СИСТЕМА ПНЕВМОДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ
AIR ENGINE SYSTEM AND METHOD OF ITS OPERATION

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к пневмодвигателям, работающим от сжатого воздуха или другого газообразного тела, которые могут быть использованы в качестве замены электродвигателей для привода различных машин и механизмов, а также в качестве замены двигателей внутреннего сгорания для привода транспортных средств, пароходов, и пр.
Из уровня техники известны различные конструкции пневматических двигателей, включающие статор с эксцентрично установленным в нем ротором, в радиальных пазах которого расположены лопасти с возможностью их передвижения в плоскостях, проходящих через ось ротора, контактирующие своими концами с внутренней цилиндрической поверхностью статора, см., например, SU 1698459 А1, 15.12.1991 или SU 1165804 А, 07.07.1985, или SU 1188336 А, 30.10.1985, или DE 29811693 U1, 08.10.1998.
Однако, эти пневмодвигатели малоэффективны, поскольку требуют источника сжатого воздуха с большим давлением, что приводит к повышенному его расходу, а также, чтобы получить больший крутящий момент на выходе, требуются большие габаритные размеры двигателя, поскольку в передаче крутящего момента фактически участвует только одна лопасть, и, следовательно, чем больше рабочая площадь лопасти, тем больший крутящий момент передает двигатель. Кроме того, очень сложна технология изготовления этих двигателей, поскольку требуется высокая точность изготовления ротора с пазами, в которых с минимальными допусками должны двигаться лопасти. КПД этих двигателей также снижается из-за большого трения стенок лопаток в пазах ротора, а также из-за трения их концевых кромок о внутреннюю поверхность статора.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) для заявленной системы работы пневматического двигателя можно принять пневматический двигатель по патенту RU 2520768 С2, 27.06.2014, включающий статор с внутренней цилиндрической поверхностью, с фланцами, расположенными по его торцам с, по меньшей мере, одним впускным отверстием, сообщенным с источником сжатого воздуха и с, по меньшей мере, одним выпускным отверстием, эксцентрично установленный внутри статора ротор, выполненный в виде цилиндра ∈, по меньшей мере, с двумя осевыми отверстиями, ориентированными вдоль его оси и проходящими по периферии упомянутого цилиндра, при этом каждое из этих осевых отверстий сообщается с наружной цилиндрической поверхностью ротора посредством продольного паза или, по меньшей мере, одного стыковочного отверстия, предназначенных для последовательной стыковки с упомянутыми впускным и выпускным отверстиями статора, причем упомянутые осевые отверстия выполнены глухими с двух сторон.
Данное устройство имеет существенные недостатки в виде необходимости использования источника сжатого воздуха с большим давлением, и большие габаритные размеры двигателя для получения крутящего момента на выходе.
Целью заявленного решения является разработка конструкции и способа работы системы пневмодвигателя, которая имеет не большие габаритные размеры и работает эффективно.
Сущность изобретения
Заявленная система включает пневмодвигатель (1), имеющий цилиндро-поршневую группу (ЦПГ), а также головку блока цилиндра (ГВЦ) с системой впускного и выпускного коллектора с клапанным механизмом, при этом выход коленвала (4) пневмодвигателя (1) посредством карданного узла (5) через соответствующие шкивы (6) соединен с поршневым блоком воздушного компрессора (7), который выполнен с возможностью нагнетания воздуха в ресивер (8) по трубопроводу (9), на выходе из ресивера (8) установлен кран (10), посредством которого воздушный поток через первый трубопровод (11) направляется в клапанную систему пневмодвигателя (1), при этом входной Г-образный патрубок (11.1) первого трубопровода (11) установлен навстречу потоку во второй трубопровод (12), по которому воздушный поток поступает в подогреваемый радиатор (13). Подогретый воздух попадает во впускной коллектор (2) пневмодвигателя (1) для осуществления работы ЦПГ, а отработанный воздух через выпускной коллектор (3) подается в упомянутый радиатор (13) для его дополнительного подогрева. Вращение выходного вала (14) передается на стартер-генератор (15) и далее на коробку передач/редуктор или по иной схеме передачи вращения.
Воздушный поток, направленный по первому трубопроводу (11), поступая непосредственно в клапанную систему пневмодвигателя (1), предотвращает попадание горячего воздуха на маслосъемные колпачки.
