ИНЕРЦИОННЫЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2022 года по МПК F01D1/32 

Заявляемые технические решения относятся к двигателестроению, а именно к инерционным роторным машинам объемного типа, используемым как в промышленности, так и на транспорте, либо вместо паровой турбины, либо как пневмодвигатель, либо в качестве привода для различных устройств.

Задача, решаемая изобретателем ИНЕРЦИОННОГО РОТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ (далее по тексту - ИРД) - использование всех сил, создающихся в конструкциях инерционных роторных машин объемного типа для полезной работы двигателя.

Из уровня техники известен поршневой насос/компрессор, в котором эффект перемещения и сжатия среды для отсечки зон всасывания и нагнетания реализован за счет периодического изменения объема рабочей зоны при возвратно-поступательном движении поршня и использования клапанных устройств. Например, см. Пластинин П.И. Теория и расчет поршневых компрессоров, - М.: 1987 стр. 7 - " Объемные компрессоры повышают давление газа путем уменьшения замкнутого объема (камеры), содержащего определенное количество газа" и на стр. 10 - "процесс сжатия в объемных компрессорах происходит периодически".

Известен патент (см. (19) RU (11) 2180402 (13) C2 (51) МПК F01C 1/44 (2000.01), F02B 53/00 (2000.01) (54) РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ), где в роторно-поршневом двигателе имеется две рабочие камеры, образованные рабочим органом с поршнями и кольцом, установленным на неподвижной оси. Диаметрально размещенные в теле рабочего органа поршни не создают инерционных нагрузок на ось, что позволяет снизить потери на трение, увеличить число оборотов и мощность, а большой запас энергии от вращающихся масс позволяет улучшить тяговые характеристики, повысить экономичность двигателя.

Недостаток работы данного двигателя - его низкий КПД:

- за счет того, что в рабочих камерах за два оборота рабочего органа происходит четырехтактный цикл ДВС, поршни в нем перемещаются холостым ходом и способ работы, реализованный в этом двигателе, не обеспечивает суммирования усилий, прилагаемых каждым из поршней на свое отдельное рабочее тело,

- за счет того, что кольцо, установленное на неподвижной оси, имеет дополнительное устройство для его вращения.

- за счет больших тепловых потерь вследствие того, что подготовка и образование рабочего тела происходит в рабочих камерах ротора в условиях, мало предназначенных для таких процессов, в результате чего рабочее тело трудно получить с заданными техническими параметрами.

Соответственно КПД работы этого двигателя будет низким, а выхлопные газы - токсичными.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) может быть принят роторный двигатель, содержащий ротор с выходным валом и соплами, блок формирования рабочего тела в виде парогенератора (см. RU 2673431 C2, 26.11.2018, F01D1/32), где однопоточная реактивная турбина, содержащая однопоточное центробежное рабочее колесо с каналами, установленное на валу, в котором осуществляется сжатие поступающего в него рабочего тела, где центробежное рабочее колесо выполнено с лопатками, по верхней боковой кромке закрытыми обечайкой, с образованием центробежных каналов и содержит полый торообразный коллектор с отверстием по периметру его внутреннего диаметра, ширина которого не меньше высоты лопаток в выходном сечении центробежных каналов однопоточного центробежного рабочего колеса, жестко и с обеспечением герметичности прикрепленный к однопоточному центробежному рабочему колесу так, что выходные отверстия центробежных каналов открыты во внутреннюю полость торообразного коллектора, при этом по периметру внешнего диаметра торообразного коллектора выполнены отверстия, в которые установлены сверхзвуковые реактивные сопла, при этом торообразный коллектор снабжен перегородками, перекрывающими его в поперечном сечении, жестко закрепленными вблизи начала входного участка каждого реактивного сопла.

Общие признаки: рабочая камера установлена на валу (в аналоге - это однопоточное центробежное рабочее колесо с каналами), выходные отверстия центробежных каналов открыты во внутреннюю полость рабочей камеры,

по периметру внешнего диаметра торообразного коллектора выполнены отверстия, в которые установлены реактивные сопла.

Недостатком является то, что данный двигатель построен только на использовании реактивных сил.

На Фиг. 1 изображена функциональная схема заявляемого ИРД.

На Фиг. 2, показан ротор ИРД (вид сбоку).

На Фиг. 3 показан разрез ИРД.

На Фиг. 4, показан разрез ИРД, в котором для пояснения показано соединение ротора 3 (его внешнего диска 6) с диском распределителем подачи РТ 2.

