ДВИГАТЕЛЬ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F28D15/02 F01K11/04 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, в частности, в качестве двигателя летательного аппарата (ЛА).

Известно устройство двигателя [1], в котором содержатся внутренние и внешние радиаторы, содержащие тонкостенные пластины с развитой поверхностью теплообмена.

К недостаткам известного устройства следует отнести сравнительно низкую поверхность теплообмена радиаторов, что снижает мощность двигателя.

Вторым недостатком является отсутствие возможности безопасной транспортировки двигателя в нерабочем состоянии, обусловленное значительным количеством теплоносителя, свободно и хаотично перемещающегося в объеме герметичного корпуса двигателя.

Третьим недостатком являются сравнительно высокие массогабаритные характеристики двигателя, обусловленные наличием сплошного вала двигателя.

Целью настоящего изобретения является повышение мощности двигателя, безопасной его транспортировки в нерабочем состоянии, а также уменьшение массогабаритных характеристик.

Суть изобретения заключается в том, что для повышения эффективности теплообмена конусные тарелки радиаторов с обеих сторон подвергнуты технологической операции “накатка”, в результате чего поверхность теплообмена значительно возрастает, а на обеих поверхностях образуются многочисленные выступы, способствующие преобразованию мятого пара в конденсат.

Изобретение поясняется чертежами.

На Фиг. 1 представлен внешний вид двигателя.

На Фиг. 2 представлена одноступенчатая турбина.

На Фиг. 3 изображен полый вал двигателя с конусными тарелками и теплопроводными стержнями.

На Фиг. 4 представлен профиль конусной тарелки после операции “накатка”.

На Фиг. 5 представлены схема движения теплоносителя, схема движения атмосферного воздуха, а также треугольник раскладки сил, действующих на теплоноситель.

На Фиг. 6 представлен профиль поверхности конусной тарелки до операции “накатка”. Увеличено.

На Фиг. 7 представлен профиль поверхности конусной поверхности после операции “накатка”.

На Фиг. 8 представлены профили двух смежных конусных тарелок.

Устройство двигателя внешнего сгорания

Двигатель внешнего сгорания содержит герметичный корпус 1 в форме усеченного конуса, частично заполненный теплоносителем. Корпус содержит испаритель 2 и конденсатор 3. В корпусе содержится теплоизоляционное кольцо 4, являющееся элементом корпуса и жестко скрепленное как с испарителем, так и с конденсатором двигателя. К теплоизоляционному кольцу жестко крепится рабочее колесо 5 турбины с рабочими лопатками, охваченные ободом 6. Рабочее колесо турбины жестко крепится к полому валу 7 двигателя. На полый вал установлено сопловое колесо 8 турбины, охваченное ободом 9, представляющим собою внутренний кольцевой магнит. Ободья обоих колес установлены с образованием кольцевого зазора 10 с корпусом. Колесо с сопловыми лопатками установлено с возможностью вращения по отношению к полому валу - на подшипниках 11. Над внутренним кольцевым магнитом установлен внешний кольцевой магнит 12, жестко связанный с корпусом 13 ЛА. На полый вал двигателя жестко крепится винт 14. В корпусе двигателя, в зоне конденсации, содержатся теплопроводные стержни 15, на которых жестко закреплены конусные тарелки 16, профиль которых образован технологической операцией “накатка” с обеих сторон. Вокруг испарителя расположена спиральная камера сгорания 17 с форсунками 18. Внутри испарителя содержится металлическая мелкопористая губка 19.

Работа двигателя

При подаче топлива к форсункам 18, а также сжатого воздуха в 2-спиральную камеру сгорания 17 происходит нагрев и испарение теплоносителя в испарителе 2. Пар под давлением поступает на лопатки соплового колеса 8. Поскольку сопловое колесо с направляющими лопатками зафиксировано от вращения с помощью внутренних и внешних магнитов, а рабочее колесо 5 жестко соединено посредством полого вала 7 с корпусом 1, двигатель приходит во вращение. Теплоноситель в парообразном состоянии, пройдя через турбину, поступает в конденсатор 3, где отдает часть тепла внешнему радиатору через теплопроводные стержни 15, и переходит в жидкую фазу - конденсат. Перейдя в жидкую фазу на внутренних конусных тарелках, теплоноситель осаждается на внутренней стенке конденсатора 3 и в виде тонкой пленки под действием центробежных сил возвращается в испаритель 2. Для этой цели между корпусом 1 и ободьями 9 колес турбины содержится зазор 10. В испарителе теплоноситель под действием тепла, полученного от камеры сгорания 17, вновь переходит в парообразное состояние и поступает на колеса турбин. Цикл замыкается.

Достоинство предложенного двигателя внешнего сгорания

Любой тепловой двигатель должен содержать как минимум четыре устройства: 1. Источник энергии. 2. Тепловую машину. 3. Конденсатор. 4. Насос.

