Поршневий двоконтурний гідропаротурбінний двигун попова

Винахід відносяться до машинобудування, а саме до поршневих двигунів, в тому числі двигунів вн утрішнього спалювання, що використовуються в пересувних та стаціонарних установках. Найбільш близьким технічним рішенням, що вибране в якості прототипу, є поршневий роторний двигун Попова (патент UA 57362 A, F01B9/04, 16.06.2003), який включає поршневі групи, з'єднані з каналами підводу і відводу робочого тіла з першої порожнини циліндрів і з корпусом, в якому установлений ротор, жорстко зв'язаний с вихідним валом, в корпусі розміщені канали прямого і зворотного потоків, які заповнені робочою рідиною, і з'єднані через клапани з другою порожниною циліндрів, а в пазах ротора установлені лопатки. Така конструкція двигуна не забезпечує велику часто ту обертів, і втрачає до 65% теплової енергії. У основу винаходу поставлено задачу в поршневому двигуні шляхом конструктивних змін забезпечити передачу великих обертових моментів, збільшити частоту обертів, зменшити втрати теплової енергії і забезпечити надійність механізму. Поставлена задача досягається тим, що в конструкції поршневого двигуна, що включає поршневі групи, з'єднані з каналами підводу і відводу робочого тіла з першої порожнини циліндрів і з корпусом, в якому установлена гідротурбіна і паротурбіна, які жорстко зв'язані с вихідним валом. В корпусі розміщені канали прямого і зворотного потоків, які заповнені робочою рідиною, і з'єднані через клапани і гідронасос з другою порожниною циліндрів. Крім того, поршневі групи складаються з циліндрів, в яких розміщені з можливістю зворотно-поступального руху поршні з компресійними і масло ущільнювальними кільцями, причому одна плоска стінка поршня і внутрішні стінки циліндра утворюють першу порожнину циліндра - камеру спалювання, а друга плоска стінка поршня і внутрішні стінки циліндра утворюють другу порожнину циліндра - масляну камеру. Причому, з корпусом з'єднані як мінімум дві поршневі групи а канали прямого і зворотного потоків заповнені маслом, яке під тиском поршня, через гідроакумулятор і сопло прокручує гідротурбіну. При цьому необхідно витримати умову: кількість витиснутого масла з циліндра в канал прямого потоку повинна дорівнювати кількості масла перекачаного з картера гідротурбіни в канал зворотного потоку, за однаковий проміжок часу. Вихлопні гази з t° 650-700°C проходять через парогенератор в атмосферу. Вода, з системи охолодження циліндрів попадає під тиском в парогенератор, де випаровується, і пар по паропроводу поступає на лопасті парової турбіни, прокручує її. За турбіною пар попадає в конденсатор, де випадає конденсатом, і через водяний насос поступає в систему о холодження циліндрів. Вище перераховані нові ознаки (роз'єднання каналів прямого і зворотного потоків масляним насосом і клапанами, в корпусі вмонтовані гідро і паротурбіни, які жорстко зв'язані з вихідним валом), при взаємодії з відомими ознаками (корпус, поршневі групи, робоче тіло) забезпечують виявлення нових технічних властивостей винаходу і одержання технічного результату - передачу великих обертових моментів з великою частотою обертів, збільшення КПД двигуна до 90% і надійність механізму. На кресленні приведена конструктивно-технологічна схема, що ілюстр ує будову і роботу двигуна. Конструкція містить дві поршневих гр упи, кожна з яких складається з циліндра 3 і поршня 4, в якому дві плоскі поверхні 26 і 27 контактують з робочою рідиною і робочим тілом, що знаходяться відповідно в камері спалювання 2 і масляній камері 28 циліндра 3. На поверхні поршня 4 встановлені компресійні і масло ущільнювальні кільця. Камера спалювання 2 циліндра з'єднана з каналами підводу 1 і відводу 16 робочого тіла, масляна камера 28 через клапани 6 і 14 з'єднана з розміщеними в корпусі гідроакумулятором 29 і каналами прямого 5 і зворотного 13 потоків, які заповнені робочою рідиною - маслом. На вихідному валу 12 встановлені гідротурбіна 7 і паротурбіна 20. Працює двигун наступним чином. Перший контур. Стартер 11 через привід масляного насоса 10 включає масляний насос 9 який перекачує масло з картера 8 в канал зворотного потоку 13. Одночасно компресор 24 через клапан 25 закачує повітря в камеру спалювання 2. Клапана 15 і 25 циліндра а закриваються. Клапана прямого потоку циліндра в, і клапан зворотного потоку циліндра а - відкриваються, а клапана прямого потоку циліндра а і зворотного потоку циліндра в - закриті. Тиск масла через клапан 14 зворотного потоку переміщує поршень а з Н.М.Т. в В.М.Т. стискаючи повітря до 60атм. Одночасно через відкриті клапана прямого потоку 6 циліндра в відкачується масло з масляної камери 28, і поршень в переміщається в Н.М.Т. Коли поршень в доходить до Н.М.Т. відкривається вихлопний клапан 15, і продув очний клапан 25 циліндра в. В камеру спалювання 2 нагнітається повітря.(Підготовчий процес). Поршень а в В.М.Т. В камеру спалювання 2 через насос - форсунку 1 подається горюча суміш, при спалюванні якої тиск газів діє на поверхню 26 поршня а переміщуючи його в циліндрі 3 (робочий хід). При цьому протилежна поверхня 27 поршня а переміщає масло з масляної камери 28 через відкриті клапана 6 в канал 5 прямого потоку корпусу, по якому воно попадає через гідроакумулятор 29 і форсунки на гідротурбіну 7, прокручуючи її разом з вихідним валом. Гідроакумулятор згладжує гідро удар і тиск на гідротурбіну робить рівномірним. Після проходження поршнем а "нижньої мертвої точки" операції повторюються відповідно до описаної роботи. Другий контур. Вихлопні гази з t° 650-700°С через клапан 15 і колектор 16 поступають через парогенератор в атмосферу. Водяний насос 22 з картера конденсатора 21 прокачує воду в систему охолодження циліндрів. Де температура води підіймається до 80°С. Дальше під тиском вода поступає в парогенератор 17, де випаровується, і пар по паропроводу 18 поступає на парову турбіну 20 прокручуючи її разом з вихідним валом. За турбіною пар попадає в конденсатор, де стікає конденсатом в картер. Процес повторюється.