РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ЮГИ Российский патент 2005 года по МПК F01C1/63 

Изобретение относится к тепловым роторным двигателям. Аналогом является гидравлический двигатель по патенту RU №2195402, который содержит два ротора: один - внутренний снабжен лопастями, направленными наружу, другой - наружный с лопастями, направленными внутрь, двигатель имеет роликовые муфты, шариковые впускные и дифференциальные выпускные золотники, размещенные в лопастях внутреннего ротора.

Двигатель гидравлический не может быть тепловым. Прототипом изобретения является роторный двигатель по патенту RU №2219357, который содержит корпус, два ротора; один - внутренний с лопастями, направленными наружу, второй - наружный с крышками и лопастями, направленными внутрь, причем каждый ротор имеет две роликовые муфты: одну с наружной обоймой на выходном валу, другую - с наружной обоймой на неподвижном корпусе, установленные с возможностью вращения обоих роторов в одну сторону, двигатель имеет впускные шариковые золотники, расположенные на внутреннем роторе, и выпускные дифференциальные золотники в лопастях наружного ротора с каналами отвода отработавшего газа из рабочих полостей, образованных между лопастями внутреннего и наружного роторов.

Недостатком двигателя по патенту RU №2219357 является: некомпактность конструкции, недостаточно надежное охлаждение двигателя и однокомпонентная топливная форсунка не обеспечивает работу двигателя на двухкомпонентном топливе.

Задачей изобретения является создание роторного двигателя, имеющего более высокую удельную мощность и надежность, за счет упрощения и создания более компактной конструкции, улучшения охлаждения и работающего на любом топливе и с любым источником тепла, включая радиоизотопы и атомные реакторы.

Задача разрешается тем, что роторный двигатель, содержащий корпус, два ротора: один - внутренний, с лопастями, направленными наружу, второй - наружный с крышками и лопастями, направленными внутрь, причем каждый ротор имеет две роликовые муфты: одну с наружной обоймой на выходном валу, другую - с наружной обоймой на неподвижном корпусе, установленные с возможностью вращения обоих роторов в одну сторону, двигатель имеет впускные шариковые золотники, расположенные на внутреннем роторе, и выпускные дифференциальные золотники в лопастях наружного ротора с каналами отвода отработавшего газа из рабочих полостей, образованных между лопастями внутреннего и наружного роторов.

Сущность изобретения заключается в следующем:

1. Двигатель (фиг.1-5) имеет жидкостной газогенератор - с двухкомпонентной форсункой, или твердотопливный газогенератор, или реактор, расположенный во внутреннем роторе и соединенный каналами с шариковыми золотниками в лопастях внутреннего ротора, объединенных бандажом, а лопасти наружного ротора закреплены к крышкам и имеют уплотнительные элементы, контактирующие с центральным телом внутреннего ротора и бандажом.

2. Двигатель (фиг.4, 5), отличающийся тем, что внутренняя часть является двигательной частью, а наружная - компрессорной, образованной между цилиндром наружного ротора с впускными каналами и дифференциальными впускными золотниками в лопастях наружного ротора и бандажом внутреннего ротора с лопастями, имеющими шариковые выпускные золотники с каналами подвода сжатого в компрессоре воздуха к камере сгорания газогенератора или реактору, при этом роторы имеют каналы подвода и отвода охлаждающей жидкости, или газа, или воздуха.

На фиг.1 показан двигатель с жидкостным газогенератором.

На фиг.2 показано сечение А-А фиг.1.

На фиг.3 показано сечение Б-Б с фиг.1.

На фиг.4 показан двигатель с бандажом, разделяющим рабочие полости на двигатель и компрессор.

На фиг.5 показано сечение А-А фиг.3.

Двигатель (фиг.1-5) содержит корпус, два ротора: один внутренний 1 с лопастями 2, направленными наружу, второй наружный 3 с крышками 28 и лопастями 4, направленными внутрь.

Каждый ротор имеет две роликовые муфты: внутренний имеет роликовые муфты с обоймами 5, 6, а наружный - роликовые муфты с обоймами 7, 8.

Внутренние обоймы 5 и 7 связаны через ролики 9 с наружной обоймой на выходном валу 10, а внутренние обоймы 6 и 8 связаны через ролики 9 с наружными обоймами 11 на неподвижном корпусе с возможностью вращения обоих роторов в одну сторону.

Двигатель имеет впускные шариковые золотники 14, расположенные на внутреннем роторе, и выпускные дифференциальные золотники 15 в лопастях 4 наружного ротора с каналами 16 отвода отработавшего газа из рабочих полостей 17 или 18 (фиг.2, 4), образованных между лопастями 2 внутреннего ротора и лопастями 4 наружного ротора.

Сущность изобретения заключается в следующем.

1. Двигатель (фиг.1-5) имеет жидкостной газогенератор с камерой сгорания 19, имеющей двухкомпонентную форсунку 20 и внутреннюю 21 и наружную 22 оболочки, или твердотопливный газогенератор, или реактор, расположенный во внутреннем роторе.

