Роторный двигатель а. н. гулевского

(ГОСПАТЕНТ ССС ПАТЕНТНОЕ ык;ЬЛИъ ГЫ ИСАНИЕ И ПАТЕ Н тво ССС00, 1979ЕЛЬнспортныновки, Сазмещенивным иленная двигащность опаточводом, осно с(57) Использование: тратель, привод электроустаизобретения; в корпусе рный компрессор с реактгазовая турбина, устэнов Изобретение относится к машиностроению, а конкретнее к роторным двигателям, и может быть использовано в различных областях техники, например, на всех видах транспорта, как привод электрогенератора и т.д.Цель изобретения - увеличение КПД двигателя.Иэ термодинамики известно, что КПД любой тепловой машины (какими являются и представленные) состоит из произведения 2-х КПД термического и механического.Чем выше КПД составляющих, тем выше КПД общий, Рассматривая первую со- ставляющуюКПД, известно, что он зависит от степени сжатия рабочего тела (воздуха) в рабочем объеме (камере сгорания), Степень сжатия е а самых лучших тепловых двигателях достигает (14-16)вах известное значение, а в прототипе значение е ограничено средним числом и может быть выше определенных пределов, которые определяются конструкцией, Так в прототипе лопаточный убопроводы раздельнои плива к реактивным приабжен маховиком с вернижнем конце которого онный шарнир, муфта рня зубчатой передачи, ия компрессора, защитпферными пружинами и электрогенератором, ещен на валу турбины, а двигателя. Реактивныена ободе маховика. 2 ил,компрессором, и тр подачи воздуха и то водам, Двигатель сн тикальным валом,на размещены синхр сцепления и шесте рубашкой охлажден ным кожухом, дем вспомогательным якорь которого разм статор - на кожухе приводы размещень компрессор, создающий число Р невозможно вращать с частотой выше пределов прочности его материала. Поэтому в представленном прототипе существует предел и термического КПД, который вместе с механическим КПД составляет известное значение в пределах 20ЗОО (по аналогии с турбореактивными двигателями).Термический КПД предлагаемого ротор- С ного двигателя существенно повышается за О счет применения лопаточного компрессора ОО шиберного типа с фиксированной подачей (Я воздуха в рабочем объеме компрессора, а СО так же ступенчатого способа сжатия воздуха с его промежуточным охлаждением, Это по- фр зволяет снизить энергозатраты на сжатие и повысить обьемный КПД компрессора, В ф предлагаемой конструкции сжатый воздух к реактивным приводам, прямоточным воздушно-реактивным двигателям (ПВРД), размещенным на ободе маховика, подается через внутренние воздушные каналы во вращающемся маховике, который такжепредставляет ступень сжатия, и еще болеесжимается от центральной силы. При такомпостроении конструкции с соосным расположением компрессора на роторе двигателяможно получить степени сжатия е выше 5приведенного значения (14 - 16) и сократитьего размеры, а это дает возможность повысить термический КПд применяемых ПВРДдо 70 - 80.Что касается второй составляющей, механического КПД, то в прототипе этот КПДменьше, чем у предлагаемого двигателя за,счет потерь на трение в топливном насосе,который в предложенном варианте отсутствует,15Вращающийся маховик с внутреннимиканалами топливоподэчи сам является центробежным насосом, а так же за счет механических потерь рассеивания кинетическойэнергии газовой струи на лопатках газовой 20турбины,В предлагаемой конструкции реактивные привода, установленные по касательнойна ободе маховика, полностью отдают емусвою кинетическую энергию потока газовой 25струи, Так же расширяются возможностиувеличения кпд предлагаемого роторногодвигателя при установке на его ось вспомогательного электрогенератора, причем выработка эл,энергии генератора в 30предлагаемом двигателе не влияет на силовой ротор и не отбирает вследствие этого отнего энергии, а, наоборот, может при необходимости добавить. Осуществляется это.