Обычно все эти устройства существуют самостоятельно, занимают большие площади и объем, и соединены между собою сложной системой коммуникаций. В предложенном техническом решении все необходимые устройства объединены в одном мобильном агрегате, а функции насоса исполняет сам двигатель, корпус которого выполнен в виде конуса.

1. Задав необходимое значение конусности корпуса (угол α), число оборотов n и радиуса R, а также размер зазора между турбиной и корпусом, можно гарантированно обеспечить надежный проход теплоносителя со встречными направлениями. А именно: в газообразном состоянии - из испарителя в конденсатор, проходя через турбину, а обратно, в жидком состоянии - из конденсатора в испаритель. При этом ЛА с подобным двигателем, работа которого не зависит от ориентации в пространстве, может совершать любые фигуры высшего пилотажа.

2. Плотная установка многочисленных конусных тарелок с развитой поверхностью теплообмена и наличие многочисленных выступов на поверхности, а также наличие многочисленных теплопроводных стержней обеспечивает переход мятого пара вначале в состояние насыщенного пара, а затем - в конденсат.

3. Двигатель - всеядный, т.е. нетребовательный к качеству топлива. Форсунку можно настроить на любой вид топлива, при этом в жидком или газообразном виде.

4. Стационарный двигатель может работать на солнечной энергии.

5. Двигатель может работать в режиме силового агрегата (двигатель - эл. генератор).

6. Анаэробный вариант двигателя, в котором радиоактивные ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы) в виде трубок плотно охватывают корпус испарителя, может быть использован в подводном положении.

7. Анаэробный двигатель может быть также использован для космического машиностроения. Например, как БИП - бортовой источник питания, взамен солнечных батарей, вне зависимости от удаленности от Солнца.

8. Металлическая мелкопористая губка представляет собою несколько слоев металлической сетки с размером ячеек 100-150 мкм [3].

Источники информации

1. Патент РФ №2472005 с приоритетом от 18.01.2011 г.

2. Статья “накатка”. Политехнический словарь, издательство “Советская энциклопедия”, Москва, 1980 г., с. 319.

3. Yandex. Фитиль или капиллярная структура.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в качестве двигателя летательного аппарата (ЛА). Двигатель внешнего сгорания содержит герметичный корпус (1) в форме усеченного конуса, частично заполненный теплоносителем. Корпус содержит испаритель (2) и конденсатор (3). В корпусе содержится теплоизоляционное кольцо (4), являющееся элементом корпуса и жестко скрепленное как с испарителем, так и с конденсатором двигателя. К теплоизоляционному кольцу жестко крепится рабочее колесо (5) турбины с рабочими лопатками, охваченными ободом (6). Рабочее колесо турбины жестко крепится к полому валу (7) двигателя. На полый вал установлено сопловое колесо (8) турбины, охваченное ободом (9), представляющим собою внутренний кольцевой магнит. Ободья обоих колес установлены с образованием кольцевого зазора (10) с корпусом. Колесо с сопловыми лопатками установлено с возможностью вращения по отношению к полому валу - на подшипниках (11). Над внутренним кольцевым магнитом установлен внешний кольцевой магнит (12), жестко связанный с корпусом (13) ЛА. На полый вал двигателя жестко крепится винт (14). В корпусе двигателя, в зоне конденсации, содержатся теплопроводные стержни (15), на которых жестко закреплены тарелки (16), профиль которых образован технологической операцией “накатка” с обеих сторон. Вокруг испарителя расположена спиральная камера сгорания (17) с форсунками (18). Внутри испарителя содержится металлическая мелкопористая губка (19). Достигается повышение мощности двигателя, безопасность его транспортировки в нерабочем состоянии, а также уменьшение массогабаритных характеристик. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Двигатель внешнего сгорания содержит герметичный корпус в форме усеченного конуса, частично заполненный теплоносителем, корпус содержит испаритель и конденсатор, в корпусе содержится теплоизоляционное кольцо, являющееся элементом корпуса и жестко скрепленное как с испарителем, так и с конденсатором двигателя, к теплоизоляционному кольцу жестко крепится рабочее колесо турбины с рабочими лопатками, охваченными ободом, рабочее колесо турбины жестко крепится к полому валу двигателя, на полый вал установлено сопловое колесо турбины, охваченное ободом, представляющим собою внутренний кольцевой магнит, ободья обоих колес установлены с образованием кольцевого зазора с корпусом, колесо с сопловыми лопатками установлено с возможностью вращения по отношению к полому валу - на подшипниках, над внутренним кольцевым магнитом установлен внешний кольцевой магнит, жестко связанный с корпусом летательного аппарата (ЛА), на полый вал двигателя жестко крепится винт, в корпусе двигателя, в зоне конденсации, содержатся теплопроводные стержни, на которых жестко закреплены тарелки, вокруг испарителя расположена спиральная камера сгорания с форсунками, отличающийся тем, что профиль тарелок образован технологической операцией "накатка" с обеих сторон поверхности.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в испарителе содержится металлическая мелкопористая губка.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что вал двигателя выполнен полым.