2. Двигатель на фиг.1,2 имеет трубу 23 подвода охлаждающего компонента между оболочками газогенератора и форсунки 24 для охлаждения горячего газа в камере сгорания газогенератора. Газоненератор соединен каналами 25 с шариковыми золотниками 14 в лопастях 2 внутреннего ротора, имеющих бандаж 26 и по торцам уплотнительные элементы 27, обеспечивающие герметичность между торцами лопастей внутреннего рота и крышками 28 наружного ротора, к которым прикреплены лопасти 4, имеющие уплотнительные элементы 29, обеспечивающие герметичность между центральным телом внутреннего ротора 1, бандажом 26 и лопастями 4.

Выпускной золотник 15 выполнен с двумя шариками 30, имеет каналы 31, 32 (фиг.2, 3), выходящие с разных сторон лопастей наружного ротора и толкатель 33 (фиг.1) между шариками.

3. Двигатель на фиг.4, 5 содержит все ранее известные элементы и новые элементы по п.1, включая: газогенератор с камерой сгорания 19, форсункой 20 и оболочками 21, 22, или реактор, но в отличие от двигателя по п.1 оболочки имеют каналы 23 подвода воздуха и газогенератор имеет дополнительно воспламенитель 24.

Новыми элементами этого двигателя является то, что внутренняя часть является двигательной частью, а наружная - компрессорной, образованной между цилиндром 30 с впускными каналами 31 в цилиндре и в лопастях 32 с дифференциальными впускными золотниками 33 в лопастях наружного ротора и бандажом 26 с лопастями 34 внутреннего ротора, имеющими шариковые выпускные золотники 35 с каналами 36 подвода сжатого в компрессоре в рабочих полостях 37 или 38 воздуха к камере сгорания 19 газогенератора или реактору, и при этом роторы имеют каналы подвода и отвода охлаждающей жидкости или газа или воздуха через трубы 39, 40.

Работает двигатель с фиг.1-2 следующим образом.

Топливо подается по каналам 12, 13 через форсунку 20 в камеру сгорания 19 газогенератора, где происходит его воспламенение, и газ проходит через каналы 25 к шариковым золотникам 14, отжимает шарики, например, по часовой стрелке и выходит в полости 18 (фиг.2), давит на лопасти 2 и 4, стремясь развернуть роторы в разные стороны, однако муфты 6, 8 обеспечивают вращение обоих роторов в одну сторону, например по часовой стрелке, поэтому внутренний ротор начнет вращаться и через муфты 5 и ролики 9 передавать вращение выходному валу 10, а наружный ротор будет неподвижен.

С поступлением газа в полости 18, он проходит через каналы 31 (фиг.1, 2), давит на шарики 30 (фиг.1), которые смещают толкатели 33 и шарики 30, расположенные левее, и газ из полостей 17 (фиг.2) проходит через каналы 32 (фиг.3) и толкатель 33 в каналы 16 (фиг.1, 2).

При сближении лопастей 2 и 4 шарики золотников 14 сдвинутся против часовой стрелки (Фиг.2), и газ из камеры сгорания будет поступать в полости 17, внутренний ротор затормозится, а наружный начнет вращаться по часовой стрелке, передавая крутящий момент через муфты 7 и ролики 9 выходному валу 10.

Далее циклы будут повторяться, при этом процесс сгорания в камере сгорания 19 будет непрерывный.

Двигатель на фиг.4, 5 работает аналогично двигателю с фиг.1, 2, но т.к. двигатель имеет компрессор, то он может работать на топливе, в котором в качестве окислителя используется атмосферный воздух.

Топливо подается по каналам 12, 13, воспламеняется, не самовоспламеняющееся топливо воспламеняется свечой 24, и горячий газ по каналам 25 поступает на шариковый золотник 14, отжимает шарики, например по часовой стрелке, и выходит в полости 17 (фиг.4), давит на лопасти 2 и 4, стремясь развернуть роторы в разные стороны, но, т.к. роликовые муфты 6 и 8 с наружными обоймами 11 обеспечивают вращение обоих роторов в одну сторону, то один из роторов, например внутренний, повернется по часовой стрелке, а наружный ротор с лопастями 4 будет неподвижным.

При сближении лопастей 2 и 4 шарики впускных золотников 14 сдвинутся против часовой стрелки, а выпускные золотники 15 в полостях 18 закроются и газ из камеры сгорания 19 через каналы 25 будет поступать в полости 18, затормаживая внутренний ротор и вращая наружный по часовой стрелке.

Далее циклы в двигателе будут повторяться, но одновременно с поочередным вращением роторов двигателя лопасти 32 и 34 компрессора будут изменять объемы полостей 37 и 38, и с поворотом внутреннего ротора двигателя с лопастями 2 по часовой стрелке, в полостях 37 будет происходить сжатие, а в полостях 38 - разрежение, и атмосферный воздух, открывая дифференциальные золотники 33, будет всасываться через каналы 31 в полости 38, а в полостях 37 золотники закроются.

