СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ МОЩНОСТИ ТУРБОПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2012 года по МПК F01C1/00 

1. Название изобретения.

«Способ увеличения мощности турбопоршневого двигателя». Далее - Изобретение.

2. Область техники, к которой относится Изобретение.

Изобретение преимущественно относится к области машиностроения.

3. Уровень техники.

Из уровня техники известен турбопоршневой двигатель содержащий ротор, поршень и клапан. Зубчатая шестерня на валу ротора зацеплена зубчатой шестерней одинакового диаметра на валу клапана. Поршень под действием потенциальной энергии рабочего тела может перемещаться в цилиндре относительно неподвижного корпуса и непосредственно передавать вращательное движение на ротор с валом без промежуточных передач. Ротор, закрепленный на валу, имеет цилиндрическую форму и помещен в цилиндрический корпус. Поршень, закрепленный на роторе по окружности, помещен в уширение цилиндрического корпуса - в цилиндр с клапаном цилиндрической формы. Сторона поршня, на которую может оказывать давление рабочее тело, имеет прямоугольную форму. Клапан цилиндрической формы, закрепленный на валу и помещенный в отверстие в цилиндре, может вращаться в цилиндре. Между клапаном и ротором имеется минимальный зазор. Клапан может создавать закрытое пространство в цилиндре между поршнем и клапаном. Клапан имеет вырез по окружности для пропуска поршня под клапаном и канал подачи рабочего тела, проходящий через вал клапана. При совмещении канала подачи рабочего тела на валу клапана с отверстием трубки подачи рабочего тела, идущей от аккумулятора рабочего тела, рабочее тело при открытом кране подачи рабочего тела может поступать в закрытое пространство цилиндра между клапаном и поршнем. За один такт «Рабочий ход» поршень под действием энергии рабочего тела поворачивает ротор с валом на угол более 300 градусов.

Источник информации:

Описание изобретения к патенту RU 2364726 С2.

Аналогом данного изобретения является двигатель, описанный в патенте RU 2364726 С2 В.Батленовым в 2007 году.

Основные сходства данного изобретения с двигателем В.Бтленова:

1. Крутящий момент вала ротора в турбопоршневом двигателе создается путем подачи рабочего тела в цилиндр.

2. Объем подачи рабочего тела в цилиндр турбопоршневого двигателя регулируется клапаном цилиндрической формы.

Основные недостатки турбопоршневого двигателя В.Батленова:

1. Отработанное рабочее тело в цилиндре создает давление на поршень и сила давления направлена в сторону, противоположную движению поршня в цилиндре.

2. Отработанное рабочее тело, имеющий значительное количество энергии, выбрасывается в атмосферу через фильтр и глушитель.

4. Раскрытие изобретения.

Изобретение направлено на увеличение мощности и продолжительности работы без дополнительной заправки, турбопоршневого двигателя описанного в патенте RU 2364726 С2, не увеличивая диаметра ротора, площади поршня, литража, количества цилиндров с поршнем, давления рабочего тела в цилиндре, а путем создания разреженной среды с одной стороны поршня в одной части цилиндра при закрытом клапане, тем самым увеличивая крутящий момент вала ротора при преобразовании энергии рабочего тела-пара, газа, сжатого воздуха в механическую работу и путем подачи отработанного рабочего тела под давлением в аккумулятор рабочего тела для повторного использования.

Существенные признаки, характеризующие изобретение, и их отличие от аналога:

1. Турбопоршневой двигатель имеет компрессор для создания разреженной среды в одной части цилиндра путем выкачивания отработанного рабочего тела через отверстие для выпуска рабочего тела.

2. Отработанное рабочее тело из цилиндра турбопоршневого двигателя компрессором под давлением подается обратно в аккумулятор рабочего тела низкого давления для повторного использования.

3. Возможность работы турбопоршневого двигателя длительное время без дополнительной заправки за счет использования части мощности турбопоршневого двигателя для пополнения рабочим телом аккумулятор рабочего тела низкого давления при помощи компрессора и за счет имеющегося рабочего тела в аккумуляторе рабочего тела высокого давления.

