ПЛАСТИНЧАТЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с вращающимися роторами.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (патент США US 2003047158), состоящий из корпуса, смещенного относительно оси вращения ротора. Лопатки присоединены к ротору шарнирно и создают отдельные камеры в двигателе. Каждая из камер обладает способностью работать по циклу Отто. Всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп осуществляются за 720 градусов поворота ротора двигателя. Каждая камера обладает свечей зажигания и клапанами впуска и выпуска, которые позволяют всасывать свежую смесь и удалять отработавшие газы.
Недостатком двигателя является низкая надежность ввиду того, что шарнирные соединения крепления лопаток находятся в зоне сгорания топлива. Кроме того, сжатие и расширение рабочего тела происходит в одинаковых объемах, что не позволяет обеспечить полное расширение в процессе рабочего хода.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, в корпусе которого размещен ротор со смещением по отношению к оси корпуса двигателя (патент США №4688531). В роторе данного двигателя выполнены радиальные расточки, в которых размещены гильзы цилиндров с возможностью скольжения в радиальном направлении. При работе данного двигателя гильзы движутся вместе с ротором в окружном направлении и также возвратно-поступательно в радиальных расточках ротора. Поршни размещены в гильзах цилиндра и движутся только в окружном направлении вместе с ротором. Изменение объема между поверхностью поршня и поверхностью гильзы цилиндра происходит в результате радиального перемещения гильз цилиндра в расточках ротора. Сгорание топлива происходит в рабочих камерах, границами которых в окружном направлении являются стенки гильз. Разность давлений в рабочих камерах вызывает вращение ротора.
Недостатком данного двигателя является низкая надежность, так как в зоне контакта гильз и ротора температура высока и возникает большое трение, поскольку в радиальных расточках ротора возникает усилие, вызывающее вращение ротора.
Известен ротационный двигатель по авторскому свидетельству СССР №1183691, который содержит корпус с овальной полостью, в которую помещен наружный ротор с радиальными прорезями. В прорезях наружного ротора размещены пластины, на внутреннем конце которых закреплены поршни. На пластинах помещаются перфорированные футляры. На одной оси с наружным ротором размещен внутренний ротор, в котором выполнены цилиндры и в цилиндрах размещены поршни. В цилиндрах и в корпусе выполнены впускные и выпускные окна, также в корпусе выполнены пазы для возвратно-поступательного перемещения пластин вместе с поршнями в радиальном направлении. Пластины в полости корпуса образуют рабочие камеры между стенками корпуса и наружного ротора. При работе ротационного двигателя свежий воздух поступает в цилиндры и после сжатия направляется в камеру сгорания, в которой происходит сгорание топлива. Рабочее тело по каналу из камеры сгорания поступает в рабочие камеры. Разность давления в рабочих камерах вызывает вращение наружного и внутреннего ротора. Перфорированные футляры также как и пластины вращаются вместе с ротором и перемещаются в радиальном направлении в его прорезях. Они предназначены для того, чтобы на конечном участке расширения рабочего тела осуществлять работу по принципу турбины трения.
Недостатком данного двигателя является низкая надежность, поскольку высокая температура металла и значительная удельная нагрузка в месте контакта пластин и ротора в прорезях приводит к быстрому износу трущихся поверхностей.
Известен роторный двигатель (патент РФ №2564366), в котором ротор выполнен в виде колеса со спицами и с размещенными в них каналами. Каналы в спицах служат направляющими для лопаток. В двигателе размещено выдвижное устройство, обеспечивающее возвратно- поступательное движение лопаток в каналах. Выдвижное устройство содержит кривошипы, шатуны и коромысло. Имеется также фиксирующее устройство, которое обеспечивает своевременное выдвижение лопаток.
Недостатком двигателя является сложность конструкции и невозможность полного расширения рабочего тела до давления близкого к атмосферному давлению.
Известна роторно-поршневая машина по патенту РФ №2255226, которая имеет корпус с полостью и ротор, в пазах которого размещены пластины. Ось корпуса смещена относительно оси ротора. Радиальное перемещение пластин осуществляется при помощи шарнирного соединения пластины с осью, совпадающей с осью корпуса. Торцы пластин выполнены с таким соотношением между радиусом кривизны и шириной пластины в окружном направлении, которое позволяет перемещаться пластине в корпусе с минимальным зазором между внутренней поверхностью корпуса и конечной частью пластины. Роторно-поршневая машина имеет пластины, относящиеся к компрессорному узлу, и через разделительную стенку на роторе установлены пластины, относящиеся к двигателю. Горючая смесь поступает в рабочие камеры компрессорного узла через впускное отверстие и в рабочих камерах идет процесс сжатия. После сжатия горючая смесь через канал в стенке поступает в рабочую камеру двигателя, где происходит воспламенение и сгорание. Отработавшие газы удаляются в выхлопной канал. Вращение оси, совпадающей с осью корпуса, происходит за счет взаимодействие пластин с ротором в прорезях ротора. Съем мощности осуществляется с ротора. Преимуществом данного изобретения является компактность.
