ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F01B19/00 

Изобретение относится к энергетике, а именно к машинам для преобразования энергии рабочего тела (газ, пар, жидкость) механическую работу.

Наиболее близким к изобретению является двигатель, содержащий корпус, полый элемент, установленный в корпусе с возможностью изменения своих геометрических размеров в зависимости от давления поступающего в его полость рабочего тела, подвижный элемент, систему подачи рабочего тела и нажимной выпускной клапан (заявка №2004109525).

Недостатком этого двигателя является низкая мощность и КПД из-за небольшой величины рабочего хода подвижного элемента, т.к. при открытии клапана подвижный элемент не успевает вернуться в исходное положение вследствие быстрого закрытия клапана.

Задачей изобретения является повышение КПД в мощности за счет увеличения рабочего хода подвижного элемента.

Поставленная задача решается с помощью особой конструкции выпускного клапана и упругих элементов. Сущностью предлагаемого изобретения является то, что выпускной клапан имеет нажимную поверхность для его закрытия при уменьшении геометрических размеров полого элемента или при снижении давления внутри полого элемента, а также имеется по крайней мере один упругий элемент, постоянно работающий на открытие клапана и по крайней мере еще один упругий элемент для максимально плотного закрытия клапана, его поджатия к посадочной поверхности, при этом клапан изготовлен как неразъемная деталь или как узел, состоящий из нескольких деталей.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично изображен продольный разрез двигателя.

Двигатель содержит корпус 1, установленный в нем полый элемент 2, выполненный из металла или металлического сплава в виде изогнутой трубчатой конструкции (змеевика) и сообщенный трубопроводом 5 с системой подачи рабочего тела (условно не показана). В корпусе 1 с возможностью движения и взаимодействия с полым элементом 2 установлен подвижный элемент 11, выполненный в виде поршня, с шатуном 10. Корпус 1, который может быть выполнен в виде цилиндра, имеет крышку (не показана), отверстие 4 для подключения к трубопроводу 5 подачи рабочего тела и отверстие 12 для выпуска рабочего тела. Выпускной клапан 6 имеет нажимную поверхность 8 для его открытия, а также нажимную поверхность 3 для его закрытия. Имеется также упругий элемент 7, постоянно работающий на открытие клапана, и упругий элемент 9 для максимально плотного закрытия клапана, его поджатия к посадочной поверхности при закрытии.

Двигатель работает следующим образом.

Из системы подачи рабочего тела (паровой котел, камера сгорания) через трубопровод 5 рабочее тело поступает в полый элемент 2. Под действием рабочего тела полый элемент увеличивает свои размеры - змеевик расширяется. При этом подвижный элемент 11 начинает перемещаться, т.к. он жестко связан с полым элементом 2, т.е. поршень перемещается вверх вместе с шатуном 10, тем самым совершая полезную работу. Упругий элемент 7 работает на открытие клапана 6, но клапан не открывается, т.к. давление рабочего тела внутри полого элемента 2 удерживает клапан 6 в закрытом положении. Перемещение подвижного элемента 11 вверх происходит до тех пор, пока нажимная поверхность 8 клапана 6 не дойдет до стенки корпуса 1. B этот момент происходит срабатывание (открытие) клапана 6 от нажатия, после чего давление в полом элементе 2 падает, и за счет упругой деформации полый элемент 2 вместе с подвижным элементом 11 совершает обратное движение, при этом клапан 6 остается открытым при помощи упругого элемента (пружины) 7. В определенный момент при возвращении подвижного элемента 11 в исходное положение нажимная поверхность 3 (для закрытия клапана) упирается в поверхность корпуса 1, при этом подвижный элемент 2, продолжая движение вниз, закрывает клапан 6, преодолевая сопротивление пружины 7, т.к. сила упругой деформации полого элемента намного больше, чем сила упругого элемента 7. В конструкции двигателя имеется упругий элемент 9, который предназначен для плавного, безударного, максимально плотного закрытия клапана 6 при его возвращении в исходное положение. Упругий элемент может размещаться между нажимной поверхностью для закрытия клапана и корпусом двигателя, а также между нажимными поверхностями (для открытия и закрытия) клапана 6. Упругие элементы выполнены с возможностью регулировки жесткости и размеров. После закрытия клапана 6 давление внутри полого элемента начинает повышаться и цикл повторяется снова.

Таким образом, двигатель на входе имеет отверстие для подачи рабочего тела, а на выходе - элемент, совершающий силовые движения (шатун), которые могут передаваться через различные механизмы для совершения полезной работы.

Двигатель не требует смазки и охлаждения. Кроме того, существенными достоинствами являются бесшумность, отсутствие вибрации, малый вес и низкая себестоимость.

Двигатель предназначен для использования в энергетике. Двигатель содержит, по крайней мере, один полый элемент, установленный с возможностью изменения своих геометрических размеров, подвижный элемент, установленный с возможностью движения при изменении размеров полого элемента, систему подачи рабочего тела, сообщенную с полым элементом, и выпускной клапан; причем полый элемент или его часть выполнен в виде трубчатой конструкции, взаимодействующей с подвижным элементом, и изготовлен из металла или сплава, выпускной клапан выполнен нажимным, срабатывающим от нажатия при изменении размеров полого элемента, и установлен в корпусе, подвижном элементе, полом элементе или в системе подачи рабочего тела; выпускной клапан имеет нажимную поверхность для закрытия при уменьшении размеров полого элемента или при снижении давления внутри него; имеется, по крайней мере, один упругий элемент, постоянно работающий на открытие клапана, и, по крайней мере, еще один упругий элемент для плотного закрытия клапана; при этом клапан изготовлен как неразъемная деталь или как узел из нескольких деталей. Изобретение обеспечивает повышение КПД и мощности, бесшумность, снижение вибраций, малый вес и низкую себестоимость. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Двигатель, содержащий корпус, по крайней мере, один полый элемент, установленный в корпусе с возможностью изменения своих геометрических размеров в зависимости от давления поступающего в его полость рабочего тела, подвижный элемент, установленный в корпусе с возможностью движения при изменении геометрических размеров полого элемента, систему подачи рабочего тела, герметично соединенную трубопроводом с внутренней полостью полого элемента, и выпускной клапан, при этом полый элемент или его часть выполнен в виде трубчатой конструкции с возможностью взаимодействия с подвижным элементом и изготовлен из металла или металлического сплава, а выпускной клапан выполнен нажимным с возможностью срабатывания от нажатия при изменении геометрических размеров полого элемента и установлен в корпусе, подвижном элементе, полом элементе или в системе подачи рабочего тела, отличающийся тем, что выпускной клапан имеет нажимную поверхность для его закрытия при уменьшении геометрических размеров полого элемента или при снижении давления внутри полого элемента, а также имеется, по крайней мере, один упругий элемент, постоянно работающий на открытие клапана, и, по крайней мере, еще один упругий элемент для максимально плотного закрытия клапана, его поджатия к посадочной поверхности, при этом клапан изготовлен как неразъемная деталь или как узел, состоящий из нескольких деталей.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что полый элемент выполнен в виде изогнутой трубчатой конструкции или изогнутой трубки.3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что полый элемент выполнен в виде трубчатой спирали, змеевика или пружины.4. Двигатель по любому из пп.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что упругий элемент для максимально плотного закрытия клапана расположен между нажимной поверхностью для закрытия клапана и корпусом двигателя.5. Двигатель по любому из пп.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что упругий элемент для максимально плотного закрытия клапана расположен между нажимной поверхностью для закрытия клапана и нажимной поверхностью для открытия клапана.