочей частью воздухопроводного клапана, сжимается; сжатый воздух, действующий на рабочую часть воздухопроводного клапана, открывает второе выпускное отверстие, через которое из нагнетательной полости компрессора по воздухопроводу 4 поступает в корпус 2, в котором поддерживает горение твердого топлива, во время горения которого возникает продукт сгорания топлива рабочий газ, температура и давление которого увеличиваются. В конце периода во время прохождения паза 16 через паз, выполненный в корпусе 11, автоматически рабочая часть воздухопроводного клапана закрывает второе выпускное отверстие под действием клапанной пружины и под давлением находящегося в воздухопроводе газа, величину атмосферного давления превышает величина давления которого, действующего на рабочую часть воздухопроводного клапана.

Сущность изобретения: роторная машина содержит три последовательно установленных полых корпуса соответственно компрессора, теплового преобразователя и механического преобразователя, последовательно связанных с атмосферой и между собой воздухопроводами, газопроводами и средствами регулирования газообмена, бункер для подачи твердого топлива в виде сопряженного с корпусом теплового преобразователя полого цилиндра с окном на боковой поверхности, выполненным с возможностью последовательно сообщения с атмосферой или полостью теплового преобразователя или разобщения с ними, установленные в корпусе теплового преобразователя. Механизмы компрессора и механического преобразователя выполнены роторными. Роторные колеса компрессора и механического преобразователя снабжены пластинчатыми поршнями, сопряженными с поверхностями соответствующих полостей и жестко связаны между собой. Корпусы снабжены дискообразным обтюратором с отверстием, установленным в общей кольцевой проточке их корпусов и связанным зубчатой конической передачей с роторными колесами компрессора и механического преобразователя так, что оси скрещиваются между собой, а поверхность роторного колеса механического преобразователя выполнена в виде части тора. Средство регулирования газообмена выполнено в виде подпружиненных воздухопроводного и газопроводного клапанов с кулачковым приводом, установленных соответственно в газопроводе и вохдухопроводе теплового преобразователя. Кулачок привода клапанов жестко связан с роторным колесом и кинематически с клапаном. Средство регулирования газообмена выполнено золотниковым в виде каналов в роторном колесе механического преобразователя, расположенных с возможностью периодического сообщения их с возможностью периодического сообщения их с его полостью и газопроводами. Тепловой преобразователь выполнен в виде подземного атомного реактора с системой управления его работой и полостью между корпусом теплового преобразователя. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. РОТОРНАЯ МАШИНА, содержащая три последовательно установленных полых корпуса соответственно компрессора, теплового преобразователя и механического преобразователя, последовательно связанных с атмосферой и между собой воздухопроводами, газопроводами и средствами регулирования газообмена, бункер для подачи твердого топлива в виде сопряженного с корпусом теплового преобразователя полого цилиндра с окном на боковой поверхности, выполненным с возможностью последовательного его сообщения с атмосферой или с полостью теплового преобразователя или разобщения с ними, и колосниковую решетку, установленные в корпусе теплового преобразователя, причем механизмы компрессора и механического преобразователя выполнены роторными, отличающаяся тем, что роторные колеса компрессора и механического преобразователя снабжены пластинчатыми поршнями, сопряженными с поверхностями соответствующих полостей и жестко связаны между собой, корпусы снабжены дискообразным обтюратором с отверстием, установленным в общей кольцевой проточке их корпусов и связанным зубчатой конической передачей с роторными колесами компрессора и механического преобразователя так, что их оси скрещиваются между собой, а поверхность роторного колеса механического преобразователя выполнена в виде части тора. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что средство регулирования газообмена выполнено в виде подпружиненных воздухо- и газопроводного клапанов с кулачковым приводом, установленных соответственно в газо- и воздухопроводе теплового преобразователя. 3. Машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что кулачок привода клапанов жестко связан с роторным колесом и кинематически с клапаном. 4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что средство регулирования газообмена выполнено золотниковым в виде каналов в роторном колесе механического преобразователя с возможностью периодического сообщения их с его полостью и газопроводами. 5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что тепловой преобразователь выполнен в виде подземного атомного реактора с системой управления его работой и полостью между его корпусом и корпусом теплового преобразователя.