На Фиг. 5 показано устройство распределителя подачи РТ 2 и то, как расположены в нем перемычки 16(а)/(b) и перепускные каналы-окна 31(а)/(b). Вид спереди

На Фиг. 6 показано устройство распределителя подачи РТ 2 и то, как расположены в нем перемычки 16(а)/(b) и перепускные каналы-окна 31(а)/(b). Вид разреза В-В Фиг. 5

На Фиг. 7 показано устройство распределителя подачи РТ 2 и как расположены в нем перепускные каналы-окна 31(а)/(b). Вид разреза Б-Б Фиг. 5

На Фиг. 8 показано устройство распределителя подачи РТ 2 и как расположены в нем перепускные каналы-окна 31(а)/(b). Вид разреза А-А Фиг. 5

На Фиг. 9 показан сборочный чертеж подвижной системы «поршень+ось+рычаг» ротора 3, имеющий подвижный центр масс 37(а)/(b).Эта подвижная система состоит из поршня 7(а)/(b), рычага 10(а)/(b) с роликом 11(а)/(b) и соединяющей их оси 12(а)/(b). На этом чертеже также показано устройство насечек-углублений 34 на боковых поверхностях поршней 7(а)/(b) и элемент пружинящий 44(а)/(b) (амортизатор рычагов 10 (а)/(b));

На Фиг. 9 показан сборочный чертеж подвижной системы «поршень+ось+рычаг» 27 ротора 3, имеющий подвижный центр масс 37(а)/(b). Эта подвижная система состоит из поршня 7(а)/(b), рычага 10(а)/(b) с роликом 11(а)/(b) и соединяющей их оси 12(а)/(b). На этом чертеже также показано устройство насечек-углублений 34 на боковых поверхностях поршней 7(а)/(b) и элемент пружинящий 44(а)/(b) (амортизатор рычагов 10 (а)/(b));

На Фиг. 10 показан сборочный чертеж подвижной системы «поршень+ось+рычаг» ротора 3, вид сбоку фиг.9 Эта подвижная система состоит из поршня 7(а)/(b), рычага 10(а)/(b) с роликом 11(а)/(b) и соединяющей их оси 12(а)/(b). На этом чертеже также показано устройство насечек-углублений 34 на боковых поверхностях поршней 7(а)/(b) и элемент пружинящий 44(а)/(b) (амортизатор рычагов 10 (а)/(b));

На Фиг. 11 показан сборочный чертеж подвижной системы «поршень+ось+рычаг» ротора 3, имеющий центр масс 37(а)/(b). Эта подвижная система состоит из поршня 7(а)/(b), рычага 10(а)/(b) с роликом 11(а)/(b) и соединяющей их оси 12(а)/(b), также показано устройство уплотнения 51 на боковых поверхностях поршней 7(а)/(b) и элемент пружинящий 44(а)/(b) (амортизатор рычагов 10 (а)/(b));

На Фиг. 12 показан сборочный чертеж подвижной системы «поршень+ось+рычаг» ротора 3, вид сбоку фиг.11. Эта подвижная система состоит из поршня 7(а)/(b), рычага 10(а)/(b) с роликом 11(а)/(b) и соединяющей их оси 12(а)/(b) также показан элемент пружинящий 44(а)/(b) (амортизатор рычагов 10 (а)/(b));

На Фиг. 13 Фиг. 14 Фиг. 15 показаны кинематические схемы ротора на различных этапах его работы. Изображены положения подвижного центра масс 37(а)/(b) системы «поршень+ось+рычаг» при повороте ротора на 10° - Фиг. 13, 90° - Фиг. 13 и 180° - Фиг. 13. Показано, как будет изменяться расстояние 41 от подвижного центра масс 37(а)/(b) до оси вращения 36 ротора 3, а также показаны силы, действующие на эти центры масс 37(а)/(b).

На Фиг. 16 показаны изменения рабочего положения подвижной системы «поршень+ось+рычаг» ротора 3 во время выполнения первого и третьего тактов, а также показаны силы, действующие на элементы ротора во время выполнения этих тактов. Показан демпферы 46(a)/(b), или амортизационные объемы рабочего тела, остающиеся в дополнительных камерах 9(а)/(b) и смягчающие удары поршней 7(а)/(b)о принимающие импульс стенки21(а)/(b).

На Фиг. 17, Фиг. 18, Фиг. 19, Фиг. 20 показаны расположения элементов ротора 3 при его повороте на 0° - Фиг. 17, 10° - Фиг. 18, 90° - Фиг. 19 и 180° - Фиг. 20; положения расположенных в наружном диске 6 перепускных окон 30(а)/(b), относительно положений перепускных каналов-окон 31(а)/(b), соединяющих канал подачи рабочего тела 39, рабочую камеру 8 и дополнительные камеры 9(а)/(b).

На Фиг. 21 показан чертеж (разрез А-А (Фиг. 22)) устройства синхронизации поршней 7(a)/(b).

