ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F02B45/10 

Изобретение относится к двигателестроению, использованию силовых и управляющих систем, например, для вездеходных шагающих устройств и отопительных систем.

Уже известен двигатель, содержащий цилиндры, поршни со штоками, котел для работы на жидком и твердом топливе, блоки поступательного движения, снабженные устройствами преобразования поступательного движения во вращательное (см. патент РФ №2202701, опубл. 20.04.2003 г.).

Недостатком известного двигателя является инерционность подвижных частей, сложность сцепления с исполнительным механизмом, сложность изготовления цилиндропоршневых пар, недостаточная герметичность для реагентов расширения и охлаждения, сложность камеры сгорания топлива.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков при использовании различных видов топлива и нагрева.

Решение задачи заявленного изобретения достигается за счет того, что в двигателе, содержащем цилиндры, поршни со штоками, котел для работы на жидком и твердом топливе, блоки поступательного движения, снабженные устройствами преобразования поступательного движения во вращательное, цилиндры удлинены на величину хода штоков головок поршней с выполнением сквозных пазов в цилиндрах для выхода штоков к соединению с центральным штоком, а цилиндры соединены по образующей цилиндров, соединенных торцевыми крышками с выходами по продольной оси центральных штоков, образуя внутри герметичный картер.

Котел на жидком и твердом топливе может содержать герметичный бункер для топлива с поршневой крышкой, снабженной в корпусе бункера направляющей для стержня крышки с подачей в полость над крышкой воздуха для выдавливания топлива по конусному каналу в конусный приемник угля, в верху которого выполнена кольцевая полая горелка, состоящая из стержневого канала подачи воздуха к горелке через отверстия и опирающаяся нижним концом горелки на стержень воздушного канала, а в нижнем конусе закреплена горелка для жидкого топлива, к верхнему же концу стержня крепится верхний конус горелки и образует внутреннюю полость горелки, образуя между краями конусов лабиринтный зазор выхода из горелки воздуха и пламени горения жидкого топлива к кольцевому зазору выхода угля к расширительной части полусферического кольца и его краев для осыпания шлака в приемник шлака в нижней части котла, а для поддержания необходимой высоты горящего слоя твердого топлива выполнен золотниковый регулятор с разделением воздушного канала на два канала: для подачи воздуха в горелку угля и подачу в полость над крышкой бункера, регулирующихся сдвигом выполненных плунжеров золотника.

Двигатель может быть снабжен горелкой на жидком топливе, состоящей из канала подачи жидкого или газообразного топлива и электрода зажигания.

Выход тепловых реагентов из котла может быть снабжен тепловыми радиаторами.

Выход отработанных реагентов от цилиндров может быть снабжен сепаратором расширяющихся компонентов для возврата их конденсата в пневматическую систему, которая снабжена обратным клапаном.

Сепаратор может быть выполнен в вертикальном герметичном цилиндре, внутри которого выполнен входной коллектор с отверстиями под чашей из изолированного материала для конденсата и слива его по каналу к всасывающему каналу герметичного силового контура, над чашей выполнено куполообразное днище конденсатора с охлаждающей жидкостью, а в дне сепаратора выполнены отверстия для выхода отработанных реагентов в выхлопную трубу, снабженную герметизирующей крышкой с пускофорсажным устройством, например насосом с поршнем.

Для внешнего нагрева может быть выполнен герметичный элемент внешнего нагрева с исполнением внутри форсунки на канале от ресивера на расширение реагента, полная герметизация осуществляется соединением выхлопного канала со всасывающим, например, через сепаратор.

Клапаны могут быть выполнены установкой их в корпусе вокруг мягкого шланга со штоком в конусе для регулирования внутреннего просвета шланга.

Котел может быть снабжен дополнительным двигателем для разогрева котла.

В герметичном бункере для топлива в качестве топлива может быть использован, например, уголь.

Поставленная задача также достигается устранением сцепления в двигателе силового герметичного контура, выполнением цилиндрических поршневых блоков, где цилиндры для жесткости и герметичности удлиняются на величину хода штоков поршней при возвратно-поступательном движении. В них выполнены сквозные пазы для выхода штоков на общий силовой шток, расположенный по центру продольной оси блока, образованного соединением продольной образующей удлиненных поршней с герметизацией торцевыми крышками с выходами штоков на исполнительные механизмы. Такие блоки могут с помощью механических передач преобразовывать поступательное движение во вращательное.

