ВАКУУМНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F01B17/04 

Изобретение относится к двигателестроению и касается усовершенствования паровых и вакуумных двигателей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двигатель, содержащий цилиндр с поршнем, связанным с валом отбора мощности, нагреватель, радиатор системы охлаждения, газораспределительную систему и средство создания вакуума в рабочих полостях цилиндра (RU 2032833 С1, опубл. 10.04.1995).

Однако указанный двигатель имеет недостатки - недостаточно высокие технико-экономические характеристики, что связано со сложностью конструкции и невозможностью использования различных источников энергии.

Задача изобретения - повышение технико-экономических характеристик, упрощение конструкции, возможность использования различных источников энергии, увеличение коэффициента полезного действия, минимизация выбросов вредных веществ в окружающую среду.

Решение указанной задачи обеспечивается тем, что в двигателе, содержащем цилиндр с поршнем, связанным с валом отбора мощности, нагреватель, радиатор системы охлаждения, газораспределительную систему и средство создания вакуума в рабочих полостях цилиндра, упомянутое средство выполнено в виде вакуумной камеры с предварительно откачанным из нее воздухом, соединенной с рабочими полостями цилиндра посредством газораспределительной системы и снабженной емкостью для сбора сконденсировавшегося в ней рабочего тела, причем рабочие полости цилиндра сообщены с парогенератором, а упомянутая емкость через насос для перекачивания рабочего тела и теплообменник предварительного подогрева рабочего тела соединена с парогенератором с возможностью создания герметичного контура циркуляции рабочего тела.

Изобретение поясняется чертежами:

Фиг.1 - общая схема двигателя.

Фиг.2 - впускной клапан.

Фиг.3 - выпускной клапан.

Вакуумный двигатель содержит цилиндр 5 с поршнем 7, связанным с валом отбора мощности посредством шатуна или штока (условно не показаны), нагреватель (условно не показан), радиатор 11 системы охлаждения, газораспределительную систему и средство создания вакуума в рабочих полостях 6 (надпоршневой) и 8 (подпоршневой) цилиндра 5. Упомянутое средство выполнено в виде прочной емкости - вакуумной камеры 15 с предварительно откачанным из нее воздухом, соединенной с рабочими полостями 6 и 8 цилиндра 5 посредством газораспределительной системы и снабженной емкостью 17 для сбора сконденсировавшегося в ней рабочего тела. Газораспределительная система включает паропроводы 2 и 13 и трубопровод 12. Оппозитно расположенные рабочие полости 6 и 8 цилиндра 5 соединены посредством паропроводов 2 через впускные клапаны 3 и 9 с парогенератором 1, а упомянутая емкость 17 через насос 14 для перекачивания рабочего тела, теплообменник 16 предварительного подогрева рабочего тела и трубопровод 12 соединена с парогенератором 1 с возможностью создания герметичного контура циркуляции рабочего тела. Возможная утечка вакуума в камере 15 компенсируется вакуумным насосом 18 (фиг.1).

Рабочие полости 6 и 8 цилиндра 5 через выпускные клапаны 4 и 10, теплообменник 16, радиатор 11 системы охлаждения пара посредством паропроводов 13 связаны со средством создания вакуума - вакуумной камерой 15.

Вакуумный двигатель работает следующим образом.

Подготовка двигателя к работе включает следующее:

1. Заправку парогенератора рабочим телом.

2. Создание вакуума, то есть удаление воздуха из вакуумной камеры, парогенератора и рабочих полостей цилиндра.

Двигатель запускается с началом парообразования в парогенераторе.

Парогенератор 1, используя энергию горения топлива, генерирует пар, который по паропроводу 2 и через открытый впускной клапан 3 верхней крышки цилиндра 5 поступает в надпоршневую рабочую полость 6.

Одновременно с открытием впускного клапана 3 открывается выпускной клапан 10 нижней крышки цилиндра 5. Находящийся в подпоршневой рабочей полости 8 пар через открытый выпускной клапан 10, паропровод 13, теплообменник 16 и радиатор 11 устремляется в вакуумную камеру 15, где, резко расширяясь, конденсируется и накапливается в емкости 17. В подпоршневой рабочей полости 8 давление выравнивается с давлением внутри вакуумной камеры 15, то есть создается вакуум. Под воздействием образовавшегося в подпоршневой рабочей полости 8 вакуума поршень 7 перемещается в нижнюю мертвую точку, совершая полезную работу.

