Роторно-поршневой генератор газа Советский патент 1987 года по МПК F02B71/04 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к сво- боднопоршневЫ м генераторам газа.

Целью изобретения является повышение удельной мощности и КПД путем утилизации и использования тепла высокотемпературного газа.

На фиг. 1 представлен генератор с системой регенерации и газовой турбиной; на фиг. 2 - двигатель и роторная камера сгорания, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 (двигатель в начале впуска, сжатия, расширения и выпуска, а роторная камера сгорания - в начале впуска воздуха и вытеснения газов); на фиг. 4 - двигатель в конце впуска, нагнетания сжатого воздуха, расширения и выпуска, а камера сгорания - в конце впуска и вытеснения; на фиг. 5 - воздушный компрессор во время впуска и сжатия; на фиг. 6 - то же, во время впуска и нагнетания; на фиг. 7 - сложное сечение (слева сечение Б-Б, -а справа сечение В-В на фиг. 2).

Роторно-поршневой генератор газа содержит двигатель 1 с роторной камерой 2 сгорания и воздушный компрессор 3, объединенные в общем корпусе 4. Имеются также корпусные регенераторы 5 и 6 с переключающими золотниками 7 и 8. Каждый золотник 7 и 8 имеет по четыре патрубка, по два из которых соединены с регенераторами 5 и 6. Газовая турбина 9, соединенная трубой с третьим патрубком золотника 8, приводит в движение электрогенератор 10.

Корпус 4 в секции двигателя 1 имеет сообщающееся с атмосферой выпускное окно 11, напорное окно 12, соединенное с четвертым патрубком золотника 8, и выпускное окно 13, соединенное с третьим патрубком золотника 7. Корпус 4 в секции роторной камеры 2 сгорания имеет впускное окно 14, соединенное с четвертым патрубком золотника 7. В секции воздушного компрессора 3 корпус 4 имеет два впускных окна 15, сообщающихся с атмосферой, и два выпускных окна 16, соединенных с газовой турбиной 9. Газовая турбина 9 имеет регулирующий клапан 17 и трубу 18 для подвода сжатбго воздуха при пусках.

В корпусе 4 коаксиально размещены первый ротор 19 и второй ротор 20. Ротор 19 имеет два поршня 21 двигателя 1 и два поршня 22 компрессора 3. Ротор 20 имеет два поршня 23 двигателя 1 и два поршня 24 компрессора 3, соединенные соединительными кольцами 25.

В корпусе 4 в полости камеры 2 сгорания коаксиально размещены ротор 26 и ротор 27. Ротор 26 имеет два поршня 28, а ротор 27 имеет два поршня 29. Ротор 26 кинематически посредством шестерни 30 соединен с шестерней 31, прикрепленной к ротору 19. Ротор 27 кинематически посредством щестерни 32 соединен с шестерней 33, прикрепленной к ротору 20. Ротор 19 кинематически соединен с поршневым пневмодвигателем 34. Корпус 4 снабжен с торцов крышками 35 и 36. На корпусе 4 в полости роторной камеры 2 сгорания укреплены форсунка 37, датчика 38 управления форсункой 37, пусковая свеча 39 и труба 40 для подвода сжатого воздуха при пусках.

На поршнях 22 и 24 компрессора 3 имеются выступы 41 и вь1емки 42, образующие при сближении поршней 22 и 24 газовые амортизаторы. Имеются съемные пус5 ковые стопора 43 и 44 с приводными пневмоцилиндрами 45. Ротор 19 имеет два сектора 46, а ротор 20 имеет два сектора 47.

Генератор работает следующим образом.

Воздух засасывается в двигатель 1 0 через окно 11, сжимается и нагнетается через окно 12, золотник 8, генератор 5, золотник 7, окно 14 в роторную камеру 2 сгорания. В регенераторе 5 воздух нагревается. В роторной камере 2 сгорания 5 после завершения впуска производится сжигание топлива, и образовавшиеся газы поступают в двигатель 1. В двигателе 1 газы расширяются и вытесняются через окно 13, золотник 7, регенератор 6, золотник 8 в газовую турбину 9. В регенераторе 6 газ 0 охлаждается. В компрессоре 3 производится всасывание воздуха через окна 15, сжатие и нагнетание воздуха через окна 16 в турбину 9. В турбину 9 поступает смесь сжатого воздуха и отработанных газов, которая расширяется, совершая полезную ра- 5 боту. Турбина 9 приводит в действие электрогенератор 10. Двигатель 1 приводит в действие компрессор 3, а также вытесняет отработанные газы под избыточным давлением в турбину 9.

На фиг. 1 регенератор 5 показан под- ключенным к воздуховоду, а регенератор 6 - к газоводу. Через некоторое время управляющее устройство (не показано) поворачивает на 90° рабочие органы золотников 7, 8 и регенератор 6 подключается к 5 воздуховоду, а регенератор 5 к газоводу, и так далее.

В генераторе газа роторы 19 и 20 вращаются по часовой стрелке, а роторы 26 и 27 - против часовой стрелки с переменными скоростями, изменяющи.мися по 0 синусоидальному закону, причем роторы 19 и 26 движутся в противофазе к роторам 20 и 27. Двигатель 1, камера 2 сгорания и компрессор 3 имеют по четыре полости, которые движутся по окружности и изменяются в размерах, причем полости 5 имеют минимальный размер при прохождении их мимо горизонтальной оси.

