Роторний двигун

1. Роторний двигун, який містить корпус, компресор і ротор з лопатками та вихлопними соплами, системи паливоподачі і запалювання, охолодження і мащення, який відрізняється тим, що корпус двигуна виготовлений у вигляді циліндрового блока, в кожному циліндрі якого закріплена гільза, а в гільзі встановлений на консольній осі з підшипниками порожнистий циліндричний ротор, ущільнений компресійними кільцями, на внутрішній поверхні ротора на визначеній відстані від його переднього торця виготовлені щілинноподібні вхідні отвори, які з'єднані криволінійними звуженими каналами з вихідними (критичними) перерізами сопел, причому вихідні (критичні) перерізи сопел виконані у заглибленнях зовнішньої поверхні ротора, їх геометричні осі спрямовані по дотичній до твірної ротора (соплова частина ротора), на усій іншій зовнішній поверхні ротора розміщені лопатки багатоступеневої тангенціальної турбіни (лопатна частина ротора), а в передній частині порожнини ротора встановлений корпус герметичної камери згорання, яка має кільцевий боковий канал, сполучений із серпоподібними лопатками вихрового насоса системи охолодження двигуна, які розміщені на передньому торці ротора. 2. Роторний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що корпус камери згорання встановлений в роторі із визначеним зазором і ущільнений компресійними кільцями, стрижень керованого випускного клапана встановлений у корпусі камери згорання і ущільнений компресійними кільцями, причому геометрична вісь стрижня співпадає з геометричною віссю ротора, циліндрична частина головки випускного клапана встановлена в роторі 2 (19) 1 3 76762 4 лектор гільзи циліндра із вихлопним колектором на, причому на хвостовику кожного ротора встанодвигуна, причому максимальна висота канавки влені шестерні, які знаходяться у постійному зв'язспівмірна із висотою кільцевого вхідного колектора ку із зубчатим колесом зовнішнього або внутрішта співмірна зазору між хвостиком лопатки і матонього зачеплення, який встановлено на робочому чиною ротора. валу двигуна, а біля корпусів камер згорання на 6. Роторний двигун за пп. 1-5, який відрізняється робочому валу двигуна установлено розподільний тим, що геометричні осі роторів паралельні та екдиск з кулачками, який керує роботою клапанів та відистантні геометричній осі робочого вала двигуприладів системи запалювання. Винахід належить до двигунів внутрішнього згорання, зокрема до роторних двигунів, які можуть бути використані у транспортних засобах та літальних апаратах. Відомий роторно-поршневий двигун [1], який є аналогом, має окремий гвинтовий компресор, повітря з якого надходить у клиноподібні герметичні камери згорання сферичного ротора. При обертанні ротора камери згорання разом із паливною сумішшю послідовно проходять свічки запалювання і камери розширення, які встановлено на периферії порожнистого корпуса двигуна. Недоліком цього двигуна є те, що при переміщені камер згорання відносно камер розширення, рівнодіюча сил тиску газів значно змінює свій напрям, а тому ефективний к.к.д. цього двигуна є низьким, В роторному двигуні [2], який прийнятий за найближчий аналог (прототип), такт стиску паливної суміші здійснено в окремому поршневому компресорі, суміш подається в камери згорання, які розміщені на периферії внутрішньої порожнини двигуна. В порожнині двигуна встановлений ротор, який обертається на одному валу з компресором. На периферії ротора встановлені лопатки і вихлопні вікна у вигляді циліндричних патрубків. Геометричні осі вихлопних патрубків спрямовані у сторону протилежну обертанню ротора і нормальні площині лопаток. На відміну від аналога, рівнодіюча сил тиску газів створює крутячий момент, який не змінюється при обертанні ротора. Однак, недоліком цього двигуна є наступне: - так як згорання паливної суміші відбувається у напівзамкненому об'ємі камери згорання, то температура, тиск і повнота згорання не досягають своїх оптимальних значень, а тому значення термічного к.