В увеличивающийся объем надпоршневой рабочей полости 6 продолжает поступать пар из парогенератора 1.

В момент подхода поршня 7 к нижней мертвой точке закрывается впускной клапан 3 и одновременно закрывается выпускной клапан 10.

Синхронно с закрытием клапанов 3 и 10 открываются впускной клапан 9 подпоршневой рабочей полости 8 и выпускной клапан 4 надпоршневой рабочей полости 6 цилиндра 5.

В подпоршневую рабочую полость 8 через открытый впускной клапан 9 начинает поступать пар из парогенератора 1. Одновременно через открытый выпускной клапан 4 из надпоршневой рабочей полости 6 пар по паропроводам 13 через теплообменник 16 и радиатор 11 системы охлаждения пара устремляется в вакуумную камеру 15, где, резко расширяясь, конденсируется и скапливается в камере 17.

В надпоршневой рабочей полости 6 давление выравнивается с давлением внутри вакуумной камеры 15, то есть создается вакуум. Под воздействием вакуума поршень 7 перемешается в верхнюю мертвую точку, совершая полезную работу.

В момент подхода поршня 7 к верхней мертвой точке выпускной клапан 4 верхней крышки цилиндра 5 и впускной клапан 9 нижней крышки цилиндра 5 закрываются. Одновременно открываются впускной клапан 3 верхней крышки цилиндра 5 и выпускной клапан 10 нижней крышки цилиндра 5. Далее рабочий цикл повторяется в вышеописанной последовательности.

Скопившееся в емкости 17 сконденсировавшееся рабочее тело с помощью насоса 14 перекачивается по трубопроводу 12 через теплообменник 16 обратно в парогенератор 1, образуя замкнутый контур циркуляции рабочего тела.

В теплообменнике 16 рабочее тело предварительно подогревается, забирая часть тепловой энергии отработанного пара.

Механизм привода клапанов может быть электромагнитным или механическим.

Двигатель обеспечивает многоступенчатое преобразование энергии рабочего тела и вакуума в полезную работу.

Технико-экономические преимущества изобретения заключаются в следующем:

- простой и эффективный способ создания вакуума в рабочих полостях цилиндра;

- повышение коэффициента полезного действия;

- возможность использования практически любого источника энергии для производства пара;

- экологическая безопасность системы.

Двигатель предназначен для использования в машиностроении в качестве вакуумного парового двигателя. Двигатель содержит цилиндр с поршнем, связанным с валом отбора мощности, нагреватель, радиатор системы охлаждения, газораспределительную систему и средство создания вакуума в рабочих полостях цилиндра, выполненное в виде вакуумной камеры с предварительно откачанным из нее воздухом, соединенной с рабочими полостями цилиндра посредством газораспределительной системы и снабженной емкостью для сбора сконденсировавшегося в ней рабочего тела, причем рабочие полости цилиндра сообщены с парогенератором, а упомянутая емкость через насос для перекачивания рабочего тела и теплообменник предварительного подогрева рабочего тела соединена с парогенератором с возможностью создания герметичного контура циркуляции рабочего тела. Изобретение обеспечивает повышение технико-экономических характеристик, упрощение конструкции, возможность использования любого вида источников энергии для работы двигателя, увеличение коэффициента полезного действия, минимизацию выбросов вредных веществ в окружающую среду. 3 ил.

Двигатель, содержащий цилиндр с поршнем, связанным с валом отбора мощности, нагреватель, радиатор системы охлаждения, газораспределительную систему и средство создания вакуума в рабочих полостях цилиндра, отличающийся тем, что средство создания вакуума в рабочих полостях цилиндра выполнено в виде вакуумной камеры с предварительно откачанным из нее воздухом, соединенной с рабочими полостями цилиндра посредством газораспределительной системы и снабженной емкостью для сбора сконденсировавшегося в ней рабочего тела, причем рабочие полости цилиндра сообщены с парогенератором, а упомянутая емкость через насос для перекачивания рабочего тела и теплообменник предварительного подогрева рабочего тела соединена с парогенератором с возможностью создания герметичного контура циркуляции рабочего тела.