На Фиг. 22 показан чертеж наружного диска 6 с антифрикционным уплотнением 40, где в свою очередь показаны: опора-подшипник 13 для осей 12(а)/(b); перепускные окна 30(а)/(b) наружного диска 6, соединяющие дополнительные камеры 9 (а)/(b), см. Фиг. 2 с перепускными каналами 31 (а)/(b) распределителя 2 см. Фиг. 4 и см. Фиг. 5, рабочей камерой 8 и каналом подачи рабочего тела 39;

На Фиг. 23 показан чертеж разрез А-А (Фиг. 22) наружного диска 6 с антифрикционным уплотнением 40. Где в свою очередь показаны: опора-подшипник 13 для осей 12(а)/(b); перепускные окна 30(а)/(b) наружного диска 6, соединяющие дополнительные камеры 9 (а)/(b), см. Фиг. 2 с перепускными каналами 31 (а)/(b) распределителя 2 см. Фиг. 4 и см. Фиг. 5, рабочей камерой 8 и каналом подачи рабочего тела 39.

ИРД состоит из следующих узлов и деталей:

На чертежах детали секций, повернутые на 180 град по отношению друг к другу и расположенные симметрично, имеют обозначения (а) и (b) соответственно.

1. Блок формирования рабочего тела;

2. Распределитель подачи РТ;

3. Ротор;

4. Выходной вал ИРД;

5. Внутренний диск;

6. Наружный диск;

7. Поршень (а)/(b);

8. Рабочая камера;

9. Дополнительная камера (а)/(b);

10. Рычаг (а)/(b);

11. Ролик (а)/(b);

12. Ось, соединяющая поршни и рычаги (а)/(b);

13. Опора-подшипник для оси в наружном диске (а)/(b);

14. Опора-подшипник во внутреннем диске (а)/(b);

15. Исполнительный механизм (потребитель механической энергии);

16. Перемычка в распределителе подачи РТ 2;

17. Отверстия во фланце для оси 12 (а)/(b);

18. Фронтальная поверхность поршня (a)/(b);

19. Тыльная сторона поршня (a)/(b);

20. Стенка радиальная (a)/(b);

21. Стенка, принимающая импульс (a)/(b);

22. Опорная стенка (a)/(b);

23. Подвижное основание (a)/(b) опорных стенок 22 (a)/(b);

24. Корректор опорных стенок;

25. Соединительный рычаг;

26. Стенка корпуса ИРД;

27. Сопла (а)/(b);

28. Фланец подвижный наружного диска 6;

29. Фланец неподвижный распределителя подачи РТ 2 с перепускными каналами 31(a)/(b);

30. Перепускные окна (а)/(b) наружного диска 6, соединяющие дополнительные камеры 9 (а) / (b) с перепускными каналами 31 (а)/(b), рабочей камерой 8 и каналом подачи рабочего тела 39;

31.Перепускные каналы-окна 31(а)/(b) распределителя подачи РТ 2, соединяющие канал подачи рабочего тела 39, рабочую камеру 8 и дополнительные камеры 9(а)/(b);

32.Корректор распределителя подачи РТ 2;

33.Направляющие опоры распределителя подачи РТ 2;

34. Насечки-углубления на боковых поверхностях поршней 7(a)/(b);

35. Соединение (Фланец опорный выходного вала ротора);

36. Ось вращения ротора, выходного вала ротора;

37. Центр массы сборки - поршень-ось-рычаг;

38. Механический привод от выходного вала ротора к генератору РТ;

39. Канал подачи рабочего тела;

40. Антифрикционное уплотнение;

41. Расстояние между осью вращения ротора и центром массы сборки поршень-ось-рычаг;

42. Окна (а)/(b);

43. Патрубок для подачи РТ;

44.Элемент пружинящий (а)/(b) (амортизатор рычагов 10 (а)/(b));

45. Угол установки между фронтальной поверхностью поршня и осью рычага;

46. Демпфер или амортизационный объем рабочего тела, остающегося в дополнительных камерах 9(а)/(b);

47. Траектория перемещения центра масс (а)/(b);

48. Шестерни (а)/(b), для синхронизации поворота поршней 7(а)/(b) и рычагов 10(а)/(b);

49. Крышка внутреннего диска 5, образующая камеру для синхронизирующих шестерен;

50. Камера во внутреннем диске 5 для размещения шестерен;

51. Уплотнение 7(a)/(b) (см.Фиг. 6).

Обозначения «(а)/(b)» относятся к паре одинаковых конструктивных элементов ИРД, расположенных диаметрально противоположно по отношению друг к другу.

На чертежах имеются следующие обозначения:

F_рт - давление рабочего тела,

F_цб - центробежные силы,

V_угл – угловые скорости сборки «поршень-ось-рычаг»,

F_кор – сила Кориолиса,

R – реактивные струи РТ,

T_рт - реактивные тяги выталкиваемого РТ,

F_танг – тангенциальные силы, создающие крутящий момент на роторе ИРД.