4. Вал компрессора приводиться во вращение от вала ротора турбопоршневого двигателя.

5. Хорошая работа турбопоршневого двигателя в любых климатических условиях.

6. Турбопоршневой двигатель не наносит вреда окружающей среде при использовании сжатого воздуха в качестве рабочего тела.

7. Возможность заправки рабочим телом аккумулятор рабочего тела - баллона через заправочное устройство.

Таким образом, увеличение мощности и продолжительности работы без дополнительной заправки турбопоршневого двигателя, описанного в патенте RU 2364726 С2, происходит действием на поршень в цилиндре с одной стороны разреженной среды, под влиянием которой увеличивается сила рабочего тела, которая действует в цилиндре на поршень с другой, противоположной стороны. Равнодействующая сил, действующих на поршень в цилиндре, где создана разреженная среда в одной ее части с одной стороны поршня значительно больше, чем в цилиндре, где в одной ее части имеется отработанное рабочее тело. С увеличением сил, действующих на поршень, увеличиваются крутящий момент вала ротора и мощность турбопоршневого двигателя. Разреженная среда в цилиндре с одной стороны поршня создается компрессором, приводимым в движение от вала ротора турбопоршневого двигателя при закрытом клапане, выкачивая отработанное рабочее тело из цилиндра через отверстие для выпуска рабочего тела. И далее отработанное рабочее тело компрессором под давлением подается в аккумулятор рабочего тела низкого давления для повторного использования, из аккумулятора рабочего тела высокого давления рабочее тело поступает через редуктор в аккумулятор рабочего тела низкого давления, что способствует поддержанию давления рабочего тела в аккумуляторе рабочего тела низкого давления и увеличению продолжительности работы турбопоршневого двигателя без дополнительной заправки по сравнению с аналогом. Аккумулятор рабочего тела высокого давления периодически заправляют рабочим телом через заправочное устройство. Техническим результатом является увеличение мощности турбопоршневого двигателя и увеличение продолжительности работы турбопоршневого двигателя на одной заправке.

5. Краткое описание чертежей.

Перечень фигур с краткими пояснениями:

1. На фиг.1 изображена схема сил, действующих на поршень в цилиндре турбопоршневого двигателя, когда с одной стороны поршня рабочее тело, а с другой стороны поршня - отработанное рабочее тело.

2. На фиг.2 изображена схема сил, действующих на поршень в цилиндре турбопоршневого двигателя, когда с одной стороны поршня рабочее тело, а с другой стороны поршня - разреженная среда.

3. На фиг.3 изображена схема подачи рабочего тела в двухцилиндровый турбопоршневой двигатель.

4. На фиг.4 изображена схема турбопоршневого двигателя в поперечном разрезе.

Фиг.1, где: 1 - рабочее тело в цилиндре после впуска, давление значительно больше давления отработанного рабочего тела;

2 - отработанное рабочее тело в цилиндре, давление больше атмосферного;

3 - поршень, на поршень оказывает давление рабочее тело в цилиндре и создает крутящий момент вала ротора;

4 - ротор;

5 - вал ротора;

F₁- сила, действующая на поршень рабочим телом в цилиндре;

F₂ - сила, действующая на поршень отработанным рабочим телом в цилиндре;

На фиг.1 равнодействующая сил, действующих на поршень,

равна: F_p1=F₁-F₂

Сила F₂, действующая на поршень отработанным рабочим телом в цилиндре, направлена против силы F₁, действующей на поршень рабочим телом в цилиндре.

Фиг.2, где: 6 - разреженная среда в цилиндре, созданная компрессором, ниже атмосферного;

F₃ - дополнительная сила, действующая на поршень рабочим телом под влиянием разреженной среды в цилиндре.

На фиг.2 равнодействующая сил, действующих на поршень, равна: F_p2=F₁+F₃.