В головке поршня выполнен клапан с пружиной возврата, который при закрытии клапана образует пневматической амортизатор, который позволяет увеличить скорость двигателя.

В силовом герметичном контуре также выполнен котел на жидком и твердом топливе с бункером для угля, с поршневой крышкой, снабженной в корпусе бункера направляющей для стержня крышки, с подачей в полость над крышкой воздуха для выдавливания топлива по конусному каналу в конусный приемник угля в котле. В конце конусного приемника угля выполнена полая горелка, состоящая из стержневого канала подачи воздуха к горелке с отверстиями для его выхода, опирающаяся нижним конусом горелки на стержень воздушного канала. При этом в нижнем конусе закреплена горелка на жидком топливе.

К верхнему концу стержня крепится верхний конус горелки и образует внутреннюю полость горелки. Между краями конусов образован лабиринтный зазор выхода из горелки воздуха и пламени горения жидкого топлива. А горелка для жидкого топлива состоит из канала подачи жидкого топлива и электрода на зажигание. На нижнем конусе по окружности образован внутренний край выходной щели угля на горение. А наружный край щели приемника угля для расширения площади горения образован кольцевой частью расширителя с закругляющейся вверх внутренней частью кольцевого элемента, образующего высоту горения и его перемешивание с горящим слоем угля перед осыпанием шлака через край приемника угля в приемник шлака.

Для поддержания необходимой высоты горящего слоя угля выполнен золотниковый регулятор с разделением воздушного канала на два канала: для подачи воздуха в горелку угля и подачи над плунжером бункера угля для регулирования автоматической подачи топлива и удаления сгоревших компонентов в бункер сжатым воздухом через управление золотниковым устройством.

Для управления тепловыми реагентами, выходящими из котла, выполнена клапанная система управления рабочих и пневматических цилиндров. После кранов тепловые реагенты поступают в рабочий цилиндр, где шток головки поршня соединяется с рабочей исполнительной рейкой с выходом через сквозной паз удлиненного цилиндра и соединяется с поршневыми штоками возвратных поршней, а тепловые отработанные реагенты поступают в конденсатор с охлаждающей жидкостью. Сконденсированная жидкость инжектированием всасывается пневматическими цилиндрами, которые последовательно удваивают давление воздуха и накапливают его в ресивере, сконденсированная в нем жидкость под давлением вновь подается для расширения и охлаждения тепловых реагентов после выхода из котла. Управление клапанами производится через взаимодействие с выходными устройствами штоков поршней.

Для использования котла для отопительных целей тепловые реагенты, выходящие из котла, ответвляются к радиаторам отопления. Для герметизации контура сохранения расширяющихся компонентов выполнен сепаратор выхлопных газов с возвращением на всасывающую систему. А всасывающая система снабжена обратным клапаном.

Для уменьшения потерь расширяющихся компонентов сепаратор выполнен в вертикальном герметичном цилиндре, внутри которого исполнен входной коллектор с отверстиями под чашей из теплоизолированного материала для конденсата и слива по каналу на инжектирование всасывающим каналом герметичного силового контура. Над чашей выполнено куполообразное днище конденсатора с охлаждающей жидкостью, а в дне сепаратора выполнены отверстия для выхода отработанных газов в коллектор с выходной трубой с герметизирующей ее крышкой, в которой установлен пускофорсажный насос с поршнем для последовательного соединения с рабочим поршнем.

А для работы силового двигателя герметичного силового контура на холостом ходу котел снабжается дополнительным предложенным двигателем для его предварительного разогрева.

Для использования котла для отопления на выходе тепловых реагентов выполнен радиатор с краном.

Для использования внешнего нагрева выполнен герметичный элемент внешнего нагрева с расположением внутри форсунки для подачи реагента по каналу от ресивера на расширение. При этом полная герметизация осуществляется соединением выхлопного канала с всасывающим, например, через сепаратор и форсунку.

Для упрощения клапанных механизмов они выполняются мягкими.