Технический результат от использования ИР - более высокая удельная мощность инерционного ротора (ИР), достигаемая за счет того, что ИРД состоит из корпуса двигателя, включающего опорные стенки 22(а)/(b) и ротора, вращающегося внутри этого корпуса, прикрепленного с одной стороны через соединение 35 к вращающемуся валу 4, а с другой - к распределителю подачи РТ 2, который, в свою очередь, соединен с блоком формирования рабочего тела 1 через канал подачи рабочего тела 39, при этом распределитель подачи РТ 2 состоит из диска с перепускными каналами-окнами 31(а)/(b), выполненными в виде полостей. В состав ротора 3 входят:

- одна или несколько синхронизированных между собой пар подвижных систем «поршень-ось-рычаг»,

- рабочая камера 8 изменяющегося объема,

- одна или несколько пар дополнительных камер 9(а)/(b) изменяющегося объема, при этом между рабочей 8 и одной или несколькими дополнительными 9(а)/(b) камерами выполнены окна 42(а)/(b) с соплами 27(а)/(b),

- канал подачи РТ 39 постоянно соединен с перепускными каналами-окнами 31(а)/(b) и с рабочей камерой 8,

- каждая система «ось+поршень+рычаг» с подвижными центрами масс 37(а)/(b), которые при вращении ротора меняют свое положение относительно оси вращения ротора 36, выполнена из поршня 7(а)/(b) жестко прикрепленного к оси 12(а)/(b), которая, в свою очередь, неподвижно прикреплена к своему рычагу 10(а)/(b) с роликами 11(а)/(b) на их концах, при этом каждая ось 12(а)/(b) имеет возможность вращения внутри соосно установленных опор-подшипников 13(а)/(b) наружного диска 6, опор-подшипников 14(а)/(b) внутреннего диска 5 и в отверстиях 17(а)/(b) соединения 35 между ротором 3 и валом 4,

- рабочая камера 8 выполнена герметичной, образованной радиальными стенками 20(а)/(b), фронтальными поверхностями 18(а)/(b) подвижных поршней 7(а)/(b) и расположенными напротив друг друга неподвижными внутренним 5 и наружным 6 дисками,

- дополнительные камеры 9(а)/(b) изменяемого объема сформированы тыльными сторонами поршней 7(а)/(b), радиальными стенками 21(а)/(b) и стенками, принимающими импульс 22(а)/(b), расположенными между внутренним 5 и наружным 6 дисками, и имеют окна 42(а)/(b) с соплами 27(а)/(b) для реактивного выхода рабочего тела, выталкиваемого поршнями 7(а)/(b),

при этом в наружном диске 6 имеются перепускные окна 30(а)/(b), которые при вращении ротора во время выполнения нечетных тактов перекрываются перемычками 16(а)/(b): во время первого такта окно 30(а) перекрывается перемычкой 16(а), а во время третьего такта окно 30(а) - перемычкой 16(b), а во время выполнения четных тактов перепускные каналы-окна 31(а)/(b) совмещаются с перепускными окнами 30(а)/(b) наружного диска 6, образуя единый канал, по которому РТ поступает из генератора РТ 2 как в рабочую камеру 8, так и в дополнительные камеры, причем во время второго такта каналы-окна 31(а) совмещаются с перепускными окнами 30(а), а во время четвертого каналы-окна 31(а) совмещаются с перепускными окнами 30(b),

где размер подвижных систем «ось+поршень+рычаг» такой, что эти системы во время выполнения четных тактов работы прокатываются по опорным стенкам 22(а)/(b). Поскольку в данном двигателе в качестве РТ используется либо пар, либо парогазовая смесь, приготовленная в блоке формирования рабочего тела 1 и поступающая в каналы-окна 31(а), которые при вращении вала 4 совмещаются с перепускными окнами 30(b), а также то, что в ротор имеет одну или несколько пар поршней и соединенных с ними подвижных систем «ось+поршень+рычаг», установленных навстречу друг другу, то при наличии одной пары поршней, ИРД за один оборот вокруг оси вращения 4 выполняет четыре такта, при этом во время всех тактов создается положительный крутящий момент, полученный от использования всех создающихся в конструкции сил, а именно: инерционных, центробежных, Кориолисовой и реактивной.

Использование данного двигателя решает вопрос выбросов в атмосферу выхлопных газов, так как предлагаемый ИРД будет работать на водяном паре или парогазовой смеси и весь отработанный пар будет конденсироваться, собираться в емкость и утилизироваться. Выхлопных газов не будет вообще, а как показывают расчеты, КПД предлагаемого ИРД будет как минимум в три раза выше, чем КПД современного ДВС.

Требования к деталям и технологиям изготовления ИРД ниже, чем у газотурбинных двигателей и ДВС, т.к. ИРД может работать на водяном пару или парогазовой смеси с температурой 330 - 450 градусов Цельсия. Как следствие - более низкие затраты на изготовление аналогичного по мощности ИРД, чем на изготовление ДВС или газотурбинного двигателя, которые работают на продуктах сгорания углеводородов с температурой около 2000 градусов Цельсия.