За один оборот по окружности nOviocTH между поршнями 21 и 23 в двигателе 1

производится впуск воздуха, когда полость увеличивается и сообщается с окном 11, сжатие воздуха, когда полость не сообщается с окном I1 и начинает уменьшаться, нагнетание через систему регенерации в камеру 2 сгорания, когда полость, продолжая уменьшаться, начнет сообщаться с окном 12, расширение газов, выпускаемых из камеры 2 сгорания, когда полость увеличивается и сообщается с каналом камеры 2 сгорания, и, наконец, выпуск отработанных газов, когда полость уменьщает- ся с окном 13. За один оборот по окружности полости между поршнями 28 и 29 в камере 2 сгорания производится впуск нагретого сжатого воздуха, когда полость увеличивается и сообщается с окном 14, затем, когда полость увеличится до 90% от максимума, она перестает сообщаться с окном 14, поршень 28 воздействует на датчик 38 и в полость форсункой 37 впрыскивается топливо, происходит сжигание топлива, температура и давление газов увеличиваются, после чего производится вытеснение газов в полость двигателя 1, в которой в данный момент происходит расширение, когда полость камеры 2 сгорания начнет уменьшаться и сообщаться с каналом камеры 2 сгорания, и пол-оборота полость проходит вхолостую. Энергию для вытеснения газов роторы 26 и 27 получают через шестерни 30-33 от ротора 19 и 20.

За пол-оборота по окружности полости между поршнями 22 и 24 компрессора 3 производится впуск, когда полость увеличивается и сообщается с окном 15, сжатие, когда полость перестает сообщаться с окном 15 и уменьшается, и нагнетание, когда полость, продолжая уменьшаться, начнет сообщаться с окном 16.

Изменение и поддержание средней скорости вращения роторов 19 и 20 осуществляется пневмодвигателем 34, который восполняет потери энергии на трение движущихся частей.

Когда выступ 41 входит в выемку 42, между поршнями 22 и 24 образуется замкнутая полость, заполненная сжатым воздухом, который выполняет функцию амортизатора, предотвращая их соударение.

При запуске пневмодвигателем 34 проворачивают ротор 19 по часовой стрелке. Когда ротор 19 упрется в ротор 20, выдвигают стопор 44 внутрь корпуса 4 и, когда ротор 20 упремся в стопор 44, прекращают вращение роторов 19 и 20 и выдвигают стопор 43 внутрь корпуса 4. Роторы 19 и 20 оказываются .зафиксированными в положении, изображенном на

фиг. 3 и 5. Через трубу 18 регенератор 5 заполняется сжатым воздухом, а через трубу 40 - полости камеры 2 сгорания и двигателя 1. Пневмоцилиндром 45 извлекают стопор 44 и одновременно форсункой 37 впрыскивают топливо и воспламеняют его пусковой свечой 39. Во всех полостях происходят те же процессы, что и при нормальной работе. Когда сектор 46 перестанет упираться в стопор 43, последний извлекают пневмоцилиндром.

Использование вращающейся камеры сгорания с высокой степенью сжатия в сочетании с описанной системой регенерации повышает удельную мощность и расчетный КПД генератора газа.

20

Формула изобретения

Роторно-поршневой генератор газа, содержащий два коаксиальных ротора с сим5 метрично прикрепленными к каждому из них двумя поршневыми лопастями, образующими соответствующие камеры двигателя и компрессора, цилиндрический корпус, разделенный на полости двигателя и компрессора, со смещенными впускными и выпускными

0 окнами, расположенными в цилиндрическом корпусе так, что перемычки между ними лежат в одной плоскости, проходящей через ось вращения роторов, трубопровод сжатого воздуха, связанный с выпускным окном компрессора, газовод, соединенный с

5 выпускным окном двигателя, и устройство топливоподачи, отличающийся тем, что, с целью повыщения удельной мощности и КПД, генератор газа дополнительно снабжен ро- торно-поршневой камерой сгорания, содержащей рабочий цилиндр, прикрепленный к

0 цилиндрическому корпусу генератора, диаметрально противоположно впускному окну двигателя и связанный с ним при помощи впускного канала, и два коаксиальных ротора с прикрепленными к каждому из

г них двумя радиальными поршнями, -чема- тически связанных при помощи шестерен с соответствующими роторами двигателя, и регенераторами с механиз.мом привода для попеременного подключения их к трубопроводу сжатого воздуха и к газоводу.

Б2

Фиг. 2

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение удельной мощности и КПД. Для этого генератор, имеющий два ротора, к которым прикреплены цилиндрические корпуса с помощью поршневых лопастей, снабжен роторно-поршневой камерой сгорания. Ее наличие позволяет разделить процессы впуска нагретого сжатого воздуха, сжигания топлива и расширения и подводить тепло при сжигании топлива при постоянном объеме перед процессом расширения. Роторно- поршневая камера прикреплена к цилиндрическому корпусу генератора через рабочий цилиндр, который связан при помощи впускного канала с полостью двигателя. Она имеет два коаксиальных ротора с прикрепленными поршнями, кинематически связанных при помощи шестерен с соответствующими роторами двигателя, и регенераторами с механизмом привода для попеременного подключения их к трубопроводу сжатого воздуха и газоводу. 7 ил. /7 (Л оэ ю СЛ 00 /4/ Фаг. 1

Фиг. 5

21

13

25

Фиг.1

26

16

22

Фиг. 5

Фиг. 6

Б-Б В-В

41

42

24

(Риг.7

47