Удлинение рабочего и возвратного цилиндра на величину хода штоков поршней с выполнением сквозного паза для выхода штоков в радиальном направлении к центральному осевому штоку и соединение цилиндров по образующей цилиндров и торцевыми крышками с выходами к центральному штоку через крышки соответствует критерию "изобретательский уровень", так как уменьшают вес и картерный объем.

Выполнение герметичного котла в силовом герметичном контуре, снабженного герметичным бункером для угля с полостью для воздуха над поршневой крышкой бункера, выдавливающей уголь по конусным каналам в конусный приемник угля, где выполнена горелка из двух конусов с лабиринтным зазором между ними для выхода пламени горелки на жидком топливе, входящей в нижний конус горелки с электрическим зажиганием в зону горящего слоя угля, ограниченного сферическими краями приемника угля, с автоматическим поддержанием высоты горящего слоя угля выполнением золотникового регулятора подачи воздуха для горелки и подачи воздуха в нагнетательную полость над крышкой бункера через двухсторонний плунжер, а сбор шлака производится выполненным шлакоприемником через шлюзовой кран, соответствует критерию "новизна", так как автоматизирует процесс горения топлива при прохождении пламени через раскаленный уголь.

Выполнение сепаратора на выхлопной системе с выполнением канала возврата легких расширяющих реагентов в силовой герметичный контур соответствует критерию "изобретательский уровень", так как повышает надежность двигателя.

Выполнение радиатора на выходе реагентов из котла соответствует критерию "изобретательский уровень", так как обеспечивается универсальность устройства.

Установка пускофорсажного насоса с поршнем на канале герметизации от выхлопной трубы к входной соответствует критерию "новизна", так как упрощает запуск двигателя и его форсаж.

А исполнение клапанного механизма мягкими шлангами внутри корпуса со штоком управления клапанами, воздействующими на просвет в шланге, соответствует критерию "изобретательский уровень", так как упрощает устройство.

Выполнение пневматического амортизатора под дном пневмоцилиндра соответствует критерию "изобретательский уровень", так как повышает скорость двигателя.

А снабжение котла дополнительным предложенным двигателем для его разогрева в герметичном силовом контуре соответствует критерию "новизна", так как повышает надежность работы котла.

На фиг.1 изображено выполнение блока цилиндров силового герметичного контура в корпусе 1 соединением по образующей удлиненных цилиндров 2, 3, 4, 5 на величину хода штоков блока поршней 6, 7, 8, 9, образуя боковые стенки блока стенки корпуса 1.

На фиг.2 изображен продольный разрез корпуса 1 с центром соединения штоков через сквозные пазы 10. Головки штоков снабжены продольно скользящими роликами 11, создавая жесткость центрального штока 12. Цилиндры снабжены клапанными блоками 13.

На фиг.3 изображено устройство объединения нескольких блоков в единый блок устройствами 14 и 15, которые преобразуют поступательное движение во вращательное шкива 16 с силовым контуром.

На фиг.4 изображен пневматический амортизатор. В поршне 2 с уплотнением 17 выполнен клапан 18 с возвратной пружиной 19, закрывающей седло 20 клапана в цилиндре выхода по каналу 21 пневмосистемы силового герметичного контура.

На фиг.5 изображен котел 22 силового контура на твердом и жидком топливе с бункером 23 для угля, с поршневой крышкой 24, направляющей 25 для стержня 26 крышки 24 с подачей воздуха в полость надпоршневой крышки 24 по каналу 27 для выдавливания угля по конусному каналу 28 в конусный приемник угля 29. Выполнена полая горелка, состоящая из стержневого трубчатого канала 30 подвода воздуха с отверстиями 31, нижнего конуса 32 с лабиринтным кольцом 33, прикрывающегося верхним конусом 34, образующим выход воздуха к отбойному полусферическому кольцу 35 конусного приемника угля 29. В нижнем конусе 32 закреплен вход горелки на жидком топливе 36, состоящий из топливного канала 37, электрода 38 для зажигания. Для поддержания толщины горящего слоя угля выполнены золотниковый регулятор 39 подачи топлива от бункера, составной плунжер из половин 40 и 41 с регулирующей вставкой 42 с пружиной 43, регулировочный плунжер 44 с винтом 45. Котел имеет полусферическую крышку 46 с отражательным экраном 47 с подключением напряжения по проводу 48.