к.д. є низьким. - так як у двигуні використовуються вихлопні вікна у вигляді циліндричних патрубків, то така форма їх не створює оптимальної тяги газів, яка могла би бути утворена звуженими соплами або соплами Лаваля. В основу винаходу поставлена задача удосконалення роторного двигуна шляхом виготовлення корпуса двигуна у вигляді циліндрового блока, в кожному циліндрі якого закріплена гільза, а в гільзі встановлений на консольній осі з підшипниками порожнистий циліндричний ротор, ущільнений компресійними кільцями. На внутрішній поверхні ротора, на визначеній відстані від переднього торця виготовлено декілька щілішноподібних вхідних отворів, які з'єднані криволінійними звуженими каналами з вихідними (критичними) перерізми сопел, причому вихідні (критичні) переріз сопел виготовлені у заглибленнях зовнішньої поверхні ротора та геометричні осі їх спрямовані по дотичній до твірної ротора (соплова частина ротора), на усій інший зовнішній поверхні ротора розміщені лопатки багатоступеневої тангенціальної турбіни (лопатна частина ротора), а в передній частині порожнини ротора встановлений корпус герметичної камери згорання, яка має боковий канал, сполучений із серпоподібними лопатками вихрового насосу системи охолодження двигуна, причому лопатки розміщені на передньому торці ротора. Корпус камери згорання закріплений на передньому торці циліндрового блока і ущільнений в порожнині ротора компресійними кільцями. Стрижень керованого випускного клапана установлений в корпусі камери згорання і ущільнений компресійними кільцями. геометрична вісь стержня співпадає із геометричною віссю ротора. циліндрична частина головки випускного клапана установлена в роторі із зазором і ущільнена компресійними кільцями, конічна частина головки випускного клапана та внутрішня конічна поверхня корпуса утворюють герметичну кільцеву порожнину камери згорання, а при відкритому клапані камера згорання з’єднана із щілиноподібними вхідними отворами ротора. Багатоступенева тангенціальна турбіна, а саме, лопатна частина ротора має декілька кільцевих поясків (ступенів), які з'єднані між собою лопатками S-подібного профіля з відігнутими догори хвостиками, лопатки встановлені із визначеним зазором між хвостиком лопатки і маточиною ротора. Кут установки хорди профіля лопатки виконаний в межах від 35 до 70°, носик і спинка профіля лопатки утворені логарифмічною спираллю, постійний кут якої може приймати значення від 13 до 18°, причому крок і ширина лопаток кожної наступної ступені більша, ніж крок і ширина лопаток попередньої ступені при відліку в напрямку переміщення газа до вихлопного колектора двигуна. Крім того, в гільзі кожного циліндра є вихлопний колектор, сполучений із сопловою частиною ротора, та кільцевий вхідний колектор, сполучений із першим ступенем лопатної частини ротора, обидва колектори відокремлені один від одного компресійними кільцями, причому вихлопний колектор гільзи першого циліндра з'єднаний міжциліндровим каналом із напрямним апаратом 5 76762 6 гільзи другого (суміжного) циліндра, який виконано допоміжними агрегатами; у вигляді сопла Лаваля, а геометрична вісь його На фіг. 2 - повздовжний розріз соплової частикритичного січення дотична до фокусу профіля ни ротора і корпуса камери згорання; лопаток. В свою чергу кільцевий вхідний колектор На фіг. 3 - поперековий розріз соплової частигільзи кожного циліндра з'єднаний із вихлопним ни першого ротора, міжциліндрового канапа і колектором двигуна