ГАЗОВАЯ МАШИНА Российский патент 1996 года по МПК F02B53/00 F02B43/08 

Изобретение относится к газовым машинам.

Известен двигатель Ванкеля, описание которого напечатано в Советском энциклопедическом словаре в 1982 г. имеющий существенные недостатки, заключающиеся в прерывности горения, неработоспособности на твердом топливе.

Известен двигатель [1] недостатком которого является неработоспособность на твердом топливе, малые работоспособность механического преобразователя, долговечность и КПД.

На фиг. 1 изображен плоский механизм роторно-поршневого механического преобразователя; на фиг.2 тепловой преобразователь; на фиг.3 изображена зубчатая передача с внутренним зацеплением; на фиг.4 показан атомный реактор.

Газовая машина содержит корпус 1 механического преобразователя (фиг.1), ротор 2, рабочую полость 3 корпуса 1, газопровод 4, впускное отверстие 5 в стенке этого корпуса, часть 6 поверхности поршня 21, полость 7 радиального паза ротора, часть 8 поверхности паза ротора, часть 9 поверхности вогнутого внутреннего участка корпуса 1, часть 10 поверхности паза ротора, часть 11 поверхности поршня 14, выпускное отверстие 12 в стенке корпуса 1, выпускную полость 13 корпуса 1, поршень 14, крайнюю точку 15 поршня 14, промежуточную полость 16 корпуса 1, часть 17 поверхности паза ротора, часть 18 поверхности поршня 14, часть 19 поверхности поршня 21, часть 20 поверхности паза ротора, поршень 21, крайнюю току 22 поршня 21, корпус 23 теплового преобразователя, воздухопровод 24, колосниковую решетку 25, полость 26 корпуса 23, бункер 27, полость 28 бункера подачи топлива, ролик 29, колеса 30 и 31 зубчатой пеpедачи, полюс точка прямой оси 32 вращения ротора относительно корпуса 1, прямая ось 33 вращения колеса 31 относительно корпуса 1, прямая ось 34 вращения поршня относительно корпуса 1, прямая ось 34вращения поршня относительно зуба колеса 31, атомный реактор 35, систему 36 для управления работой атомного реактора.

Второй пример конкретного выполнения машины содержит системы регулятора скорости, питания, смазки, охлаждения, зажигания и газораспределения, корпус 23 теплового преобразователя, бункер 27 подачи топлива, соединенный герметически с этим корпусом, крышку, соединенную шарнирно с бункером, в цилиндрической стенке которого выполнено окно, установленное в полости крышки, в цилиндрической стенке которой, связанной жестко с корпусом 23, выполнены 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 полостью камеры сгорания, колосниковую решетку 25, установленную в этом корпусе, часть полости 26 которого выполнена в виде полости камеры сгорания, газопровод 4, соединенный герметически с корпусом 23, в стенке которого выполнено отверстие, сообщающее полость газопровода и полость этого корпуса, воздухопровод 24, соединенный герметически с корпусом 23, в стенке которого выполнено отверстие, сообщающее полость воздухопровода и полость этого корпуса, корпус часть компрессора, в стенке которого, выполненный в виде части стойки, выполнено отверстие, сообщающее атмосферу и всасывающую полость этого корпуса, в стенке которого, соединенный герметически с воздухопроводом, выполнено отверстие, сообщающее полость воздухопровода и нагнетательную полость компрессора, корпус 1 механического преобразователя, вал, связанный с частью компрессора, ротор 2, в котором, связанном жестко с валом, выполнены сходные радиальные пазы, поршень 14, часть которого, выполненного частично вне ротора, выполнена в пазу, поршень 21, сходный с поршнем 14, связанным жестко с поршнем 21, образующим поступательную пару с ротором, боковая поверхность которого выполнена в виде части поверхности вращения, соединенным шарнирно с корпусом 1, в стенке которого соединенного герметически с газопроводом, выполнены отверстия, впускное и выпускное, сообщающее атмосферу и выпускную полость корпуса 1 механического преобразователя, в котором выполнены минимальные технологические зазоры между этим корпусом, ротором, поршнем, взятыми попарно, золотник для периодического открытия впускного отверстия, сообщающего полость газопровода и примыкающую к рабочей полости корпуса 1 полость золотника, связанного жестко с частью ротора, установленного эксцентрично в этом корпусе, образующем кинематическую пару с поршнем 21, крайняя точка 22 которого выполнена с возможностью совпадения с любой точкой замкнутой линии, неподвижной относительно корпуса 1 и определяемой в полярной системе координат при помощи функции
(ρ-a)²= 2 (1-cos(2α-2Φ)) где ρ- радиус-вектор расстояние от прямой оси вращения ротора относительно корпуса 1 до крайней точки 22 поршня 21; 2R диаметр ротора; Φ- величина полярного угла; a расстояние от прямой оси 34 вращения колеса 31 относительно поршня 21 до крайней точки 22 этого поршня.