Тепловые реагенты по каналу 49 через устройство 50 подачи расширяющихся реагентов по каналу 51 выводятся в регулирующую систему силового контура. Шлак осыпается в шлакоприемник 52 через шлюзовой кран 53 поворотного стержня 54 с каналом 55. По каналу 56 подается расширяющий и охлаждающий реагент в тепловой реагент устройства 50 котла перед подачей его на клапаны.

На фиг.6 изображены управляющие и работающие элементы силового герметичного контура. Тепловые реагенты по каналу 51 через клапан 57, регулирующий кран 58, с параллельным обратным клапаном 59, поступают в рабочий цилиндр 60 под поршень 61, который через шток головки поршня выходит через паз 62 и соединяется с поршневой группой штоков возвратного цилиндра 63, а его выходной канал 64 через открытый обратный клапан 65 по каналу 66 и обратному выходному клапану 67, по каналу 68 выходит к конденсатору 69 отработанных реагентов, сконденсированная жидкость по каналу 70 подается на эжектор 71. Для рабочего хода в возвратном цилиндре 63 через кран 72 выполнен впускной клапан 73 и впускной клапан 74.

Для сжатия, например, воздуха параллельно с рабочими цилиндрами выполнены пневмоцилиндры 75 и 76, один из которых 75 соединен каналом 77 через впускной клапан 78, впускной клапан 79 через обратный клапан 80, через открытый выпускной клапан 81 при закрытом клапане 82 для сжатого воздуха выполнена подпоршневая полость 83 другого цилиндра 76, в котором воздух сжимается еще больше и для его подачи выполнен обратный клапан 84 в ресивер 85, а для подачи конденсата выполнен канал 86 и кран 87 к выходному каналу 88. Для управления клапанами имеется управляющая рейка 89 привода, ролик 90 качающий рычаг 91 на оси 92.

Для сбора легких фракций расширяющих реагентов выполнен сепаратор 93 с каналом 94, инжектор 71 с обратным клапаном 95.

На фиг.7 изображен сепаратор сбора легких расширяющихся реагентов, например в виде вертикального герметичного цилиндра, в котором выполнен кольцевой коллектор 96 выхлопных газов с выходными в нем отверстиями 97, где выше коллектора выполнена приемная чаша 98 из теплоизолированного материала для сбора конденсата и слива по каналу 94. Над чашей 98 выполнено днище 99 конденсатора с охлаждающей жидкостью 100.

В дне цилиндра выполнены отверстия 101 для выхода в выхлопную трубу 102, которая снабжена крышкой 103 и которая является основанием цилиндра 104 пускофорсажного насоса с поршнем 105 для ускорения запуска в работу двигателя и его форсажа.

На фиг.8 - вариант использования двигателя и котла для обогрева, при этом на выходе из котла реагентов сгорания установлен радиатор 106 с краном 107 и каналом 88 для слива конденсата.

На фиг.9 - вариант двигателя с элементом внешнего нагрева 108 с расположенной внутри форсункой 109 для сжатых регентов расширения по каналу 88 из ресивера силового герметичного контура 110.

На фиг.10 изображены мягкие клапаны, где эластичный шланг 111 укреплен в обжимающем корпусе 112 с управляющим штоком 113 приводного механизма.

А работа осуществляется так.

Для получения удвоенного давления реагентов в герметичном силовом контуре каждый рабочий цилиндр 2 спарен с пневмоцилиндром 3 через штоки головок поршней 8 и 9 одного хода, цилиндр 4 спарен с пневматическим цилиндром 5 через штоки головок поршней 6 и 7 через сквозные пазы 10 удлиненных цилиндров на величину хода штоков головок поршней и соединением их цилиндров по их продольной образующей в один блок, что образует продольный картер с торцевыми крышками корпуса 1 с осевым штоком 12, соединяющим головки поршней, по продольной оси, выходящим за пределы крышек по оси блока.

