Роторный двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1987 года по МПК F02B53/00 

113

Изобретение относится к двигателе- строению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве малогабаритных силовых установок тран- спортных средств, например в летательных аппаратах.

Цель изобретения - повьгаение эффективности теплообмена путем интенсивного отвода тепла от наиболее на- гретых элементов роторов к менее нагретым.

На фиг. 1 изображен роторный двигатель, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант исполнения с каналами из трубчатых элементов, разрез Б-В на фиг. 1.

Двигатель содержит корпус 1 с рабочей полостью, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими по- верхностями, в которой с возможностью однонаправленного синхронного вращения установлены ведущий и ведомый 3 роторы,поверхности которых образованы дугами окружностей,кинематическ связсшные синхронизирующей передачей (не показано) .Роторы 2 и 3 и корпус 1 образуют камеру 4 сжатия, камеру 5 сгорания, расположенную внутри ведомого ротора 3, и камеру 6 расширения. Камера 5 сгорания включает два впускных канала 7, разнесенные по длине ротора 3, и один выпускной канал 8. Внутри камеры 5 установлена форсунка 9 для впрыска топлива.

В торцевых крышках корпуса 1 выполнены два впускных окна 10 для продувки рабочего тракта сжатым воздухом и выпускной патрубок 11. Внутри ведущего ротора 2 выполнена полость

12,по периферии которой на внутренней стенке ротора выполнены каналы

13,расположенные в плоскости вращения и заполненные жидким или газо- образным теплоносителем, например натрием или гелием.

Возможны различные варианты исполнения устройства. На фиг. 1 и 2 изображен вариант с исполнением ка- налов в виде ребер 14, закрытых дефлектором 15. При газообразном теплоносителе дефлектор 15 может быть выполнен в виде отдельной детали, плотно прилегающей к ребрам. При жидком теплоносителе, по крайней мере, торцовые края дефлектора должны быть соединены со стенкой ротора герметично. Во всех случаях предпочтитель7 - . 2 но герметичное соединение дефлектора

с выступами ребер, например, сваркой и высокотемпературным припоем.

Вариант исполнения устройства на фиг. 3 характеризуется исполнением каналов в виде замкнутых трубчатых элементов, выполненных или в виде набора колец, расположенных в плоскости вращения, или в виде змеевика 16 из трубы, согнутой по винтовой линии, концы которой соединены емкостями 17 большего, чем у трубы, диаметра, расположенными ближе к оси вращения относительно остальных элементов змеевика. Целесообразна установка в полости основного ротора дву змеевиков 16 и 18 с разным направлением навивки, причем для указанного на фиг. 1 направления вращения роторов рекомендуется исполнение левого змеевика 16 с правым направлением навивки, а правого змеевика 18 - с левым направлением навивки.

Трубчатые элементы плотно (например, высокотемпературной пайкой и заливкой по методу, подобному альфин- процессу) соединяются со стенками ротора и заполняются жидким теплоносителем с коэффициентом заполнения меньше единицы (в каналах должно оставаться некоторое свободное прост- ранство).

Стенки ведущего ротора 2 могут бы быть выполнены из разных материалов На задней относительно направления вращения стенке ротора вварена вставка 19 из материала с меньшим, чем у основного материала, коэффищгентом теплового расширения.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении роторов осуществляется продувка камеры сжатия воздухом через окна 10, сжатие воздуха в камере 4 и его вытеснение в камеру 5 сгорания, впрыск топлива через форсунку 9, воспламенение смеси от высокой степени сжатия и калильного зажигания, расширение продуктов сгорания в камере 6 и выпуск их через . патрубок 11.

В процессе работы двигателя передняя относительно направления вращения стенка ведущего ротора 2 контактирует в основном с воздухом, сжимаемым в камере 4, а задняя стенка - с продуктами сгорания в процессе их расширения, поэтому последняя

313

нагревается до значительно более высокой температуры. Соответственно теплоноситель, находящийся в передней части каналов 13, имеет температуру ниже, а массовую плотность вы- ше, чем теплоноситель в задней части каналов.

