РЕАКТИВНО-РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
JET-ROTOR ENGINE

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для привода транспорта, включая автомобильный.
Известны воздушные двигатели, работающие от сжатого воздуха, где рабочий газ, находящийся под давлением, подается в цилиндры. Но такие двигатели ограничены по мощности поршневой системой.
Известны роторно-поршневые двигатели, например, двигатель Ванкеля, недостатком которого является неэкономичность, ограничение мощности поршневой системой [1].
Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является реактивная турбина, описанная в патенте RU 2014477, МКИ 5 F01D 1/18 опубл. 15.06.94, содержащая статор с выходным патрубком, закрепленный на полом валу ротор с размещенными в нем рабочими каналами, периферийную кольцевую полость, соединенную с выходным патрубком. Особенностью изобретения является то, что статор снабжен радиальными отражателями с полостями между ними, а ротор - торцевыми дисками, имеющими сегментные окна с установленными в них межоконными перемычками, соединяющими полости между радиальными отражателями с периферийной кольцевой полостью, причем межоконные перемычки, радиальные отражатели и ротор расположены с образованием замкнутой полости. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком представленного устройства является большой расход рабочего газа, что фактически исключает применение реактивной турбины на автомобильном транспорте.
Технической задачей на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание крутящего момента на приводном валу за счет энергии сжатого воздуха с низким расходом рабочего газа. Для решения поставленной задачи предлагается использовать компактное устройство, конструкция которого позволяет с высокой точностью регулировать подачу рабочего газа.
Технический результат достигается за счет того, что в реактивно-роторном двигателе, содержащем систему заправки топливом, систему подготовки рабочего газа с высоким давлением, систему подачи рабочего газа, ротор на главном валу и статор, ротор снабжен каналами микронного размера для подвода рабочего газа, которые расположены по направлению от центра к периферии с выходом на наружную цилиндрическую поверхность. Главный вал содержит по всей длине цилиндрическую полость, сообщающуюся с каналами, выполненными внутри ротора. Оси каналов дугообразно или прямолинейно расположены под углом к горизонтальному уровню на равном угловом расстоянии друг от друга в поперечной плоскости ротора. Кривизна и направление осей каналов выбираются из условий эффективной работы реактивно-роторного двигателя с наименьшим расходом рабочего газа. Отверстия-выходы равномерно распределены по всей площади наружной цилиндрической поверхности ротора и конструктивно сгруппированы в автономные каскады с возможностью их последовательного включения в работу. По меньшей мере один автономный каскад может содержать отверстия, оси которых направлены в сторону, противоположную направлению вращения ротора. Это позволяет затормаживать вал реактивно-роторного двигателя вплоть до его полной остановки. Дугообразные и прямолинейные каналы при этом могут быть выполнены в виде сопла Лаваля. Одним из вариантов исполнения устройства предусмотрено снабжение двигателя системой управления регулировкой входа-выхода рабочего газа, позволяющей регулировать число оборотов (крутящий момент) ротора. Кроме того, ротор предлагается выполнять сборным, в виде пакета из множества тонких поперечных дисков в форме круговых цилиндров, которые содержат на обеих противолежащих плоскостях оснований канавки, поперечные профили которых имеют форму полукруга и при совмещении на валу соседних дисков образуют каналы микронного размера с внутренней цилиндрической поверхностью. Соответственно крайние в пакете диски содержат канавки только на тех плоскостях оснований, которые сопрягаются с соседними дисками.
Особенности и преимущества настоящего изобретения поясняются графическими материалами, а именно:
на фиг.1 показана кинематическая схема предлагаемого реактивно-роторного двигателя с системой управления регулировкой входа-выхода рабочего газа;
на фиг.2 показан вид А-А сечения ротора реактивно-роторного двигателя;
на фиг.3 показан вид В-В сечения по меньшей мере одного из каскадов ротора с каналами, оси которых направлены в сторону, противоположную направлению вращения вала.
на фиг.4 показано сечение ротора в варианте исполнения каналов с прямолинейными осями;
на фиг.5 показан вид сечения ротора с прямолинейными каналами, которые выполнены в виде сопла Лаваля;
Реактивно-роторный двигатель содержит:
систему заправки топливом, которая включает баллон 1 для сжиженного или твердого газа;
систему подготовки рабочего газа с высоким давлением, включающую нагреватель 2, клапан давления 3, коллектор 4, клапан 5, газосборник 6, клапан 7, систему подачи рабочего газа, включающую газораспределитель 8, клапаны распределения 9, газопровод 10, а также ротор на главном валу 11, опору 12, подшипник 13, монолитный либо дисковый ротор 14, содержащий каналы 15, радиальное отверстие в роторе 16, зазор 17, корпус-статор 18;
систему управления перепадом давления, включающую предохранительный клапан 19, расширительный бак 20, возвратный клапан 21, клапан сброса избыточного давления 22, глушитель 23;
систему передачи крутящего момента ротора, включающую ременную передачу 24, шкив 25, вал-шестерню 26.