В цилиндре, где создана разреженная среда в одной ее части, равнодействующая сил F_p2, действующих на поршень, значительно больше, чем в цилиндре, где в одной ее части имеется отработанное рабочее тело. С увеличением равнодействующей сил, действующих на поршень, увеличиваются крутящий момент вала ротора и мощность турбопоршневого двигателя.

Фиг.3, где: 7 - двухцилиндровый турбопоршневой двигатель;

8 - компрессор, входной патрубок соединен с отверстиями для выпуска рабочего тела из цилиндров;

9 - генератор электрического тока, для питания потребителей;

10 - аккумулятор рабочего тела - баллон высокого давления;

11 - редуктор для снижения давления и регулировки подачи рабочего тела;

12 - аккумулятор рабочего тела - баллон низкого давления;

13 - кран подачи рабочего тела;

14 - заправочное устройство для периодической заправки аккумулятора рабочего тела высокого давления - баллона рабочим телом

15 - клапан для подачи рабочего тела в аккумулятор рабочего тела низкого давления;

16 - предохранительный клапан для выпуска рабочего тела в атмосферу при увеличении давления рабочего тела в аккумуляторе рабочего тела выше рабочего.

Фиг.4, где: 17 - клапан цилиндрической формы;

18 - вал клапана;

19 - отверстие для выпуска рабочего тела из цилиндра;

20 - цилиндр, в цилиндре перемещается поршень под давлением рабочего тела.

6. Осуществление изобретения.

Частный случай - двухцилиндровый турбопоршневой двигатель. Технические характеристики двухцилиндрового турбопоршневого двигателя 7 представлены в таблице.

С целью уменьшения сил трений при работе турбопоршневого двигателя 7 трущиеся детали и подшипники валов ротора 4 и клапана 17 смазываются, а диаметры ротора 4 и клапана 17 равны, это позволяет уменьшить зазор между ротором 4 и клапаном 17, и увеличить герметичность цилиндра 20. В корпусе клапана 17 на внутренней стороне имеются канавки для пропуска рабочего тела в цилиндр 20 из выреза по окружности на клапане 17 после впуска рабочего тела.

Крутящий момент от вала 5 ротора 4 на вал 18 клапана 17 передается через четыре шестерни одинакового диаметра с одинаковым передаточным числом, что позволяет уменьшить диаметр шестерен. Аккумуляторы 10 и 12 рабочего тела - сжатого воздуха, имеют предохранительные клапаны 16 для выпуска сжатого воздуха в атмосферу при увеличении давления в аккумуляторах рабочего тела - сжатого воздуха 10 и 12, выше рабочего.

Схема подачи рабочего тела - сжатого воздуха, в двухцилиндровый турбопоршневой двигатель 7 показана на фиг.3. Схема турбопоршневого двигателя 7 представлена на фиг.4.

Рабочее тело - сжатый воздух 1 в цилиндр 20 поступает из аккумулятора 12 рабочего тела низкого давления при открытом кране 13 подачи рабочего тела через клапан 17, а в аккумулятор 12 рабочего тела низкого давления рабочее тело - сжатый воздух, поступает через редуктор 11 из аккумулятора 10 рабочего тела высокого давления. Аккумулятор 10 рабочего тела высокого давления периодически заправляют рабочим телом - сжатым воздухом, через заправочное устройство 14. Вал компрессора 8 и вал генератора 9 электрического тока приводятся в движение от вала 5 ротора 4 турбопоршневого двигателя 7.

Мощность двухцилиндрового турбопоршневого двигателя 7 без создания разреженной среды 6 в одной части цилиндра 20 с одной стороны поршня 3 составляет 77 кВт. Силы, действующие на поршень 3 турбопоршневого двигателя 7 в цилиндре 20, представлены на фиг.1.