Заявляемый ИРД имеет универсальную конструкцию и может использоваться как для маломощных и маленьких устройств, так и для мощных и объемных, в которых рабочая камера выполнена из нескольких пар поршней и стенок (радиальных стенок и стенок, принимающих импульс).

ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ ИРД

Инерционный роторный двигатель (далее по тексту - ИРД) (см. Фиг. 1- Фиг. 4), включающий ротор 3 с соплами 27 для реактивного выхода рабочего тела (РТ) и выходной вал 4, соединенные между собой, при этом ИРД также содержит блок формирования РТ 1, распределитель подачи РТ 2, корпус (на фигурах не пронумерован), включающий опорные стенки 22, в котором ротор 3 с одной стороны через соединение закреплен к выходному валу 4, а с другой - к распределителю подачи РТ 2, который в свою очередь, соединен с блоком формирования РТ 1 через канал подачи РТ 39. 4. В качестве соединения между ротором и выходным валом может быть использован фланец 35.

Распределитель подачи РТ 2, представленный на Фиг. 5, состоит из диска с перепускными каналами-окнами 31, выполненными в виде полостей.

В качестве блока формирования рабочего тела может быть использован либо парогенератор косвенного нагрева, либо парогазогенератор, получающий РТ в виде парогазовой смеси при смешивании высокотемпературных продуктов сгорания углеводородов с частицами распыленной воды.

В состав ротора 3 входят:

- одна или несколько синхронизированных между собой пар подвижных систем «поршень-ось-рычаг» 37(а)/(b), которые могут быть синхронизированы между собой шестернями синхронизации;

- рабочая камера 8 изменяющегося объема,

- одна или несколько пар дополнительных камер 9(а)/(b) изменяющегося объема.

Между рабочей 8 и одной или несколькими дополнительными камерами 9 выполнены окна 42 с соплами 27. Канал подачи РТ 39 постоянно соединен с перепускными каналам- окнами 31 и с рабочей камерой 8, а каждая система «ось-поршень-рычаг» 37 с подвижными центрами масс, которые при вращении ротора 3 выполнены с возможностью изменения своего положения относительно оси вращения ротора 36, выполнена из поршня 7, жестко прикрепленного к оси 12, которая, в свою очередь, неподвижно прикреплена к своему рычагу 10 с роликом 11 на его конце, причем каждая ось 12 имеет возможность вращения внутри соосно установленных опор-подшипников 13 наружного диска 6, опор-подшипников внутреннего диска 5 и в отверстиях, соединяющих ротор 3 с валом 4. При этом один из краев стенок, принимающих импульс 21, может быть соединен с соответствующими осями 12, соединяющими поршни 7 и рычаги 10, через уплотнение 51.

При этом рабочая камера 8 выполнена герметичной, образованной радиальными стенками 20, фронтальными поверхностями подвижных поршней 18 и расположенными напротив друг друга неподвижными, относительно друг друга, внутренним 5 и наружным дисками 6. Дополнительные камеры 9 изменяемого объема сформированы тыльными сторонами поршней 19, радиальными стенками 20 и стенками, принимающими импульс 21, расположенными между внутренним 5 и наружным 6 дисками, и имеют окна с соплами 27 для реактивного выхода рабочего тела, выталкиваемого поршнями 7. Между принимающими импульс стенками 21 и тыльными сторонами поршней 19(а)/(b) может быть установлен демпфер 46, либо при его отсутствии, конструкция принимающих импульс стенок 21 и тыльных сторон поршней 7 должна быть такой, при которой, в качестве демпфера между ними может сохраняться рабочее тело.

В наружном диске 6 выполнены перепускные окна 30, которые при вращении ротора 3 во время выполнения нечетных тактов перекрыты перемычками 16, а во время выполнения четных тактов перепускные каналы-окна 31 выполнены с возможностью совмещения с перепускными окнами 30 наружного диска 6, образуя единый канал, обеспечивающий поступление РТ из блока формирования РТ 1 как в рабочую камеру 8, так и в дополнительные камеры 9, причем размер подвижных систем «ось-поршень-рычаг» 37 выполнен обеспечивающим прокатывание этих систем во время выполнения четных тактов по опорным стенкам 22.

Эти что опорные стенки 22 установлены могут быть установлены на подвижные опоры 23.

В роторе 3 могут быть предусмотрены тепловые зазоры между движущимися относительно друг друга деталями, например, между стенками внутреннего 5 и наружного дисков 6 и боковыми стенками поршней 26.