установкой якорной обмотки на вал газовой 35турбины, охватывающей маховик с ротороми своими лопатками, расположенными концентрично реактивным приводам. При этомлопатки воспринимают инерционную остаточную часть энергии газовой струи от реактивных приводов маховика, а газоваятурбина при этом вращается в обратномотносительно ротора направлении,Эксплуатационные возможности предлагаемого роторного двигателя значительно расширяются особенно при применениина транспОрте; за счет установки его нэ синхронный шарнир равномерной угловой скорости (шаровой). Вследствие вращенияротора с маховиком РД с высокой частотой 50в нем возникает гироскопический эффект, асам РД представляет собой в этом случаегироскоп. Его ось при этом старается сохранить свое положение в пространстве неизменным, поэтому один конец оси вставлен 55в чашку шарнира, а другой поддерживаетсядемпферными пружинами. Лучшее положение при этом вертикальное. При колебанияхположения передаточного блока, на котором установлен РД, конец оси с демпферными пружинами будет воспринимать прецессионные действия ротора с маховиком. В транспорте, особенно автомобильном, отклонения корпуса передаточного блока при движении явление обычное. Следовательно, в предлагаемом РД исключаются перегрузки на подшипники, удерживающие ось с маховиком.Важным обстоятельством в расширении эксплуатационных возможностей является использование на РД разнообразных видов жидкого и газообразного топлива, и особенно водорода, т,к. в предлагаемом РД самая короткая цепь передачи водорода и любого топлива от емкости к двигателю, то уменьшается пожаро- и взрывоопасность передачи его к реактивным приводам, А вследствие высокой эффективности РД уменьшается и потребление этого экологически чистого топлива.Изобретение поясняется фиг. 1 и 2.Предлагаемый роторный двигатель представлен нэ фиг. 1 в виде кинематической упрощенной схемы и состоит из следующих частей: собственно ротора его оси 1 и маховика 2 с установленным на ось 1 защитным кожухом 3, Ось 1 имеет топливно-впускное отверстие 4. На кожухе 3 установлен стартер 5 (электродвигатель) для передачи движения оси 1, Нэ кожухе 3 установлена так же одна из обмоток 6 вспомогательного генератора электрического тока. В диске маховика 2 расположены внутренние каналы 7 для подачи топлива от центрального отверстия 8 (фиг. 2 разр. А-А), расположенного в оси 1 маховика 2, в камеру сгорания 9 с соплом 10: Для подачи воздуха в камеру сгорания 9 имеются воздушные каналы 11. Под маховиком 2 расположены двухступенчатый ротационно-пластинчатый компрессор 12 с рубашкой охлаждения 13 с пластинчатыми роторами 14 и 15, закрепленными на оси 1, Входное отверстие компрессора 12 связано с атмосферным воздухом посредством воздушного фильтра 16 и гибкого патрубка 17. Корпус компрессора 12 имеет в своей нагнетательной полости первой и второй ступени каналы 18 и 19 для прохода сжатого воздуха во входное отверстие оси 1, связанное с каналами 11. Корпус компрессора 12 с кожухом 3 и со стартером 5 удерживаются от разворота на оси 1 демпферными пружинами 20, установленными на корпусе двигателя 21. В опорной части оси 1 установлен синхронный шарнир 22 равномерной угловой скорости, Ось 1 после шарнира 22 связана с зубчатой, шестерней 23, которая через муфту сцепления 24 может передавать крутящий момент ведомому зубчатому колесу 25.Для создания вспомогательного гене- Р переходит в кинетическую энергию истератора электрического тока якорная обмот- кающей иэ сопла 10 газовой струи. При этом ка 28 газовой турбины 26 с лопатками 27 возникает реактивная сила тяги Р, которая установлена напротив статорной обмотки 6 и создает крутящий момент М на маховике (фиг. 1, 2 разр. А-А), отработанные выхлоп Оныегазывыходятчерезотверстие 29 кожуха 2 с плечом, равн 2 и силои равнои су - 3, марной тяге реактивных ПВРД, установленРоторный двигатель работает следую- ных на ободе маховика 2. При увеличении щим образом: скорости вращения маховика 2 увеличиваСтартер 5 (электродвигатель), установ ется и скорость компрессии подаваемого в ленный на кожухе 3, который удерживается каналы 11 сжатого воздуха и силы сопротивот разворота на оси 1 демпферными пружи- ления от нее и при определенной подаче нами 20, начинает разгонять маховик 2. По топлива (кг/с, г/с) происходит стабилиэамере набора скорости вращения маховика 2 ция реактивной тяги ПВРД и наступает равв его топливных каналах 7 у оси вращения в 15 новесное состояние скорости вращения и центреотверстия 8 образуется разрежение момента Мк, при котором его нарушение воздуха от центробежной силы, которая эа- происходит только при изменении подачи ставляет некоторый объем воздуха в кана- топлива или воздуха, За моментом вращелах 7 переместиться к периферии маховика ния маховика 2 его постоянством или регу. 20 лированием могут автоматически следитьВ тоже время работают и пластинчатые электронные системы, механические