Недостатком данной роторно-поршневой машины является низкая надежность, вызванная трением пластин в пазах ротора двигателя. Именно воздействие пластин на ротор в пазах вынуждает вращаться ротор. Поскольку в рабочей камере происходит сгорание топлива, температура металла в зоне контакта пластин и ротора высока, что приводит к быстрому износу трущихся поверхностей.
Известна роторно-лопастная машина (полезная модель РФ 133563), в которой имеется полый статор с внутренней криволинейной поверхностью. Также имеются боковые стенки с впускными и выпускными каналами. В статоре размещен цилиндрический ротор с образованием двух серповидных рабочих камер и с равномерно расположенными радиальными пазами. В пазах размещены две пары лопастей, также на цилиндрическом роторе дополнительно смонтированы С-образные подвижные толкатели. Концы каждого толкателя находятся в контакте с основаниями соответствующей пары лопастей. Внутренняя криволинейная поверхность статора выполнена таким образом, что при любом угле поворота пары лопастей выполняется соотношение D+S=L1+L2, где D - диаметр цилиндрического ротора; S - максимальная ширина серповидной рабочей камеры; L1 и L2 - расстояния от центра ротора до вершин пары лопастей.
Недостатком данного двигателя является низкая надежность конструкции, поскольку для перемещения лопастей необходим контакт с толкателями. В месте контакта сложно обеспечить смазку поверхностей, что делает работу данной машины в качестве двигателя проблематичной.
За прототип принят роторно-пластинчатый двигатель (патент РФ на полезную модель №168559). Двигатель состоит из корпуса с полостью, в которой размещен наружный ротор с радиальными пазами, пластинами, цилиндрами, поршнями и шатунами. В наружном роторе выполнена полость, в которой размещен внутренний ротор со смещением относительно наружного ротора. Полость в корпусе разделена пластинами на рабочие камеры, которые в совокупности составляют проточную часть двигателя. Радиальные прорези с помещенными в них пластинами размещены между цилиндрами. Данный двигатель работает по циклу газотурбинной установки, что повышает его экономичность.
Недостатком двигателя являются сложность конструкции, поскольку для компрессора применено большое количество поршней, а для двигателя выполнены пластины, размещенные в прорезях между поршнями, что также снижает надежность двигателя
Задачей настоящей полезной модели является создание двигателя, обладающего высокой надежностью и простотой конструкции с сохранением высокой экономичности.
Поставленная задача решается тем, что пластинчатый двигатель состоит из корпуса с полостью, в которую помещен наружный ротор, снабженный радиальными прорезями. В прорезях размещены направляющие элементы и пластины, образующие рабочие камеры переменного объема, сообщающиеся с камерой сгорания. Также в полости наружного ротора размещен внутренний ротор, ось которого параллельна и смещена относительно оси наружного ротора. Компрессорная и двигательная части разделены между собой стенками. Причем, компрессорные части размещены по краям в осевом направлении относительно двигательной части. Размер двигательной части в осевом направлении превышает суммарный размер компрессорных частей. Кроме того, пластины двигательной и компрессорных частей выполнены как единое целое.
На фиг. 1 изображен пластинчатый двигатель.
На фиг. 2 представлено сечение А-А двигательной части.
На фиг. 3 представлено сечение Б-Б компрессорной части.