Разность плотности теплоносителя в поле центробежных сил вращающегося ротора 2 приводит к разности центро- бежного напора в передней и задней частях каналов 13, обеспечивающей перепад гидростатического давления и циркуляцию теплоносителя в направлении, противоположном направлению вращения, Указанное движение теплоносителя обеспечивает перенос тепла от задней стенки ведущего ротора к передней, приводит к снижению неравномерности нагрева ротора 2, его температурных деформаций, способствует стабильности зазоров в бесконтактных уплотнениях между роторами и корпусом.

Циркуляция теплоносителя возможна только при некоторой разности температур задней и передней стенок (порядка 50). Следовательно, полная термостабилизация ротора 2 невозможна. Устранение остаточных температурных деформаций обеспечивается исполнением задней стенки в виде вставки 19 из материала с меньшим коэффициентом теплового расширения.

Дополнительные емкости 17 обеспе- чивают постоянное заполнение змеевика теплоносителем при изменениях его объема вследствие теплового расширения, т,е, вьшолняют функции термокомпенсаторов. Противоположное направ- ление навивки двух змеевиков 16 и 18 обеспечивают подвод наиболее холодного теплоносителя к наиболее нагретой части ротора.

Термостабилизация ведущего ротора (выравнивание контрастов температурных полей) устраняет изменения геометрической формы ротора вследствие температурных деформаций, обеспечивает минимальные зазоры в бесконтакт- ных уплотнениях, следовательно, снижает потерн, обусловленные утечками

744

рабочего тела, повьш1ает КПД и мощность двигателя.

Кроме того, термостабилизация снижает максимальную температуру ведущего ротора, что при равной его теплонапряженности позволяет увеличить цикловую подачу топлива и максимальную температуру продуктов сгорания, удельную мощность и эффективный КПД.

Формула изобретения

1,Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий коопус с рабочей полостью, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими поверхностями, ведущий ротор и ведомый ротор с камерой сгорания, снабженные внутренними полостями, содержащими теплоноситель, причем поверхности роторов образованы дугами окружностей, отличающийся тем, что, с целью повьпиения эффективности теплообмена, полости теплоносителя выполнены в виде замкнутых каналов, расположенных в плоскости вращения ведущего ротора на его внутренней периферийной поверхности, а задняя по направлению вращения стенка основного ротора вьшолнена в виде вставки с коэффициентом теплового расширения меньшим, чем у основного ротора.

2,Двигатель по п, 1, о т л и - чающийся тем, что каналы выполнены в виде ребер, закрытых пластиной .

3,Двигатель по п, 1, о т л и - чающийся тем, что каналы выполнены в виде трубчатых элементов.

4,Двигатель по пп. 1-3, отличающийся тем, что трубчатые элементы навиты в виде змеевика, а их концы соединены отрезком трубы большего диаметра, размещенным вблизи оси вращения ротора.

5,Двигатель по пп. 1-3 и 4, отличающийся тем, что змееви выполнен из двух частей с противоположным направлением навивки трубчатых элементов.

Ч I )5 2.)3,

12

7 б

Фиг.

Изобретение относится к двига- телестроению, в частности к роторньтм двигателям внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение эффективности теплообмена двигателя путем интенсивного отвода тепла с внутренней поверхности ротора. Двигатель содержит корпус, в котором на параллельных валках установлены два ротора, взаимодействующие между собой. Внутри роторов выполнены полости, заполненные теплоносителем. Полости выполнены в виде замкнутых каналов, расположенных в плоскости вращения ведущего ротора. Одна из стенок ведущего ротора выполнена в виде вставки с коэффициентом теплового расширения меньшим, чем у основного ротора. Замкнутые каналы могут быть выполнены в виде ребер, закрытых пластиной, или в виде трубчатых элементов, например трубок, навитых в виде змеевика. При работе теплоноситель циркулирует в полостях навстречу вращению ротора и обеспечивает перенос тепла от более нагретой стенки ротора к менее нагретой, подверженной интенсивному охлаждению. 4 з.п. ф-лы, 3 ил. i СЛ

А-Л

Б-Б

Фиг.3