RU2014495C1 - Toroidal cylinder steam engine - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: rotary wall with a drive is mounted for periodical cylinder movement and is made in the form of a cylindrical flap with a profile hollow, the flap has two-stage journals. The journals are mounted in side walls of a toroidal cylinder for rotation by a crank mounted on one of the journals. The journals are turned into a position providing free passing of a piston by a cam fastened to a power take-off shaft of the engine, and a position providing parting of the cylinder into an expansion chamber and a discharge cavity - under the action of a spring. The piston bottom is made in the form of a wedge and has heat accumulators opposite to which water sprayers are mounted in the cylinder. The cylinder inlet port is connected to a steam generator through a disk spool. A seal device is mounted between the spool and the steam generator. The device has a spring-loaded drum, a bell fastened to the steam generator pipe. The discharge port of the cylinder communicates with a steam condenser located opposite to a fan. EFFECT: improved structure. 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building.

Известна поршневая машина, содержащая корпус с тороидальной камерой и патрубками подвода и отвода агента, поршни, установленные на соосных валах, имеющих пальцы эксцентрично и параллельно оси вращения выходного вала, жестко закрепленные на этих валах, при этом поршни размещены в камере с образованием рабочих камер, выходной вал с механизмом неравномерного вращения поршней, включающий жестко связанное с выходным валом водило и закрепленное на последнем с возможностью взаимодействия между собой зубчатые элементы, выполненные в виде секторов с направляющими пазами, кинематически связанные с соосными валами, и устройство принудительного поворота зубчатого элемента. A piston machine is known, comprising a housing with a toroidal chamber and agent supply and outlet pipes, pistons mounted on coaxial shafts having fingers eccentrically and parallel to the axis of rotation of the output shaft, rigidly fixed to these shafts, while the pistons are placed in the chamber to form working chambers, output shaft with a mechanism for uneven rotation of the pistons, including a carrier rigidly connected to the output shaft and fixed on the latter with the possibility of interaction between each other gear elements made in the form of sects ores with guide grooves, kinematically connected with the coaxial shafts, and a device for forcing the rotation of the gear element.

Недостатком поршневой машины является то, что при неравномерном перемещении поршней возникают силы инерции, создающие колебательные движения, вызывающие нарушение плотности соединения отдельных частей машины, а значит малую эксплуатационную надежность. The disadvantage of a piston machine is that when the pistons are not uniformly moved, inertia forces arise, which create oscillatory movements that cause a violation of the density of the connection of individual parts of the machine, which means low operational reliability.

Наиболее близким к изобретению является известный двигатель с тороидальным цилиндром, составленный из расширительной машины и компрессора, которые по конструкции идентичны и каждый агрегат содержит корпус, общий вал отбора мощности, ротор, закрепленный на валу отбора мощности, поршень, взаимосвязанный с ротором, тороидальный цилиндр, в кольцевом пространстве которого перемещается поршень, поворотную стенку, периодически перегораживающую тороидальный цилиндр, при этом поворотная стенка по форме диска, выходящего за пределы тороидального цилиндра, и диск имеют фигурный вырез для прохода поршнем места установки диска и привод поворотной стенки, причем в тороидальном цилиндре расширительной машины установлена свеча зажигания горючей смеси, а в обоих агрегатах выполнены впускное и выпускное окна и выпускное окно компрессора соединено с впускным окном расширительной машины посредством канала, в котором установлены золотники. Closest to the invention is a known engine with a toroidal cylinder, composed of an expansion machine and compressor, which are identical in design and each unit contains a housing, a common power take-off shaft, a rotor mounted on a power take-off shaft, a piston interconnected with the rotor, a toroidal cylinder, in the annular space of which the piston moves, a pivoting wall periodically blocking the toroidal cylinder, while the pivoting wall is shaped like a disk that extends beyond the toroidal of the second cylinder and the disk have a figured cut-out for the piston to pass the disk installation site and the drive of the rotary wall, and in the toroidal cylinder of the expansion machine there is a spark plug for the combustible mixture, and inlet and outlet windows are made in both units and the exhaust window of the compressor is connected to the inlet window of the expansion machine through the channel in which the spools are installed.

Горючая смесь поступает в компрессор, сжимается при перегороженном цилиндре, потом по каналу поступает в расширительную машину тогда, когда ее тороидальный цилиндр перегорожен. Свеча зажигает горючую смесь и расширяющиеся продукты сгорания перемещают поршень до выпускного окна, через которое отработавшие продукты выходят в атмосферу. The combustible mixture enters the compressor, is compressed when the cylinder is blocked, then through the channel it enters the expansion machine when its toroidal cylinder is blocked. The candle ignites the combustible mixture and expanding combustion products move the piston to the exhaust window, through which the exhaust products enter the atmosphere.

Недостатком этого двигателя является то, что выступающие за габариты тороидального цилиндра поворотные стенки в виде дисков увеличивают общий габарит двигателя, а во время работы вследствие непрерывного движения поршня только в одном направлении постоянно увеличивается объем камеры сгорания при заполнении ее горючей смесью, так и при сгорании этой смеси и за счет этого создаются плохие условия для термодинамического процесса, сопровождающиеся повышением токсичности отработавших продуктов и высоким уровнем аэродинамического шума. The disadvantage of this engine is that the rotary walls in the form of disks protruding beyond the dimensions of the toroidal cylinder increase the overall size of the engine, and during operation, due to the continuous movement of the piston in only one direction, the volume of the combustion chamber constantly increases when filling it with a combustible mixture, and this mixtures and due to this, poor conditions are created for the thermodynamic process, accompanied by an increase in the toxicity of the exhaust products and a high level of aerodynamic noise.