Пластинчатый двигатель на фиг. 1, 2 и 3 содержит корпус 1, в полости корпуса, размещен наружный ротор 2. В полости 3 наружного ротора размещен внутренний ротор 4. Ось 5 внутреннего ротора выполнена параллельной и со смещением относительно оси 6 наружного ротора. Буквой В обозначено смещение между осями. Наружный и внутренний роторы выполнены общими, как для компрессорных частей, так и для двигательной части. Между компрессорными частями и двигательной частью размещены стенки 7 с уплотнительными элементами 8. Радиальные прорези для пластин 9 выполнены в наружном роторе и делят полость корпуса в окружном направлении на рабочие камеры 10. Как для двигательной части (фиг. 2), так и для компрессорных частей (фиг. 3) применены пластины, которые выполнены как единое целое. Компрессорные части в двигателе размещены по краям в осевом направлении относительно двигательной части. Размер двигательной части в осевом направлении превышает суммарный размер компрессорных частей в осевом направлении. По краям размещены боковые стенки 11 корпуса. Совокупность рабочих камер в зоне расширения образует проточную часть двигателя. Пластины шарнирами 12 соединены с шатунами 13. Радиальные прорези выполнены с возможностью свободного радиального перемещения пластин. Для сохранения герметичности пластин предусмотрены уплотняющие элементы 14. Направляющие элементы 15, способствуют перемещению пластин в радиальном направлении. Свободным концом шатуны для пластин посредством шарнирных соединений 16 прикреплены к внутреннему ротору. В компрессорной части выполнено впускное окно 17 для подвода свежего воздуха в компрессорную часть и выпускное окно 18 для выпуска сжатого воздуха. К каждому выпускному окну присоединен трубопровод сжатого воздуха, к которому присоединен ресивер (трубопровод и ресивер на чертеже не показаны). В выхлопном патрубке 19 размещен регенератор 20, камера сгорания 21 выполнена общей для всех рабочих камер. Для предотвращения утечек из камеры сгорания служат уплотнения 22. Стрелка Т показывает направление движения рабочего тела из камеры сгорания данного двигателя. Стрелка М показывает направление вращения роторов. Наружный и внутренний роторы размещены в корпусе двигателя на подшипниках 23.
Пластинчатый двигатель работает следующим образом. В камере сгорания 21 осуществляется сгорание топлива, рабочее тело поступает по стрелке Т в рабочие камеры 10, размещенные в полости корпуса 1. Разность давлений в рабочих камерах вызывает вращение наружного ротора 2 по стрелке М. Вращение роторов осуществляется благодаря действию пластин 9 на направляющие элементы 15. Поскольку контакт происходит вдали от проточной части, температура в местах контакта сравнительно невысока, что повышает надежность работы двигателя. В результате вращения наружного ротора происходит увеличение объема рабочих камер, и давление в рабочих камерах, снижается. Поскольку размер двигательной части в осевом направлении превышает суммарный размер компрессорных частей, это позволяет расширить рабочее тело до низкого давления. Совокупность всех рабочих камер в зоне расширения рабочего тела составляет проточную часть двигателя. Совокупность всех рабочих камер в зоне сжатия воздуха составляет проточную часть компрессора. Смещение В осевой линии 6 наружного ротора относительно осевой линии 5 внутреннего ротора 4 вынуждает пластины совершать возвратно поступательное движение посредством шатунов 13 и шарнирных соединений 12 шатунов с пластинами, а также с помощью шарнирных соединений 16 шатунов с внутренним ротором. Поступление воздуха в рабочие камеры компрессорной части осуществляется через впускное окно 17 в корпусе. Для отвода сжатого воздуха в компрессорной части выполнено окно 18. Сжатый воздух через трубопровод и ресивер (на чертеже не показаны) поступает в регенератор 20, установленный в выхлопном патрубке 19. Из регенератора воздух поступает в камеру сгорания, куда подается топливо, и продукты сгорания направляются в проточную часть двигателя. Для предотвращения утечек из камеры сгорания служат уплотнения 22, для предотвращения утечек из проточных частей двигателя и компрессора служат уплотнения 14. Для вращения роторов применены подшипники 23.
В пластинчатом двигателе, как и в прототипе, вращение роторов осуществляется за счет давления рабочего тела на пластины. Но в данном двигателе компрессор разделен на две части, которые размещены по краям в осевом направлении относительно двигательной части. В компрессорной и в двигательной части применены пластины, которые работают как единое целое. Это увеличивает надежность и упрощает конструкцию данного двигателя. Кроме того, предусмотрено превышение размеров в осевом направлении двигательной части суммы компрессорных частей. Это позволяет увеличить объем двигательной части относительно суммарного объема компрессорных частей и дает возможность расширить рабочее тело в проточной части двигателя до величины давления близкого к атмосферному давлению. Таким образом, пластинчатый двигатель способен работать по циклу Брайтона, как и газотурбинная установка. В двигателе также возможна установка регенератора для подогрева сжатого воздуха перед камерой сгорания, что повышает экономичность данного двигателя.