Мощность двухцилиндрового турбопоршневого двигателя 7 путем создания компрессором 8 разреженной среды 6 в одной части цилиндра 20 с одной стороны поршня 3 путем выкачивания отработанного рабочего тела 2 из цилиндра 20 через отверстие 19 для выпуска рабочего тела при закрытом клапане 17, когда клапан 17 перекрывает поперечное сечение цилиндра 20, и подачей под давлением компрессором 8 в аккумулятор 12 рабочего тела низкого давления для повторного использования, составляет 97 кВт. В данном случае мощность турбопоршневого двигателя 7 увеличивается на 20 кВт. Для привода компрессора 8 расходуется до 15 кВт мощности турбопоршневого двигателя 7. Подача компрессором 8 отработанного рабочего тела 2 из цилиндра 20 в аккумулятор 12 рабочего тела - сжатого воздуха низкого давления, и пополнение потерь рабочего тела - сжатого воздуха в аккумуляторе 12 рабочего тела - сжатого воздуха низкого давления из аккумулятора 10 рабочего тела - сжатого воздуха высоко давления, способствуют увеличению продолжительности работы турбопоршневого двигателя 7 без дополнительной заправки, по сравнению с аналогом. Силы, действующие на поршень 3 турбопоршневого двигателя 7 в цилиндре 20, представлены на фиг.2.

Таблица технических характеристик двухцилиндрового турбопоршневого двигателя «Пул-кар». Параметры Величины Число цилиндров 2 Диаметр ротора, мм 200 Диаметр цилиндра, мм 300 Диаметр клапана, мм 200 Площадь поршня, мм² 4000 Рабочее тело - сжатый воздух   Давление сжатого воздуха в цилиндре в   начале такта «Рабочий ход», атм 10 Число вращения вала ротора за одну минуту до 3000 Объем аккумулятора сжатого воздуха-баллона   низкого давления до 15 атм, л 100 Объем аккумулятора сжатого воздуха - баллона   высокого давления до 200 атм, л 50 Компрессор винтовой, комплект 1 Мощность, затрачиваемое на привод компрессора, кВт до 15 Производительность компрессора при давлении от   7 атм до 13 атм, м³/мин от 1,4 до 2,5 Максимальный расход сжатого воздуха давлением   10 атм двухцилиндровым турбопоршневым   двигателем, м³/мин 2,4 Мощность двухцилиндрового турбопоршневого   двигателя «Пул-кар», кВт 97

Изобретение относится к области машиностроения. Способ увеличения мощности турбопоршневого двигателя заключается в увеличении равнодействующих сил, действующих на поршень 3 в цилиндре. В одной части цилиндра с одной стороны поршня 3 создают разреженную среду 6 путем выкачивания отработанного рабочего тела из цилиндра и последующей подачей его под давлением в аккумулятор рабочего тела низкого давления. Рабочее тело из аккумулятора рабочего тела высокого давления через редуктор подают в аккумулятор рабочего тела низкого давления. Аккумулятор рабочего тела высокого давления периодически заправляют рабочим телом через заправочное устройство. Изобретение направлено на увеличение мощности и продолжительности работы без дополнительной заправки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил, 1 табл.

1. Способ увеличения мощности турбопоршневого двигателя, заключающийся в увеличении равнодействующих сил, действующих на поршень в цилиндре, отличающийся тем, что в одной части цилиндра с одной стороны поршня создают разреженную среду путем выкачивания отработанного рабочего тела из цилиндра и последующей подачей его под давлением в аккумулятор рабочего тела низкого давления, при этом рабочее тело из аккумулятора рабочего тела высокого давления через редуктор подают в аккумулятор рабочего тела низкого давления, а аккумулятор рабочего тела высокого давления периодически заправляют рабочим телом через заправочное устройство.

2. Способ увеличения мощности по п.1, отличающийся тем, что равнодействующая сил, действующих на поршень в цилиндре, где создана разреженная среда в одной ее части с одной стороны поршня, значительно больше, чем в цилиндре, где в одной ее части имеется отработанное рабочее тело.

3. Способ увеличения мощности по п.1, отличающийся тем, что отработанное рабочее тело из цилиндра выкачивается компрессором через отверстие для выпуска рабочего тела.

4. Способ увеличения мощности по п.1, отличающийся тем, что отработанное рабочее тело компрессором под давлением подается в аккумулятор рабочего тела низкого давления.