Третий пример отличается от второго тем, что преобразователь энергии выполнен в виде подземного атомного реактора 36, снабжен системой 35 управления его работой и воздушной полостью, расположенной вокруг реактора.

Четвертый пример отличается от второго тем, что во впускном газопроводе корпуса 1 установлен подпружиненный клапан, кинематически связанный с кулачком, жестко установленным на роторе.

В седьмом примере ролик насажен на ось, на которую насажен поршень 21, и прилегает к плоским частям 8 и 20 поверхности ротора 2, второй ролик насажен на вторую ось, на которую насажен поршень 14 и прилегает к плоским частям 10 и 17 поверхности ротора 2.

Работа по первому примеру, преобразующая химическую энергию твердого топлива в механическую работу вала, относительно стойки вращающегося и делающего за период работы один оборот. В начале периода поршень 21, пересекаемый прямолинейным отрезком, включающим начало центр отверстия 5 и конец центр отверстия 11, проходит середину этого отрезка; рабочий газ продукт сгорания твердого топлива возникает во время горения этого топлива в камере сгорания и поступает из полости 26 корпуса 23 по газопроводу 4 через впускное отверстие 5 в рабочую полость 3 корпуса 1; рабочий газ действует на поршень 14, ротор 2 и вал, а они действуют соответственно на части, включающие поршень 14, ротор 2, вал и соответственно части, выполняющие полезную работу и связанные с частью компрессора, нагнетающего в полость 26 воздух, поддерживающий горение топлива в корпусе 23. В течение первой части периода рабочий газ в рабочей полости 3 действует на поршни; рабочая площадь поршня 14 больше рабочей площади поршня 21, потому величина силы давления рабочего газа на поршень 14 больше величины силы давления этого газа на поршень 21, поэтому в сторону большей силы против часовой стрелки вращается ротор 2 под действием поршней, толкаемых расширяющимся рабочим газом; поршень 14 из выпускной полости 13 через выпускное отверстие 12 выталкивает в атмосферу отработавший газ; малы величины сил давлений каждого поршня на части цилиндрической части 9 внутренней поверхности корпуса 1, потому что центробежные силы вращающихся поршней частей звена противоположны по направлению.

В начале второй части периода поршень 21 проходит впускное отверстие; рабочая полость 3 становится промежуточной полостью 16; возникает новая рабочая полость 3. В течение второй части периода рабочий газ поступает в новую рабочую полость 3 и толкает поршень 21; отработавший газ выталкивается поршнем 14 в атмосферу. В начале третьей части периода поршень 14 проходит выпускное отверстие 12; промежуточная полость 16 становится новой выпускной полостью 13. В течение второй части периода рабочий газ поступает в новую рабочую полость 3 и толкает поршень 21; отработавший газ выталкивается поршнем 14 в атмосферу. В начале третьей части периода поршень 14 проходит выпускное отверстие 12; промежуточная полость 16 становится новой выпускной полостью 13. В течение третьей части периода рабочий газ поступает в новую рабочую полость 3 и толкает поршень 21, выталкивающий отработавший газ из новой выпускной полости 13 в атмосферу. В конце первой половины нечетного полупериода поршень 14, пересекаемый прямолинейным отрезком, включающим начало центр отверстий 5 и конец центр отверстия 11, проходит середину этого отрезка. Процессы, происходящие в машине в течение четного полупериода, не отличаются от процессов, происходящих в этой машине в течение нечетного полупериода. Твердое топливо извне перемещается в полость 28 бункера 27, полость 28 которого, находящегося в первом положении относительно стойки, примыкает к атмосфере и не примыкает к полости 26; во втором положении бункера 27 относительно стойки, возникшем после первого поворота бункера 27 относительно стойки на 90^о против часовой стрелки, полость 28 не примыкает ни к атмосфере, ни к полости 26; в третьем положении бункера 27 относительно стойки, возникшем после второго поворота бункера 27 на 90^о против часовой стрелки относительно стойки, из полости 28, примыкающей к полости 26 и не примыкающей к атмосфере, топливо под действием веса этого топлива перемещается в полость 26, включающую полость камеры сгорания.