декількома канавками, які лопатної частини другого (суміжного) ротора; виготовлені у вигляді трубчатих гвинтових поверНа фіг. 4 - повздовжний розріз лопатної частихонь з малими кутами підйому гвинтових ліній. Ці ни ротора. канавки сполучені із наступними ступенями Роторний двигун у складі з допоміжними агрелопатної частини ротора. гатами містить циліндровий блок 1 з робочим ваГеометричні осі усіх роторів двигуна лом 2, який з'єднаний через муфту 3 з валом 4 паралельні між собою, паралельні та еквідистантні гвинтового мастилозаповненого компресора 5. Па геометричній осі робочого вала двигуна. який передньому торці компресора 5 закріплений з'єднано із роторами зубчатою передачею механічний нагнітач із повітряним фільтром 6 і зовнішнього або внутрішнього зачеплення, а у вентилятором 7. Попереду вентилятора 7 корпусів камер згорання на робочому валу двигуна встановлені радіатор системи охолодження 8 та встановлений розподільний диск з кулачками, який радіатор системи мащення 9. Передній торець керує роботою клапанів та приладів системи запациліндрового блока 1 закритий кришкою 10, а лювання. задній торець - кришкою 11. Нижня частіша Таким чином, газообразні продукти згорання, циліндрового блока 1 закрита масляним піддоном які нагріті до високої температури (2100-2300°С) в 12. В циліндрах (3 шт.) блока 1 встановлені "мокрі" герметичній камері згорання при V=const, надхогільзи 13 і закріплені своїми фланцями до задньодять у звужені канали сопел (при відкритому випуго торця циліндрового блока 1 разом із вихлопним скному клапані) і виходять із вихідних (критичних) колектором 14 шпильками (на фіг. не показані). січень сопел з дозвуковою (надзвуковою) Геометричні осі гільз 13 паралельні між собою, швидкістю та утворюють основний крутячий мопаралельні та еквідистантні геометричній осі ромент. Коли газ із сопел надходить у вихлопний бочого вала 2. В кожній гільзі 13 встановлений на колектор гільзи першого циліндра, а із нього - у консольній осі 15 з підшипниками 16 порожнистий міжциліндровий канал, а далі у сопло Лаваля, циліндричний ротор 17, ущільнений кільцевий вхідний колектор та гвинтові канавки компресійними кільцями 18. В передній частині гільзи другого (суміжного) циліндра, то залишковий порожнини кожного ротора 17 встановлений кортеплоперепад (800-900°C) спрацьовується на пус 19 камери згорання 20 з впускним клапаном лопатній частині другого (суміжного) ротора, що 21, випускним клапаном 22, свічками запалювання утворює додатковий крутячий момент. 23 (2 шт.). який ущільнений компресійними Так як крутячі моменти сумуються на робочокільцями 24 та закріплений на передньому торці му валу двигуна, то при 3-х і більше роторах циліндрового блока 1 болтами (на фіг. не показапульсація крутячого моменту та крутильних колино). Кільцева порожнина камери згорання 20 утвовань на робочому валу двигуна незначні. рена внутрішньою конічною поверхнею корпуса 19 Працездатність та довговічність двигуна зата конічною частиною головки випускного клапана безпечуються системами охолодження та мащен22. Циліндрична частина головки випускного кланя. Циліндровий блок та корпус камери згорання пана 22 встановлена із зазором в роторі 17 та охолоджується тосолом, який подається вихрьоущільнена компресійними кільцями 25. Стержень вими насосами кожного ротора. Насоси можуть випускного клапана 22 ущільнений компресійними бути включені послідовно або паралельно, а кільцями 26. Герметичність камери згорання 20 та підшипники консольної осі ротора, внутрішня попостійний силовий контакт клапанів 25 та 22 із рожнина ротора та випускний клапан змащуються розподільним диском 27 забезпечуються та охолоджується мастилом, яке подається масциліндричною пружиною 28 та конічною пружиною ляним насосом через струминну форсунку. 