ТЕПЛОВОЙ РОТАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Советский патент 1934 года по МПК F01K25/02 

Предлагаемое изобретение относится к тепловым ротационным двигателям, действующим изменением объема жидкости, нагреваемой горячими газами и охлаждаемой током воздуха или холодной воды, и имеет целью дать компактный двигатель, без громоздких паросиловых и конденсационных установок, без потерь тепла с отходящими газами, а также на парообразование и конденсацию, и без хрупких, подверженных частым поломкам деталей, как например, лопатки турбин и т.п.

На чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез теплового ротационного двигателя; фиг. 2 - поперечный разрез его по АВ на фиг. 1; фиг. 3 - вид ротора спереди; фиг. 4 - горизонтальный разрез его; фиг. 5 - вид дополнительного ротора спереди; фиг. 6 - горизонтальный разрез его; фиг. 7 - вертикальный разрез трубчатого холодильника по MN на фиг. 2.

Для приведения в движение теплового ротационного двигателя применены два рабочих агента - жидкий и газообразный, заключенные в сообщающихся между собой герметически закрытых камерах 1 и 2 так, что жидкость, под действием периодически возникающих давлений, вследствие расширения части жидкости от соприкосновения тонкого ее слоя с раскаленными стенками камеры горения 3, может быть протолкнута в некоторой своей части в камеру 2 с воздухом, сжимая последний. Сжатый воздух в свою очередь переталкивает жидкость в соседнюю камеру (с жидкостью), в которой только что произошло охлаждение, откуда в период давления жидкость проталкивается обратно и т.д. Камер с жидкостью должно быть не менее двух.

Проталкиваемая под большим давлением из камеры в камеру (туда и обратно) жидкость протекает по специальным каналам: по спиральным каналам 4 статора с открытыми концами у периферии и закрытыми к центру, сечения каковых каналов увеличиваются от открытых концов к закрытым, и по радиальным каналам 5 ротора, закрытым по периферии и открытым к центру; сечения этих каналов также возрастают в направлении к центру.

В рабочем положении радиальные каналы 5 ротора 6 прилегают вплотную к спиральным каналам 4 статора, так что каналы местами пересекаются. Под влиянием давления, в местах пересечения, жидкость перетекает из одних каналов в другие. Под действием гидравлического давления перетекающей жидкости, объел каждого пересечения будет увеличиваться за счет вращения ротора в направлении, обусловливающем это увеличение, т.е. так, чтобы радиальные каналы ротора последовательно пересекались со спиральными каналами статора в направлении от периферии к центру (по стрелке). При перетекании жидкости в обратном направлении, жидкость войдет сначала в каналы 5 ротора 6 и, перетекая в местах пересечения в каналы 4 статора, создаст реактивные усилия, вращающие ротор в том же направлении, как и действующие, и здесь имеет место гидравлическое давление, стремящееся увеличить объем пересечений за счет вращения ротора. Таким образом диск 6 ротора вращается в одном и том же направлении, независимо от направления перетекания приводящей его в движение жидкости, и, следовательно, независимо от периодов давления и разрежения в данной камере.

Периоды давления и разрежения внутри каждой камеры 1 статора создаются погруженными в ее жидкости дисками ротора 6, которые, благодаря их неполной окружности, при своем вращении, то вытесняют выступами 7 толщу жидкости, оставляя тонкий слой ее у нагретых стенок камер сгорания, вследствие чего слой моментально расширяется и создается давление, то охлаждают этот слой холодной жидкостью, заключенной в вырезанной части 8 диска ротора, и тогда давление падает.

Выдавленная из камеры 1 в период разрежения жидкость возвращается обратно в период охлаждения, вследствие разрежения в самой камере, и под действием давления в соседней камере с жидкостью, гидравлически передаваемой силою сжатого воздуха из соединяющей их камеры 2.

Периоды повышения и понижения давления в соседних камерах статора не совпадают, благодаря противоположному расположению вырезов 8 на соседних дисках ротора, что гарантирует плавность вращения ротора и величину промежутков между периодами.