При этом каналы 15 микронного размера для подвода рабочего газа расположены по направлению от центра к периферии с выходом на наружную цилиндрическую поверхность. Главный вал 11 содержит по всей длине цилиндрическую полость, сообщающуюся с каналами выполненными внутри ротора. Оси каналов дугообразно (фиг.2) или прямолинейно (фиг.4) расположены под углом к горизонтальному уровню на равном угловом расстоянии друг от друга в поперечной плоскости ротора. Кривизна и направление осей каналов выбираются из условий эффективной работы реактивно-роторного двигателя с наименьшим расходом рабочего газа. Отверстия-выходы равномерно распределены по всей площади наружной цилиндрической поверхности ротора и конструктивно сгруппированы в автономные каскады с возможностью их последовательного включения в работу. По меньшей мере один автономный каскад может содержать отверстия, оси которых направлены в сторону, противоположную направлению вращения ротора (фиг.3). Это позволяет затормаживать главный вал реактивно-роторного двигателя до полной остановки. Дугообразные и прямолинейные каналы при этом могут быть выполнены в виде сопла Лаваля, например, как показано на фиг.5 Одним из вариантов исполнения устройства предусмотрено снабжение двигателя системой управления регулировкой входа-выхода рабочего газа, позволяющей регулировать число оборотов (крутящий момент) ротора.
Система управления представляет собой двухступенчатую гидравлическую коробку передач 27, содержащую карданный вал 28, гидронасос 29, клапан 30, гидроемкость главной передачи 31, ведущий винт-шестерню 32, ведомый винт-шестерню 33, клапан 34, гидроемкость заднего хода 35, ведущий винт-шестерню заднего хода 36, ведомый винт-шестерню заднего хода 37, систему управления, содержащую силовой блок 38, гидроцилиндр высокого давления 39, клапан главной передачи 40, клапан заднего хода 41.
Кроме того, ротор предлагается выполнять сборным, в виде пакета из множества тонких поперечных дисков в форме круговых цилиндров, которые содержат на обеих противолежащих плоскостях оснований канавки, поперечные профили которых имеют форму полукруга и при совмещении соседних дисков на полом валу образуют каналы микронного размера с внутренней цилиндрической поверхностью. Крайние в пакете диски содержат канавки соответственно только на тех плоскостях оснований, которые сопрягаются с соседними дисками (фиг.1).
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Баллон 1 заполняется газом, находящимся в жидком или твердом состоянии. В баллон встроен электронагреватель 2, с помощью которого газ переходит в баллоне в газообразное состояние с повышением давления до 100 атм. Через клапан 3 газ подается в коллектор 4, где давление газа повышается электронагревателем до 150-200 атм. Через клапан 5 газ под высоким давлением подается в газосборник 6, откуда рабочий газ переходит через клапан 7 в газораспределитель 8. Через систему клапанов распределения 9 рабочий газ по газопроводам 10 поступает в полый главный вал 11 с распределением по каскадам каналов 15 ротора 14, который на подшипниках 12 свободно вращается на главном валу. Из пазов рабочий газ заходит в спиральные или прямоточные полости 16. Скоростной газовый поток, вырываясь из сопла в узкую щель-зазор 17 между ротором и корпусом-статором 18, создает реактивную силовую отдачу на ротор, который, получив силовой импульс, начинает вращаться на главном валу. Крутящий момент ротора повышается при последовательном включении в «работу» всего каскада отверстий и увеличения числа оборотов ротора, которые регулируются клапаном управления перепадом давления 19. При выходе отработанный рабочий газ поступает в газовый баллон 20. Если газ в данном баллоне имеет достаточное рабочее давление, то через возвратный клапан 21, газ возвращается в газосборник. Если давление газа низкое, то через клапан 22 газ поступает в глушитель 23 и затем выходит в атмосферу. С помощью ременной передачи 24 вращение от ротора передается на шкив 25 и вал-шестерню 26, с которого крутящий момент передается через двухступенчатую гидрокоробку передач 27 на карданный вал 28.
Двухступенчатая гидрокоробка передач работает следующим образом.
Гидрожидкость с помощью гидронасоса 29 подается через клапан 30 в гидроемкость главной передачи 31, тем самым в емкости создается определенное давление для передачи крутящего момента с ведущего винта-шестерни 32, находящегося в зубчатом зацеплении с валом-шестерней, через жидкость на ведомый винт-шестерню 33, находящийся в зацеплении с карданным валом.
Для осуществления заднего хода гидрожидкость с помощью насоса через клапан 34 подается в гидроемкость заднего хода 35, где создается определенное давление, способное передать крутящий момент с ведущего винта-шестерни заднего хода 36 на ведомый винт-шестерню заднего хода 37 и затем на карданный вал.
Силовой блок 38 системы управления с помощью гидроцилиндра высокого давления 39 через клапаны 40 и 41 позволяет в емкости главной передачи и емкости заднего хода попеременно создавать высокое давление, с помощью которого регулируется крутящий момент на выходе из двухступенчатой гидрокоробки передач.
Источники информации
1. Л.Эллиот, У.Уилкокс. Физика. Разд. «Сжатие и расширение газов. Давление газов. Паро-газотурбинные двигатели.» М., Изд. «Наука», 1975 г.