29. Конічна пружина 29 встановлена між торцовим При використанні запропонованого технічного заглибленням консольної осі 15 та дном випускнорішення "Роторний двигун" досягається наступний го клапана 22, а на передньому кінці робочого ватехнічний результат: ла 2 встановлений розподільний диск 27 з кулач- значно зменшена питома витрата палива; ками (на фіг, не показані), В корпусі камери - зменшена токсичність відпрацьованих газів; згорання 19 є канал 30 для подавання паливної - зменшена теплова і віброакустична дія на суміші в камеру згорання 20 та кільцевий боковий навколишнє середовище. канал 31, сполучений із серпоподібними лопаткаЗгідно розрахунків, приведених в роботі [3], ми 32 вихрьового насоса системи охолодження питома витрата палива зменшена у порівнянні з двигуна. Лопатки 32 розміщені на передньому існуючими двигунами у таких межах: торці ротора 17 і виготовлені разом із ротором 17 - в 3,2 раза - з ГТД (авіаційного типу); методом лиття. В центрі торцевого заглиблення - в 2,8 раза - з РПД Ф. Ванкеля; консольної осі 15 встановлена струминна масляна - в 2,5 раза - з ПД (карбюраторні, форсунка 33. На внутрішній поверхні ротора 17 на автомобільні); визначеній відстані від його переднього торця ви- в 2,25 раза- з ПД (з електронним впорскуванконано декілька щілинноподібних вхідних отворів, ням, автомоб.); які з'єднані криволінійними зваженими каналами - в 2,0 раза - з ПД (дизельні, автомобільні). 34 із вихідними перерізми сопел 35. В залежності На фіг. 1 показана схема двигуна у складі з від швидкохідності двигуна можлива установка в 7 76762 8 роторі 17 солел із звуженими каналами або сопел тора 17 та криволінійні звужені канали 34. Робочі Лаваля. На фіг. 3 зображений ротор 17 із звужегази у звужених каналах 34 набувають прискоренними каналами 34 та вихідними перерізми 35 (двиня і у вихідному січенні сопел 35 мають швидкість гун автомобільного типу). Вихідні переріз 35 із тягою; яка діє вздовж геометричної осі вихідного виготовлені у заглибленнях зовнішньої поверхні переріз 35, утворюючи тангенціальну силу. Таким ротора 17, а геометричні осі їх спрямовані по чином, за рахунок теплоперепаду від камери згодотичній до твірної ротора 17. В кожній гільзі 13 є рання 20 (р0, Т0) до вихідного переріз сопел 35 (рс, вихлопний колектор 36, сполучений із вихідними Тс) створюється основний крутячий момент соплоперерізми сопел 35 (сопловою частиною ротора) і вою частиною ротора 17. Робочі гази із вихідних впускний кільцевий колектор 37, сполучений із січень сопел 35 надходять у вихлопний колектор лопатками 38 першої ступені тангенціальної 36, далі в міжциліндровий канал 40 та сопло Латурбіни (лопатної частини ротора 17). Колектори валя, в критичному січенні 41 якого набуває звуко36 і 37 відокремлені один від одного ву швидкість. При надходженні газа у кільцевий компресійними кільцями 39. Вихлопний колектор вхідний колектор 37 та у зазори між хвостиками 36 гільзи 13 першого циліндра з'єднаний лопаток 38 і маточиною ротора 44 робочий газ міжциліндровим каналом 40 із напрямним апаранабуває кругове, а при надходженні у гвинтові катом гільзи 13 другого (суміжного) циліндра та його навки 45 - гвинтове переміщення, то робочий газ кільцевим впускним колектором 37. Напрямний діє на лопатки 38 першої і наступних ступенів апарат виконаний у вигляді сопла Лаваля, а геотангенціальної турбіни за рахунок залишкового метрична вісь його критичного переріз 41 дотична теплоперепаду від вихідних січень сопел 35 (рс, Тс) фокусу 42 профіля лопаток 38. Лопатки 38 першого ротора 17 до вихлопного колектора 14 виконані суцільно (методом лиття) із кільцевим (рвк, Твк) другого (суміжного) ротора 17. Цей запояском 