и т,д, роторы 14, 15 2-х ступенчатого ротационно- При предлагаемоМ расположении оси 1 пластинчатого компрессора 12, корпус кото- ротора двигателя - вертикальном, она сворого установлен на кожухе 3. При этом им опорным концом соединена с синхронатмосферный воздух поступает в компрес ным шарниром 22 равномерной угловой сор 12 через воздушный фильтр 16 и гибкий скорости и с зубчатой шестерней 23, котопатрубок 17 во всасывающую полость ком- рая через муфту сцепления 24 передает кру-. прессора 12 и переводится пластинчатым тящий момент М ведомому зубчатому ротором 14 в его нагнетательную полость. колесу 25 потребителю). Синхронный шарДалее сжатый воздух поступает в вса нир выполняет свое назначение при гиросывающую полость 2-й ступени через соеди- скоп ическом эффекте оси 1 ротора, при нительный охлаждаемый канал 18 и потом изменениях положения основания переда- сжимается далее при повороте ротора 15 и точного блока, Для восстановления положе- поступает в нагнетательную полость второй ния ротора с маховиком 2 при отклонениях ступени сжатия и далее через охлаждаемый 35 или раскачивании корпуса 21 с передаточканал 19 во входное отверстие воздушного ным блоком до угла а предусмотрены деканала оси 1. Для отвода тепла при сжатии мпферные пружины 20, которые воздуха применяется охлаждающая,жид- удерживают так же и от разворота элементы кость(вода), которая при проходе через ру- конструкции 3 и 12, При углах отклонения башку 13 компрессора 12 отводит от него 40 корпуса 21 больше угла а предусмотрена ,при работе тепло, Поступив в воздушные опорная поверхность на корпусе 21 фиг, 1), каналы 11 маховика 2, воздух центробеж- на которую кожух 3 опирается, что экономит ной силой и под высоким давлением подво- место размещения роторного двигателя в дится к камерам сгорания 9 ПВРД, где корпусе,пройдя пространство камеры 9; выходит че С целью максимального использования рез сопло 10. При достаточном разгоне ма- кинетической энергии струи истекающих из ховика 2 вокругоси 1 в ее топливо-впускное сопла 10 газов, на маховик 2 установлена отверстие 4 открывается подача и начинаетгазовая турбина 26. Истекающие газы пропоступать топливо, которое под действием иэводятдавление на лопатки 27 газовой турразрежения, указанного выше, засасывает бины 26 и вращают ее в обратную сторону ся в отверстие 4 и во внутренние каналы 7 относительно маховика 2. При этом установмаховика 2. Центробежной силой топливо ленная обмотка 28, расположенная на газо- далее принудительно подается в камеру вой турбине 26, движется относительно сгорания 9,. где,смешиваясь с воздухом,. обмотки 6 кожуха 3 с генерированием элекподжигается. Далее процесс сгорания мо трической энергии.жет самоподдерживаться высокой темпера- Выработанная таким образом энергия, турой сгорания. может использоваться на движение или наПри сгорании топлива температура в другие потребности в автомобиле, катере икамересгорания 9 возрастаетвместесдав- т.д. Отработанные газы выходят в окно 29 лением и потенциальная энергия давлениякожуха 3. Их тепло может быть испольэова1809858 Риа 2 Составитель А.СтрельцовРедактор Л,Пигина Техред М,Моргентал Корректор Н,Гунько каз 1297 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Ппоизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 но в целях отопления и др, Шум работы двигателя поглощается кожухом 3 с применением шумопоглощающих средств (гофрированных крышек, заглушек и т.д.).Ф ор мул а изобретения 5 Роторный двигатель. содержащий корпус, размещенные внутри него лонаточный компрессор с реактивным приводом, газовую турбину, установленную соосно с воздушным компрессором и концентрично 10 относительно реактивных приводов, трубопроводы раздельной подачи топлива и .воздуха к реактивным приводам, о т л и ч аю щ и й с я тем. что, с целью увеличения КПД двигателя, последний снабжен маховиком с вертикальным валом и размещенными на нижнем конце вала синхронным шарниром, муфтой сцепления и шестерней зубчатой передачи, рубашкой охлаждения компрессора, защитным кожухом, демпферными пружинами и вспомогательным электрогенератором с якорем и статором, причем реактивные приводы закреплены на ободе маховика, демпферные пружины закреплены на защитном кожухе и корпусе двигателя, якорь вспомогательного электрогенератора размещен на валу турбины, а статор - на кожухе двигателя.