ИРД РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ:

Работа ИРД начнется после того, как блок получения рабочего тела 1 подготовит и подаст рабочее тело в патрубок подачи 43, а ротор 3 примет, в результате принудительного вращения, например стартером (не показан), такое положение, при котором рабочая камера 8 будет иметь минимальный объем, а дополнительные камеры 9(a)/(b), соответственно - максимальный. При этом поршни 7(a)/(b) занимают максимально близкое расположение друг к другу, а рычаги находятся на краях опорных стенок 22(a)/(b), наиболее приближенных к оси 36 вращения ротора 3 и вала 4. См. Фиг. 17 - 0 гр и Фиг. 20 -180 гр.,

ПЕРВЫЙ ТАКТ РАБОТЫ ИРД

Начало работы ИРД происходит после того, как в наружном диске 6 перепускные окна 30(а)/(b) совместятся с перемычками 16(а)/(b) в распределителе подачи РТ 2 между перепускными каналами-окнами 31(а)/(b) подачи РТ и перекроют эти окна 30(а)/(b). С тыльной стороны поршней 7(а)/(b) будут находиться объемы дополнительных камер 9(а)/(b), связанные через окна 42(а)/(b) и отверстия сопел 27(а)/(b) с атмосферным воздухом и, соответственно, давление в этих камерах будет равно атмосферному. Максимальное давление РТ установится в рабочей камере 8. В результате РТ будет давить с силой F_рт на фронтальные стенки поршней 7(а)/(b), создавая силу F_рт, а соединенные с поршнями 7(а)/(b) рычаги 10(а)/(b) с роликами 11(а)/(b) докатятся до краев своих опорных стенок 22(а)/(b) и сорвутся с них. При этом поршни 7(а)/(b) вместе с рычагами 10(а)/(b) под воздействием давления рабочего тела поворачиваются вместе со связывающими их осями 12(а)/(b), вытесняя своими тыльными сторонами 19(а)/(b) из дополнительных камер 9(а)/(б) имеющуюся там среду (воздух или РТ от предыдущих циклов). Воздух или РТ выталкивается через окна 42(а)/(б) и сопла 27(а)/(б), находящиеся между радиальными стенками 20(а)/(b) и стенками, принимающих импульс 21(а)/(b), дополнительных камер 9(а)/(б), формируя при этом реактивные струи R, которые, в свою очередь создают реактивную тягу T_рт, создающую дополнительный крутящий момент на роторе 3 и выходном валу 4 (см. Фиг. 16).

При этом поршни 7(а)/(b) поворачиваются на своих осях 12(а)/(b) и набирают угловую скорость V_угл (см. Фиг. 16), превышающую в несколько раз угловую скорость ротора, пока не столкнутся с демпферами 46(а)/(b) принимающих импульс стенок 21(а)/(b). При столкновении с демпферами 46(а)/(b), они передают принимающим импульс стенкам 21(а)/(b), всю накопившуюся в них кинетическую энергию, при этом создавая на роторе 3 тангенциальные силы F_танг. После столкновения со стенками 21(а)/(b) через демпферы 46(а)/(b) поршни 7(а)/(b) фиксируются и остаются в таком положении за счет давления РТ на фронтальные стороны поршней и создаваемого разряжения в дополнительных камерах 9(а)/(б) (за счет отсутствия в дополнительных камерах 9(а)/(b) какой либо среды). Момент импульса, полученный от поршней 7(а)/(b) через демпферы 46(а)/(b) принимающими импульс стенками 21(а)/(b) передается на диски 5 и 6 и далее через них - на вал 4 ИРД. На роторе создается крутящий момент, который поворачивает его и, соответственно, выходной вал ротора 4.

Направление передачи импульса от поршней 7(а)/(b) демпферам 46(а)/(b) происходит по касательной к траектории движения подвижных центров масс 37(а)/(b) систем «ось+поршень+рычаг», создавая тангенциальные силы F_танг (см.Фиг. 16). При этом объем рабочей камеры 8 изменится с минимального - до максимального, а объемы дополнительных камер 9(a)/(b), соответственно, с максимального до минимального. Первый такт закончен. Первым тактом ИРД будем считать перемещение центров масс 37(а)/(b) систем «ось+поршень+рычаг» на максимальное расстояние от оси вращения ротора. Угол установки между фронтальной поверхностью поршня и осью рычага 45 влияет на рабочий режим оборотов ИРД и будет выбираться экспериментальным путем, в зависимости от необходимых номинальных оборотов ИРД и может находиться в диапазоне от 0 до 40 градусов.

ВТОРОЙ ТАКТ РАБОТЫ ИРД

Далее - до момента соприкосновения роликов 11(а) с опорными стенками 22(а) а также роликов 11(b) с опорными стенками 22(b) ротор 3 вращается под действием суммарного импульса, полученного от поршней 7(а) и 7(b).