Сжимаемый в полостях 37 воздух отжимает шарики впускных золотников 35 против часовой стрелки, и воздух через каналы 36 будет проходить через каналы 23 в наружной 22 и внутренней 21 оболочках газогенератора в камеру сгорания 19.

При повышении давления газа в полостях 18 двигателя, внутренний ротор двигателя и компрессора с лопастями 34 затормаживается, а наружный ротор с лопастями 32 будет вращаться по часовой стрелке и в полостях 37 под действием разрежения золотники 33 откроются, и будет происходить всасывание, а шарики золотников 35 сместятся по часовой стрелке, и в полостях 38 будет происходить сжатие и выдавливание сжатого воздуха через каналы 36 в камеру сгорания 19.

Предлагаемые устройства - двигатели двойного действия, рабочие площади лопастей значительно больше, чем, например, рабочие площади пластин ротора пластинчатого двигателя или ротора двигателя Ванкеля (при равных габаритах двигателей), уплотнения могут быть многорядные, процесс сгорания непрерывный, (аналогично газотурбинному двигателю или двигателю внешнего сгорания), что обеспечивает большую полноту сгорания, а следовательно, экономичность и экологичность, даже при использовании обычных углеводородных топлив, но в предлагаемом устройстве двигателя может использоваться любое унитарное или двухкомпонентное топливо, и при использовании водорода, аммиака или мочевины в качестве горючего и водных растворов перекиси водорода или горячих растворов аммиачной селитры или воздуха в качестве окислителя в выхлопных газах вообще не будет никаких вредных веществ.

Двигатель (фиг.1-2) может работать по циклу Ренкина с использованием в качестве рабочего тела промышленных фторорганических продуктов типа декафторбутана, перфторгексана, перфтордибутилового эфира, обеспечивающих при небольших температурах (10...≈200°С) КПД от 30 до 50%. (Проблемы энергетики №9-10, 2000 г., КГЭУ, Казань).

При постановке вместо газогенератора радиоизотопной батареи или атомного реактора сам двигатель будет служить радиационной защитой, что существенно снизит вес энергоустановки, предназначенной, например, для привода генераторов космических аппаратов с электроракетными двигателями, т.к. вес радиационной защиты составляет примерно 30% веса энергоустановки.

Изобретение относится к тепловым роторным двигателям и может быть использовано для привода различных машин. Роторный двигатель содержит корпус, два ротора, один - внутренний с лопастями, направленными наружу, второй - наружный с крышками и лопастями, направленными внутрь. Каждый ротор имеет две роликовые муфты: одну с наружной обоймой на выходным валу, другую - с наружной обоймой на неподвижном корпусе, установленные с возможностью вращения обоих роторов в одну сторону. Двигатель имеет впускные шариковые золотники, расположенные на внутреннем роторе, и выпускные дифференциальные золотники в лопастях наружного ротора с каналами отвода отработавшего газа из рабочих полостей, образованных между лопастями внутреннего и наружного роторов. Двигатель имеет жидкостной с двухкомпонентной форсункой или твердотопливный газогенератор или реактор, расположенный во внутреннем роторе и соединенный каналами с шариковыми золотниками в лопастях внутреннего ротора, объединенных бандажом, а лопасти наружного ротора закреплены к крышкам. Обеспечивается высокая удельная мощность и надежность. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Роторный двигатель, содержащий корпус, два ротора, один - внутренний с лопастями, направленными наружу, второй - наружный с крышками и лопастями, направленными внутрь, причем каждый ротор имеет две роликовые муфты: одну с наружной обоймой на выходным валу, другую - с наружной обоймой на неподвижном корпусе, установленные с возможностью вращения обоих роторов в одну сторону, двигатель имеет впускные шариковые золотники, расположенные на внутреннем роторе, и выпускные дифференциальные золотники в лопастях наружного ротора с каналами отвода отработавшего газа из рабочих полостей, образованных между лопастями внутреннего и наружного роторов, отличающийся тем, что двигатель имеет жидкостной с двухкомпонентной форсункой или твердотопливный газогенератор или реактор, расположенный во внутреннем роторе и соединенный каналами с шариковыми золотниками в лопастях внутреннего ротора, объединенных бандажом, а лопасти наружного ротора закреплены к крышкам.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внутренняя часть является двигательной частью, а наружная - компрессорной, образованной между цилиндром наружного ротора с впускными каналами и дифференциальными впускными золотниками в лопастях наружного ротора, и бандажом внутреннего ротора с лопастями, имеющими шариковые выпускные золотники с каналами подвода сжатого в компрессоре воздуха к камере сгорания газогенератора или реактору, при этом роторы имеют каналы подвода и отвода охлаждающей жидкости или газа.