Сущность изобретения: газовая машина, содержащая системы регулятора скорости, питания, смазки, охлаждения, зажигания и газораспределения, а также три последовательно установленных корпуса, соответственно компрессора, теплового преобразователя и плоского механизма роторно-поршневого механического преобразователя, связанных последовательно с атмосферой между собой воздухопроводами и газопроводами, соединенными с корпусами герметически. В полости теплового преобразователя, выполненной в виде камеры сгорания, размещены средства подачи топлива, механизм роторно-поршневого механического преобразователя включает установленный в его полости полый ротор с валом и радиальными пазами, в которых размещены с возможностью перемещения и с минимальными технологическими зазорами по меньшей мере два одинаковых плоских поршня. Внутренняя поверхность полости роторно-поршневого механического преобразователя выполнена в виде прямого некругового цилиндра. Вал ротора кинематически связан с корпусом и компрессором. Корпус теплового преобразователя снабжен сопряженным с ним бункером подачи твердого топлива в виде полого цилиндра с окном на его боковой поверхности, выполненным с возможностью сообщения с атмосферой или с полостью камеры сгорания или разобщения с ними, и колосниковой решеткой. Поршни роторно-поршневого механического преобразователя попарно жестко связаны между собой, оконечная часть каждого поршня выполнена в виде части прямого кругового цилиндра с заданным радиусом. Поперечное сечение прямого некругового цилиндра полости указанного механического преобразователя описывается кривой, аналогичной конхоиде окружности. Газовая машина дополнительно снабжена роликами, шарнирно связанными с каждым поршнем и кинематически - с внутренней поверхностью паза в роторе или, наоборот, ролики шарнирно связаны с ротором и кинематически - с поршнем и зубчатой передачей, включающей большое колесо, соединенное неподвижно с ротором, и малое колесо, шарнирно связанной с корпусом и серединой двух жестко связанных между собой поршней. Преобразователь выполнен в виде подземного атомного реактора с системой управления и воздушной полостью, расположенной вокруг реактора. Во впускном газопроводе корпуса роторно-поршневого механического преобразователя установлен подпружиненный клапан, кинематически связанный с корпусом, и кулачком, жестко установленным на роторе. Система газораспределения снабжена золотником, выполненным в роторе и имеющим каналы, расположенные в нем с возможностью периодического сообщения с рабочей полостью роторно-поршневого механического преобразователя и с его впускным трубопроводом. 5 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ГАЗОВАЯ МАШИНА, содержащая системы регулятора скорости, питания, смазки, охлаждения, зажигания и газораспределения , а также три последовательно установленных корпуса соответственно компрессора, теплового преобразователя и плоского механизма роторно-поршневого механического преобразователя, связанных последовательно с атмосферой и между собой воздухопроводами и газопроводами, соединенными с корпусами герметически, причем в полости теплового преобразователя, выполненной в виде камеры сгорания, размещены средства подачи топлива, механизм роторно-поршневого механического преобразователя включает установленный в его полости полый ротор с валом и радиальными пазами, в которых размещены с возможностью перемещения и с минимальными технологическими зазорами по меньшей мере два одинаковых плоских поршня, внутренняя поверхность полости роторно-поршневого механического преобразователя выполнена в виде прямого некругового цилиндра, вал ротора кинематически связан с корпусом и компрессором, отличающаяся тем, что корпус теплового преобразователя снабжен сопряженным с ним бункером подачи твердого топлива в виде полого цилиндра с окном на его боковой поверхности, выполненным с возможностью сообщения с атмосферой или с полостью камеры сгорания или разобщения с ними, и колосниковой решеткой, поршни роторно-поршневого механического преобразователя попарно жестко связаны между собой, оконечная часть каждого поршня выполнена в виде части прямого кругового цилиндра с радиусом r, поперечное сечение прямого некругового цилиндра полости указанного механического преобразователя описывается кривой
X²= 2(a+r-R)²• (1+cos 2α)

где ρ - расстояние от полюса, т.е. от оси вращения ротора, до крайней точки поршня;
v и α- - полярный угол;
2r + 2a - длина отрезка, соответствующего длине между крайними точками двух жестко связанных поршней;
2R - диаметр образующей окружности. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена роликами, шарнирно связанными с каждым поршнем и кинематически с внутренней поверхностью паза в роторе и наоборот, и зубчатой передачей, включающей большое колесо, соединенное неподвижно с ротором, и малое колесо, шарнирно связанное с корпусом и серединой двух жестко связанных между собой поршней. 3. Машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что тепловой преобразователь выполнен в виде подземного атомного реактора с системой управления и воздушной полостью, расположенной вокруг реактора. 4. Машина по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что во впускном газопроводе корпуса роторно-поршневого механического преобразователя установлен подпружиненный клапан, кинематически связанный с корпусом, и кулачком, жестко установленным на роторе. 5. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что система газораспределения ее снабжена золотником, выполненным в роторе, имеющим каналы, расположенные в нем с возможностью периодического сообщения с рабочей полостью роторно-поршневого механического преобразователя и с впускным трубопроводом. 6. Машина по п.4, отличающаяся тем, что компрессор выполнен в виде роторно-поршневого устройства.