Объединение нескольких таких блоков в единый блок через преобразователи 14 и 15 образует вращающийся двигатель со шкивом 16 силового герметичного контура. А клапаны 18 с седлом 20 образуют пневматический амортизатор и гасят кинетическую энергию поступательного движения привода и далее реагенты поступают в ресивер.

В котле 22 (фиг.5) уголь из бункера 23 выдавливается воздухом из канала 27 над крышкой 24 по каналу 28 в конусный приемник угля 29 и продавливается воздухом из канала 30 с выходными отверстиями 31 далее через щель между краем конуса 32 горелки и формируемой лабиринтным кольцом 33 и кольцевой внутренней стенкой полусферического кольца 35 образует высоту горящего угля и последующего осыпания шлака. В полость образованной горелки установлена и горелка на жидком топливе 36 с каналом 37 и для зажигания от электрического разряда электродом 37 с выходом пламени через уголь далее через щель между лабиринтным кольцом 33 и верхним конусом 34. Для управления высотой слоя угля воздухом из канала 30 выполнен золотниковый регулятор подачи воздухом от канала 45, разделяющего на два потока, одного к горелке, другого к бункеру для подачи угля золотниковыми плунжерами 41, 42, 40, сдвигом которых устанавливается равновесие давления в обоих потоках, сдвигая плунжеры в сторону пониженного давления. Для отталкивания пыли от экрана 47 он подключен к положительному потенциалу высокого напряжения. Во время сгорания твердого топлива шлак всплывает наверх и осыпается в шлакоприемник 52 через шлюзовой кран 53.

Тепловые реагенты от канала 51 через клапан 57, регулирующий кран 58 или обратный клапан 59 поступают в рабочий цилиндр 60 под поршень 61, который через шток головки поршня 12 выходит через паз 62 и соединяется с поршневой группой штоков возвратного цилиндра 63 и его выходной канал 64 через открытый обратный клапан 65 по каналу 66, выходному клапану 67 по каналу 68 выводятся к конденсатору 69 отработанных реагентов. Подача сконденсированных реагентов производится по каналу 70 и инжектору 71. Для рабочего хода возвратного цилиндра 63 через кран 72 тепловые реагенты входного канала 51 подаются через впускной клапан 73. Отработанные реагенты в цилиндре 60 подаются через обратный клапан 59 и клапан 74 в конденсатор 69. Сжатие расширяющихся реагентов производится пневмоцилиндрами 75 и 76, один из которых 75 каналом 77 через впускной клапан 78 при закрытом впускном клапане 79 подает сжатый воздух через обратный клапан 80 при открытом клапане 81 и закрытом клапане 82 в полость 83 клапанной коробки и пневмопоршнем в цилиндре 76 при рабочем ходе при закрытом клапане 81 и открытом клапане 82 производится двойное увеличение давления реагента, который через обратный клапан 84 подается в ресивер 85, откуда сконденсированный реагент по каналу 86 через кран 87 подается по каналу 88 на его расширение и охлаждение герметичного силового контура горячих реагентов котла.

Управление клапанами производится приводной рейкой 89 через ролик 90, качающийся рычаг 91 на оси 92 привода механизма.

В сепараторе 93 отработанные тепловые реагенты по каналу 69 на кольцевой коллектор 96 с выходными отверстиями 97 выходят в полость герметичного контура, где легкие фракции, конденсируясь и собираясь в чашу по каналу 94, поступают в систему двойного увеличения давления силового герметичного контура. Тяжелые фракции газа опускаются и через отверстия 101 собираются в выхлопной трубе 102 для выхода, выход может герметизироваться крышкой 103 с встроенным пускофорсажным насосом 104 с поршнем 105 для пуска и форсажа последовательным воздействием на рабочий цилиндр в герметичном силовом контуре.

Отопление может производиться открытием крана 107 и сливом конденсата по каналу 88 силового контура.

При внешнем нагреве герметичного элемента 108 на форсунке 109 распыляется расширяющийся реагент от двойного давления пневматической системы по каналу 88 остальной части силового герметичного контура, например 110, от конденсатора 69, например, через сепаратор 93 и через канал 94 произведено соединение для отработанных реагентов с всасывающей системой перед ее инжектором 79. После форсунки 109 расширяющиеся реагенты подаются в рабочие цилиндры для работы двигателя.