Радиатор (13) может иметь различную конструкцию, например, трубчатую или пластинчатую или иную другую для выполнения своего назначения - передачи тепла. Радиатор (13) включает камеру нагревающей среды (13.2) и камеру нагреваемой среды (13.1).
Отработанный воздух, который все еще имеет высокую температуру, через выпускной коллектор (3) поступает в камеру нагрева (13.2) радиатора (13), отдает тепло камере нагреваемой среды (13.1), что снижает затраты на подогрев и позволяет работать системе более эффективно.
Радиатор (13) подогревается внешним источником либо несколькими источниками тепла, например, дровами, углем, газом, мазутом, электричеством или иным источником, подбираемым в зависимости от доступности источника тепла, его цены, места размещения/использования системы и прочих факторов.
Ресивер (8) имеет клапанные механизмы удержания нагнетенного воздуха, а также стравливания излишнего воздуха, а также контрольно-измерительные приборы для мониторинга давления внутри него. Ресивер (8) предназначен для сглаживания пульсаций давления забранного воздуха после воздушного компрессора (7) и создания резерва сжатого воздуха, освобождения от капель масла и влаги.
Техническим результатом является повышение эффективности работы пневмодвигателя, предотвращение сгорания маслосъемных колпачков, без изменения габаритных размеров системы пневмодвигателя.
Краткое описание чертежей:
Фиг. 1 схематичное изображение системы пневмодвигателя.
Краткое описание конструктивных элементов:
1 - пневмодвигатель;
2 - впускной коллектор;
3 - выпускной коллектор; 4- колен вал;
5 - карданный узел;
6 - шкив;
7 - воздушный компрессор;
8 - ресивер;
9 - трубопровод;
10 - кран;
11 - первый трубопровод;
11.1 - патрубок;
12 - второй трубопровод;
13 - радиатор;
13.1 - камера нагреваемой среды;
13.2 - камера нагрева;
13.3 - выхлопная труба
14 - выходной вал.
15 - стартер-генератор
Осуществление заявленного решения:
Далее, принцип работы устройства описан с учетом прилагаемой схемы по фиг. 1, где изображена система пневмодвигателя.
Заявленная система пневмодвигателя включает воздушный компрессор (7), соединенный через трубопровод (9) с ресивером (8), который через кран (10) соединен с пневмодвигателем (1) через первый трубопровод (11) и через второй трубопровод (12) с камерой нагреваемой среды (13.1) радиатора (13), которая на выходе через впускной коллектор (2) соединена с пневмодвигателем (1). Г-образный патрубок (11.1) первого трубопровода установлен во второй трубопровод (12) навстречу потоку. Это позволяет создать разное давление в трубопроводах (11) и (12). Давление в трубопроводе (11) больше, чем в трубопроводе (12). Пневмодвигатель (1) через выпускной коллектор (3) соединен с камерой нагрева (13.2) радиатора (13). Выход коленвала (4) пневмодвигателя (1) посредством карданного узла (5) соединен с поршневым блоком воздушного компрессора (7). На выходном валу (14) установлен стартер-генератор (15).
Система пневмодвигателя работает следующим образом.
Первый запуск компрессора (7) и пневмодвигателя (1) осуществляется стартером-генератором (15), который расположен с ними на одном валу. Последующие запуски производят ресивером (8), в котором накоплен сжатый воздух или другое газообразное тело.
Компрессор (7) забирает, сжимает и нагнетает воздух в ресивер (8) по трубопроводу (9). Из ресивера (8), проходя через кран (10), воздушный поток разбивается на два и по первому трубопроводу (11) поступает в клапанную систему пневмодвигателя (1), исключая попадание горячего воздуха на маслосъемные колпачки, а по трубопроводу (12) поступает в камеру нагреваемой среды (13.1) радиатора (13), где нагревается до рабочей температуры, расширяется и поступает через впускной коллектор (2) в пневмодвигатель (1), где совершает работу ЦПГ, вращая коленвал (4), который через карданный узел (5) передает вращение поршневому блоку воздушного компрессора (7). Отработанный воздух, который все еще имеет высокую температуру через выпускной коллектор (3) поступает в камеру нагрева (13.2) радиатора (13) для отдачи тепла камере нагреваемой среды (13.1), после чего выходит через выхлопную трубу (13.3).
Таким образом, созданная модернизированная конструкция системы пневмодвигателя, обеспечивает повышение эффективности работы пневмодвигателя.