Перед моментом соприкосновения роликов 11(а)/(b) с опорными стенками 22(а)/(b), происходит совмещение перепускных окон 30(а)/(b) в диске 6 с соответствующими перепускными каналами-окнами 31(а)/(b) распределителя РТ 2. В результате, на тыльные стороны поршней 7(а)/(b) начинает действовать давление рабочее тела. Поршни освобождаются от прижатия их к демпферам 46(а)/(b) принимающих импульс стенок 21(а)/(b) и, вследствие того, что ролики 11(а)/(b) начнут упираться в опорные стенки 22(а)/(b), соответственно, рычаги 10(а)/(b) начнут поворачиваться на своих осях 12(а)/(b) вместе с поршнями 7(а)/(b). То есть они будут «складываться» приближаясь, друг к другу. При этом центры масс 37 систем «ось+поршень+рычаг» переместятся ближе к оси вращения ротора 36. В связи с этим возникнут силы Кориолиса F_кор (см. Фиг. 13, Фиг. 14, Фиг. 15), действующие на центры масс 37(а)/(b) систем «ось+поршень+рычаг», которые направлены в сторону вращения ротора. Позиция 41 (расстояния) (см. Фиг. 13, Фиг. 14, Фиг. 15) показывают, как изменяется расстояние от центра масс систем «ось+поршень+рычаг»37(а)/(b) до оси вращения 36 ротора 3 за время прокатывания роликов 11(а)/(b) по опорным стенкам 22 (а)/(b). Во время сближения поршней 7(а)/(b) (при обратном ходе поршней) они создают крутящий момент на роторе 3 и на выходном валу ротора 4.

Так как одновременно с началом прокатывания роликов 11(а)/(b) по опорными стенками 22(а)/(b) перепускные окна 30(а)/(b) наружного диска 6 совместились с перепускными каналами-окнами 31(а)/(b) распределителя подачи РТ 2, то давление РТ в рабочей камере 8 и в дополнительных камерах 9(а)/(b) выровнялось (РТ перестало мешать перемещению поршней). Следовательно, РТ под рабочим давлением поступило в дополнительные камеры 9(а) и 9(b). Далее РТ будет со скоростью выходить через окна 42(а)/(b) из сопел 27(а)/(b), создавая реактивную тягу T_рт и, соответственно, крутящий момент на роторе 3 и выходном валу 4.

Таким образом, крутящий момент на роторе будет создаваться как при передаче поршнями 7(а)/(b) принимающим импульс стенкам 21(а)/(b) запасенную кинетическую энергию, так и при обратном ходе поршней - за счет действия на перемещаемые массы сил Кориолиса.

Также крутящий момент на роторе будут создавать реактивная тяга T_рт реактивных струй R рабочего тела, выходящего с большой скоростью через окна 42(а)/(b) из сопел 27(а)/(b)

При дальнейшем повороте ротора 3 соединенные с поршнями 7(а)/(b) рычаги 10(а)/(b) с роликами 11(а)/(b) докатываются до краев своих опорных стенок 22(а)/(b). При этом рабочая камера 8 займет минимальный объем, а дополнительные камеры 9(а)/(b) - максимальный.

Вал ротора повернулся на 180 градусов по отношению к первоначальному положению в пространстве. На этом заканчивается второй такт работы ИРД. Вторым тактом ИРД будем считать перемещение центра масс систем «ось+поршень+рычаг» от оси вращения ротора на минимальное расстояние от него.

Далее выполняются третий и четвертый такты, повторяющие первый и второй такты, но при этом напротив опорной стенки 22(а) находится подвижная система «ось+поршень+рычаг», отмеченная на чертежах буквой (b), а напротив опорной стенки 22(b) находится подвижная система «ось+поршень+рычаг», отмеченная на чертежах буквой (а).

По завершению четвертого такта ИРД 3 готов к следующему рабочему циклу.

Заявляемый ИРД может изготавливаться на предприятиях, выпускающих различные двигатели и турбины.

Температурные и механические требования к материалам ИРД более низкие, чем к материалам современных двигателей.