Изменение числа оборотов, остановку и регулировку турбины можно осуществить посредством регулирования подачи топлива и воздуха в камеру горения, а также изменением объема соединительной камеры 2 или степени давления в ней воздуха. Таким образом, всякой нагрузке соответствует определенное давление (или объем) в соединительной камере 2. При сбрасывании нагрузки, когда требуется холостой ход, достаточно камеру 2 соединить с атмосферой.

Пуск двигателя происходит включением в работу камеры дополнительного ротора 12, так как тепловой двигатель легко сочетать в один агрегат с газовым, работающим отходящими продуктами горения топлива в камере горения 3. Для этого в камеру горения двигателя подводится горючее и воздух под давлением, а получающиеся газы большого давления, после того, как они отдадут часть тепла на нагревание жидкости в камерах 1, подаются в спиральные каналы 10 статора, откуда они перетекают в радиальные каналы 11 ротора, вращая последний.

Дополнительный ротор 12 устанавливается на отдельном валу, что позволяет использовать его энергию на пуск двигателя, вращение турбокомпрессора и вообще на обслуживание двигателя.

Жидкость в камерах 1 охлаждается проходящими через камеры трубками 13 с циркулирующей по ним водой или воздухом. В последнем случае, для охлаждения жидкости, предназначается трубчатый холодильник 14, через который, сквозь трубки малого диаметра, из атмосферы засасывается воздух турбокомпрессором, подающим его под давлением в 5-6 атмосфер в камеры горения 3. Сумма сечений всех трубок 13 меньше сечения воздухопровода 15 к компрессору, вследствие чего, при быстром продвижении воздуха по трубкам, создается некоторый перепад давления (температуры), что способствует более интенсивному поглощению воздухом тепла согретых водой трубок.

В камеры горения 3 воздух поступает с высокой температурой, которую он приобретает, охлаждая, кроме того, дополнительный ротор 12 и затем кожух 16 камер горения 3.

Наличие двух рабочих тел: жидкости - почти несжимаемой, и газа (воздуха), сжимаемого до минимального объема, дает возможность использовать для вращения ротора непосредственно силу расширения жидкости при ее нагревании, без превращения ее в пар, что позволяет избежать огромных потерь тепла., связанных с парообразованием.

Кроме того, наличие сжатого воздуха, уравновешивающего работу дисков ротора, облегчает управление и регулирование двигателя.

В конструктивном отношении двигатель отличается отсутствием лопаток (оперения ротора и статора), которые, как известно, являются одним из самых узких мест двигателей, как в смысле монтажа, так и эксплоатации (поломки).

Устраняется также необходимость в сложных и громоздких паро-котельных установках и конденсаторах с громадными резервуарами воды.

1. Тепловой ротационный двигатель, действующий изменением объема жидкости, нагреваемой горячими газами и охлаждаемой током воздуха или холодной воды, отличающийся применением ротора 6 снабженного на части своей окружности выступом 7 и на боковых своих поверхностях радиальными каналами 5, и входящего в камеру 1 статора, охватывающую с малым зазором выступ ротора на части, обогреваемой горючими газами, и сообщающуюся на остальной части окружности с трубчатым холодильником 14, внутренние стенки какового статора снабжены спиральными каналами 4, образующими с каналами 5 ротора систему каналов для протекания нагретой жидкости в холодильник (фиг. 1-3 и 5).

2. В двигателе по п. 1 применение камеры 2 (фиг. 1 и 2), сообщающейся - с пространством статора и наполненной частично воздухом, давление которого может быть изменяемо с целью регулирования работы двигателя.

3. В двигателе по п. 1 применение дополнительного ротора 12 (фиг. 1) с радиальными каналами 11, помещающегося в особой камере статора, стенки которой снабжены спиральными каналами 10, образующими с каналами 11 каналы для протекания газов с целью получения дополнительной работы.