УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ГАЗА В МЕХАНИЧЕСКУЮ Российский патент 1998 года по МПК F01C1/107 F01C1/16 F02B55/02 

Изобретение относится к газовым двигателям внутреннего сгорания, внешнего сгорания и паровым в том числе.

Известны двигатели, в которых кинетическая энергия движущейся массы газа при воздействии на лопатки турбин преобразуется в механическую.

Эти двигатели имеют относительно низкий КПД порядка 20-30%, могут эффективно работать только на очень больших числах оборотов, при узком диапазоне изменения этих чисел, в связи с чем область применения их ограничена.

Известны двигатели, в которых тепловая энергия газа сначала преобразуется в возвратно-поступательное (поршневые двигатели) или планетарное (роторные двигатели) движение, а затем за счет кинематики - во вращательное.

При таких кинематических схемах возникают инерционные силы переменного знака, которые трудно сбалансировать, что ограничивает допустимую величину числа оборотов и, следовательно, удельную мощность двигателей.

Кроме того, известны винтовые компрессоры и насосы, в которых при вращении цилиндрических винтов, находящихся во взаимном зацеплении, осуществляют перенос порций газа в полостях постоянного объема, образованного соседними витками и корпусом.

Так как при переносе газа не происходит увеличения его объема, то энергия не выделяется и, следовательно, использовать подобные устройства в качестве двигателей нерационально.

Заявленное изобретение направлено на создание двигателя, в котором тепловая энергия, заключенная в газе, с минимальными потерями преобразуется непосредственно во вращательное механическое движение, что позволяет устранить упомянутые выше недостатки, присущие как аналогам, так и прототипам.

Основные существенные отличительные признаки предложенного устройства для преобразования тепловой энергии газа в механическую заключаются в том, что его рабочие органы выполнены в виде конусных винтов, имеющих на конусных поверхностях резьбообразные канавки, величина площади сечения профиля которых в каждом сечении, поперечном оси конуса, прямо пропорциональна диаметру конуса в этом сечении, при этом оси всех конусных винтов, расположенных в одной плоскости, взаимно пересечены в центре окружности, внутри которой, в зацеплении между собой, размещены конусные винты вершинами в центр.

Эти признаки в своей совокупности позволяют решить поставленную задачу.

На фиг.1 и 2 изображено устройство для преобразования тепловой энергии.

На фиг. 2 дано сечение по плоскости, в которой расположены оси всех конусных винтов; на фиг.1 - сечение по плоскости, перпендикулярной к ней.

Внутри корпуса 1 размещены конусные винты 2 во взаимном зацеплении своими резьбообразными профилями; вершины конусов винтов обращены к центру, который расположен в камере 3.

Усилия, направленные от общего центра вдоль оси каждого конусного винта 2, воспринимаются торцевыми опорами 4.

Крутящие моменты от каждого конусного винта 2 передаются на шестерни 5 через шестерни 6.

Работа устройства. В камере 3 создают давление, газ проникает в открытые полости, образованные винтовыми профилями находящихся в зацеплении конусных винтов 2 и стенками расточек в корпусе 1, в которых размещены конусные винты 2.

Давление воздействует на поверхности конусных винтов, они поворачиваются на некоторый угол, при этом полости перемещаются от центра и затем отсекаются от камеры 3 следующими витками винтовых профилей.

Так как замкнутые полости перемещаются в сторону большего диаметра конусов, то их объемы увеличиваются, газ расширяется и отдает свою энергию конусным винтам, заставляя их вращаться.

Возникшие крутящие моменты сил суммируются и через шестерни 6 и 5 передаются по назначению.

Таким образом, описанное выше устройство решает задачу создания двигателя, в котором тепловая энергия газа с минимальными потерями преобразуется непосредственно во вращательное механическое движение, значительно увеличен КПД использования энергии газа за счет снижения величины давления отработанных газов и упрощения кинематики устройства, при этом сочетаются преимущества турбин, т.е. высокие числа оборотов без возникновения вибраций и недопустимых инерционных сил, с возможностью эффективной работы на низких числах оборотов, так как при изменении чисел оборотов крутящий момент на валу меняется незначительно, как в паровых двигателях.

Устройство предназначено для преобразования тепловой энергии газа в механическую. В корпусе с возможностью вращения и зацепления установлены конусные винты, имеющие на наружной поверхности резьбообразные канавки. Причем оси всех конусных винтов расположены в одной плоскости и пересекаются в центре полости корпуса, а сами винты обращены вершинами к центру. Изобретение обеспечивает повышение КПД, упрощение кинематики устройства, повышение удельной мощности, улучшение балансировки. 2 ил.

Устройство для преобразования тепловой энергии газа в механическую, содержащее корпус, рабочие винтовые органы, установленные с возможностью вращения и взаимного зацепления и с возможностью контакта с корпусом, отличающееся тем, что его рабочие винтовые органы выполнены в виде конусных винтов, имеющих на конусных поверхностях резьбообразные канавки, размер площади сечения профиля которых в каждом сечении, поперечном оси конуса, прямо пропорционален диаметру конуса в этом сечении, а оси всех конусных винтов, расположенных в одной плоскости, взаимно пересечены в центре окружности, внутри которой в зацеплении между собой размещены конусные винты вершинами к центру.