Соединение блока холостого хода двигателя параллельно с рабочими блоками позволяет запускать и форсировать работу котла герметичного силового контура.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к вездеходным шагающим устройствам, управляющим системам для разных видов топлива и видов нагрева. Изобретение позволяет устранить инерционность подвижных частей, упростить сцепление с исполнительным механизмом, изготовление цилиндропоршневых пар, повысить герметичность для реагентов расширения и охлаждения, упросить камеру сгорания топлива. Двигатель содержит цилиндры, поршни со штоками, котел для работы на жидком и твердом топливе, блоки поступательного движения, снабженные устройствами преобразования поступательного движения во вращательное. Цилиндры удлинены на величину хода штоков головок поршней с выполнением сквозных пазов в цилиндрах для выхода штоков к соединению с центральным штоком. Цилиндры соединены по образующей цилиндров, соединенных торцевыми крышками с выходами по продольной оси центральных штоков, образуя внутри герметичный картер. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Двигатель, содержащий цилиндры, поршни со штоками, котел для работы на жидком и твердом топливе, блоки поступательного движения, снабженные устройствами преобразования поступательного движения во вращательное, отличающийся тем, что цилиндры удлинены на величину хода штоков головок поршней с выполнением сквозных пазов в цилиндрах для выхода штоков к соединению с центральным штоком, а цилиндры соединены по образующей цилиндров, соединенных торцевыми крышками с выходами по продольной оси центральных штоков, образуя внутри герметичный картер.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что котел на жидком и твердом топливе содержит герметичный бункер для топлива с поршневой крышкой, снабженной в корпусе бункера направляющей для стержня крышки с подачей в полость над крышкой воздуха для выдавливания топлива по конусному каналу в конусный приемник угля, в верху которого выполнена кольцевая полая горелка, состоящая из стержневого канала подачи воздуха к горелке через отверстия и опирающаяся нижним концом горелки на стержень воздушного канала, а в нижнем конусе закреплена горелка для жидкого топлива, к верхнему же концу стержня крепится верхний конус горелки и образует внутреннюю полость горелки, образуя между краями конусов лабиринтный зазор выхода из горелки воздуха и пламени горения жидкого топлива к кольцевому зазору выхода угля к расширительной части полусферического кольца и его краев для осыпания шлака в приемник шлака в нижней части котла, а для поддержания необходимой высоты горящего слоя твердого топлива выполнен золотниковый регулятор с разделением воздушного канала на два канала: для подачи воздуха в горелку угля и подачу в полость над крышкой бункера, регулирующиеся сдвигом плунжеров золотника.3. Двигатель по п.1, отличающийся, тем, что снабжен горелкой, на жидком топливе состоящей из канала подачи жидкого или газообразного топлива и электрода зажигания.4. Двигатель п.1, отличающийся тем, что выход тепловых реагентов из котла снабжен тепловыми радиаторами.5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выход отработанных реагентов от цилиндров снабжен сепаратором расширяющихся компонентов для возврата их конденсата в пневматическую систему, которая снабжена обратным клапаном.6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что сепаратор выполнен в вертикальном герметичном цилиндре, внутри которого выполнен входной коллектор с отверстиями под чашей из изолированного материала для конденсата и слива его по каналу к всасывающему каналу герметичного силового контура, а над чашей выполнено куполообразное днище конденсатора с охлаждающей жидкостью, а в дне сепаратора выполнены отверстия для выхода отработанных реагентов в выхлопную трубу, снабженную герметизирующей крышкой с пускофорсажным устройством, например, насосом с поршнем.7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что для внешнего нагрева выполнен герметичный элемент внешнего нагрева с исполнением внутри форсунки на канале от ресивера на расширение реагента, полная герметизация осуществляется соединением выхлопного канала со всасывающим, например, через сепаратор.8. Двигатель по п.1, отличающийся, тем, что клапаны выполняются установкой их в корпусе вокруг мягкого шланга со штоком в конусе для регулирования внутреннего просвета шланга.9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что котел снабжен дополнительным двигателем для разогрева котла.10. Двигатель по п.2, отличающийся, тем, что в герметичном бункере для топлива в качестве топлива использован, например, уголь.