43 та маточиною ротора 44. В січенні лолишковий теплоперепад створює додатковий крупатки 38 являють собою S-подібний профіль з тячий момент на лопатках 38 другого (суміжного) відігнутими догори хвостиками, кут установки хорротора 17. Крутячі моменти від роторів 17 переди профіля дорівнює 45, а носик та спинка даються шестернями 47 зубчатому колесу 48, а профіля утворені логарифмічною спираллю, далі робочому валу 2. постійний кут якої порівнює 18. причому зазор між Система охолодження двигуна працює нахвостиком лопатки 38 і маточиною ротора 44 приступним чином. Охолоджуюча рідина (тосол) близно дорівнює висоті кільцевого вхідного колекподається серпоподібними лопатками 32 кожного тора 37. Крім того, в кожній гільзі 13 виготовлено ротора 17 із канала 31 в радіатор 8, далі у гвинтові декілька (3-4 шт.) канавок 45 у вигляді трубчатих канали 46 гільзи 13 і повертається у канал 31. гвинтових поверхонь з малими кутами підйому Система мащення двигуна працює наступним гвинтових ліній, які з'єднують кільцевий вхідний чином. Масляний насос, який установлено в колектор 37 із вихлопним колектором двигуна 14, а піддоні 12. подає мастило через радіатор 9 у кависота канавки спільномірна із висотою кільцевого нал 52 до струминної форсунки 33 і далі на днище вхідного колектора 37. На зовнішній поверхні гільз випускного клапана 22. Мастило охолоджує випу13 виготовлені гвинтові канавки 46 для проходскний клапан 22, внутрішню поверхню ротора 17, ження охолоджуючої рідини. На хвостовиках змащує підшипники 16 і витікає у піддон 12 крізь роторів 17 закріплені шестерні 47. які знаходяться дренажні канали 53. у постійному зачепленні із зубчатим колесом 48, Так як такт стиску повітря запропонованого встановленому на задньому кінці робочого вала 2. двигуна здійснено в окремому компресорі, то в Консольні осі 15 закріплені у кронштейнах 49 при самому двигуні здійснено наступні такти: допомозі пружинної шайби 50 та гайки 51. Кон1.) Продувка камери згорання стиснутим сольна вісь 15 має канал 52 (1 шт.), через який повітрям (при відкритих клапанах) + подавання полається мастило до струминної форсунки 33 та паливної суміші (при закритому випускному дренажні канали 53 (2 шт.) для зливання мастила клапані) в камеру згорання. у піддон 12. 2.) Згорання паливної суміші в герметичній Двигун у складі з допоміжними агрегатами камері згорання при V=const (клапани закриті). працює наступним чином. Після запуску робочий 3.) Випуск робочих газів із камери згорання вал 2 через муфту З передає крутячий момент (при відкритому випускному клапані) + робочий хід валу 4 гвинтового мастилозаповненого компресо(на соплах першого ротора та на лопатках другого ра 5 та механічного нагнітача 6, які своїми лопа(суміжного) ротора) - випуск відпрацьованих газів. тями послідовно стискують повітря й направляють Джерела інформації: його у канал 30, куди одночасно подається і пали1.) Патент СРСР №1828508, МПК F 02 С 5/00. во (бензин). Паливна суміш подається в камеру опубл. 1993р. Бюл. № 26. згорання 20 при відкритому впускному клапані 21 2.) Патент США № 4064697, МПК F 02 В 3/00, та закритому випускному клапані 22, що опубл. 1977р. забезпечується розподільним диском 27. При за3.) Подолян О.І. "До визначення ефективного критих клапанах 20 і 21 на свічки 23 подається к.к.д. 3-тактного роторно-поршневого двигуна". іскра і паливна суміш згоряє при V=const. Після Проектування, виробництво та експлуатація автоцього випускний клапан 22 відкривається і робочі транспортних засобів і поїздів. Вил. 2, 1999р. гази надходять у щілиноподібні вхідні отвори ром. Львів. 9 76762 10 11 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 76762 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601