Парогенераторы косвенного нагрева, или парогазогенераторы, получающие РТ в виде парогазовой смеси при смешивании высокотемпературных продуктов сгорания углеводородов с частицами распыленной воды известны.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к инерционным роторным двигателям. Двигатель включает ротор с соплами для реактивного выхода рабочего тела (РТ) и выходной вал 4, соединенные между собой. Двигатель содержит блок формирования РТ 1, распределитель подачи РТ 2, корпус, включающий опорные стенки 22а и 22b, в котором ротор с одной стороны через соединение 35 закреплен к валу 4, а с другой - к распределителю 2, который, в свою очередь, соединен с блоком 1 через канал подачи РТ 39. Распределитель 2 состоит из диска с перепускными каналами-окнами 31а и 31b, выполненными в виде полостей. В состав ротора входят одна или несколько синхронизированных между собой пар подвижных систем «поршень-ось-рычаг», рабочая камера изменяющегося объема, одна или несколько пар дополнительных камер изменяющегося объема. Между рабочей и одной или несколькими дополнительными камерами выполнены окна с соплами. Канал 39 постоянно соединен с перепускными каналами-окнами 31а и 31b и с рабочей камерой. Каждая система «ось-поршень-рычаг» с подвижными центрами масс, которые при вращении ротора выполнены с возможностью изменения своего положения относительно оси вращения ротора, выполнена из поршня 7а и 7b, жестко прикрепленного к оси 12а и 12b, которая, в свою очередь, неподвижно прикреплена к своему рычагу 10а и 10b с роликом на ее конце. Каждая ось 12а и 12b имеет возможность вращения внутри соосно установленных опор-подшипников наружного диска 6, опор-подшипников внутреннего диска 5 и в отверстиях, соединяющих ротор с валом 4. Рабочая камера выполнена герметичной, образованной радиальными стенками, фронтальными поверхностями подвижных поршней и дисками 5 и 6. Дополнительные камеры изменяемого объема сформированы тыльными сторонами поршней 7а и 7b, радиальными стенками и стенками 22а и 22b, принимающими импульс, расположенными между дисками 5 и 6, и имеют окна с соплами для реактивного выхода рабочего тела, выталкиваемого поршнями 7а и 7b. В диске 6 выполнены перепускные окна 30а и 30b, которые при вращении ротора во время выполнения нечетных тактов перекрыты перемычками, а во время выполнения четных тактов перепускные каналы-окна 31а и 31b выполнены с возможностью совмещения с перепускными окнами 30а и 30b, образуя единый канал, обеспечивающий поступление РТ из блока 1 как в рабочую камеру, так и в дополнительные камеры. Размер подвижных систем «ось-поршень-рычаг» выполнен обеспечивающим прокатывание этих систем во время выполнения четных тактов по стенкам 22а и 22b. Изобретение направлено на получение более высокой удельной мощности. 9 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Инерционный роторный двигатель, включающий ротор с соплами для реактивного выхода рабочего тела (РТ) и выходной вал, соединенные между собой, отличающийся тем, что двигатель содержит блок формирования РТ, распределитель подачи РТ, корпус, включающий опорные стенки, в котором ротор с одной стороны через соединение закреплен к выходному валу, а с другой - к распределителю подачи РТ, который, в свою очередь, соединен с блоком формирования РТ через канал подачи РТ, при этом распределитель подачи РТ состоит из диска с перепускными каналами-окнами, выполненными в виде полостей, а в состав ротора входят:

- одна или несколько синхронизированных между собой пар подвижных систем «поршень-ось-рычаг»,

- рабочая камера изменяющегося объема,

- одна или несколько пар дополнительных камер изменяющегося объема, при этом между рабочей и одной или несколькими дополнительными камерами выполнены окна с соплами, канал подачи РТ постоянно соединен с перепускными каналами-окнами и с рабочей камерой, а каждая система «ось-поршень-рычаг» с подвижными центрами масс, которые при вращении ротора выполнены с возможностью изменения своего положения относительно оси вращения ротора, выполнена из поршня, жестко прикрепленного к оси, которая, в свою очередь, неподвижно прикреплена к своему рычагу с роликом на ее конце, причем каждая ось имеет возможность вращения внутри соосно установленных опор-подшипников наружного диска, опор-подшипников внутреннего диска и в отверстиях, соединяющих ротор с валом, при этом рабочая камера выполнена герметичной, образованной радиальными стенками, фронтальными поверхностями подвижных поршней и расположенными напротив друг друга неподвижными, относительно друг друга, внутренним и наружным дисками, дополнительные камеры изменяемого объема сформированы тыльными сторонами поршней, радиальными стенками и стенками, принимающими импульс, расположенными между внутренним и наружным дисками, и имеют окна с соплами для реактивного выхода рабочего тела, выталкиваемого поршнями, при этом в наружном диске выполнены перепускные окна, которые при вращении ротора во время выполнения нечетных тактов перекрыты перемычками, а во время выполнения четных тактов перепускные каналы-окна выполнены с возможностью совмещения с перепускными окнами наружного диска, образуя единый канал, обеспечивающий поступление РТ из блока формирования РТ как в рабочую камеру, так и в дополнительные камеры, причем размер подвижных систем «ось-поршень-рычаг» выполнен обеспечивающим прокатывание этих систем во время выполнения четных тактов по опорным стенкам.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве блока формирования рабочего тела использован парогенератор косвенного нагрева.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве блока формирования рабочего тела использован парогазогенератор, получающий РТ в виде парогазовой смеси при смешивании высокотемпературных продуктов сгорания углеводородов с частицами распыленной воды.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соединения между ротором и выходным валом использован фланец.

5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что системы «поршень-ось-рычаг» синхронизированы между собой шестернями синхронизации.

6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что опорные стенки установлены на подвижные опоры.

7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что один из краев стенок, принимающих импульс, соединен через уплотнение с соответствующими осями, соединяющими поршни и рычаги.

8. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в роторе предусмотрены тепловые зазоры между движущимися относительно друг друга деталями, например между стенками внутреннего и наружного дисков и боковыми стенками поршней.

9. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что между принимающими импульс стенками и тыльными сторонами поршней имеется демпфер.

10. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что между принимающими импульс стенками и тыльными сторонами поршней сохраняется РТ.