Целью изобретения является уменьшение габаритов двигателя, снижение количества выброса вредных токсических веществ с отработавшими продуктами и снижение их уровня аэродинамического шума. The aim of the invention is to reduce the size of the engine, reducing the amount of emission of harmful toxic substances with spent products and reducing their level of aerodynamic noise.

Это достигается тем, что поворотная стенка, установленная внутри рабочей полости тороидального цилиндра, выполнена в форме цилиндрической заслонки с профилированной выемкой, снабженной двухступенчатыми цапфами, установленными в боковых стенках тороидального цилиндра с возможностью поворота посредством кривошипа, установленного на одной из цапф и под действием кулачка, закрепленного на валу отбора мощности двигателя, в положение, обеспечивающее свободный проход поршня, а под действием пружины - поворот в положение, обеспечивающее разделение тороидального цилиндра на камеру расширения и полость выпуска. На цилиндрической части поворотной стенки выполнены проточки, в которых на днище установлены уплотнительные кольца. Днище поршня выполнено по форме клина и снабжено тепловыми аккумуляторами, напротив которых в тороидальном цилиндре установлены распылители воды, соединенные через запорный кран и подпружиненный клапан с бачком избыточного давления. Впускное окно тороидального цилиндра посредством дискового золотника сообщено с парогенератором, а между золотником и парогенератором установлено уплотнительное устройство, включающее подпружиненный барабан, взаимодействующий дном с дисковым золотником и имеющий на цилиндрической части проточки для установки уплотнительных колец, а также закрепленный на трубе парогенератора раструб, охватывающий цилиндрическойт поверхностью уплотнительные кольца барабана. This is achieved by the fact that the rotary wall installed inside the working cavity of the toroidal cylinder is made in the form of a cylindrical shutter with a profiled recess equipped with two-stage pins installed in the side walls of the toroidal cylinder with the possibility of rotation by means of a crank mounted on one of the pins and under the action of a cam, fixed to the engine power take-off shaft, to a position that provides free passage of the piston, and under the action of a spring, a rotation to a position that provides dividing the toroidal cylinder into the expansion chamber and the exhaust cavity. Grooves are made on the cylindrical part of the rotary wall, in which sealing rings are installed on the bottom. The piston bottom is made in the shape of a wedge and is equipped with heat accumulators, opposite which water sprayers are installed in the toroidal cylinder, connected through a shut-off valve and a spring-loaded valve to an overpressure tank. The inlet window of the toroidal cylinder is connected to the steam generator by means of a disk spool, and a sealing device is installed between the valve and the steam generator, including a spring-loaded drum interacting with the bottom with the disk spool and having grooves on the cylindrical part for installing the sealing rings, as well as a bell fixed to the steam generator pipe, covering the cylindrical surface sealing rings of the drum.

Выпускное окно тороидального цилиндра посредством трубопровода сообщено с конденсатором пара, расположенным напротив вентилятора, при этом конденсатор снабжен водосборником и насосом, подключенными через фильтр к основному водяному баку, сообщенному посредством нагнетательного насоса с бачком избыточного давления. The outlet window of the toroidal cylinder is connected via a pipeline to a steam condenser located opposite the fan, while the condenser is equipped with a water collector and a pump connected through a filter to the main water tank communicated by means of a discharge pump with an overpressure tank.

Количество пара, поступающего в двигатель, изменяется краном подачи воды к распылителям двигателя и парогенератора, а также реостатом, регулирующим ток к тепловым аккумуляторам. The amount of steam entering the engine is changed by a tap for supplying water to the atomizers of the engine and the steam generator, as well as a rheostat that regulates the current to the heat accumulators.

На фиг.1 показан вид снизу парового двигателя с тороидальным цилиндром со всеми приборами, обеспечивающими его работу; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - узел I на фиг.1; на фиг.4 - узел II на фиг.1; на фиг.5 - узел III на фиг.2; на фиг.6 - прямоугольная изометрическая проекция поворотной стенки в форме цилиндрической заслонки с профилированной выемкой. Figure 1 shows a bottom view of a steam engine with a toroidal cylinder with all the instruments ensuring its operation; figure 2 - section aa in fig. 1; figure 3 - node I in figure 1; figure 4 - node II in figure 1; figure 5 - node III in figure 2; Fig.6 is a rectangular isometric projection of the rotary wall in the form of a cylindrical valve with a profiled recess.

Паровой двигатель с тороидальным цилиндром устроен следующим образом. A steam engine with a toroidal cylinder is arranged as follows.

Корпус двигателя составлен из главного диска с внутренним приливом 1 для подшипников вала 2 отбора мощности и с наружным приливом 3, к которому крепится кольцо 4, а к последнему прикреплен съемный диск 5, имеющий внутренний прилив для подшипников вала 2. В наружном приливе 3 главного диска и в кольце 4 выполнена рабочая полость тороидального цилиндра 6. The motor housing is composed of a main disk with an internal tide 1 for bearings of the PTO shaft 2 and with an external tide 3 to which the ring 4 is attached, and a removable disk 5 having an internal tide for the bearings of the shaft 2 is attached to the latter. In the external tide 3 of the main disk and in the ring 4 the working cavity of the toroidal cylinder 6 is made.

Такая конструкция корпуса двигателя необходима для того, чтобы удобно было производить обработку рабочей поверхности внутри тороидального цилиндра 6, а также можно было бы установить внутрь цилиндра ряд деталей, например поворотную стенку 7, выполненную по форме цилиндрической заслонки с профилированной выемкой, снабженной двухступенчатыми цапфами 8. При этом ось вращения цапф 8 перекрещивается с продольной осью тороидального цилиндра, а профилированная выемка удалена от оси вращения цапф 8 на величину, равную половине диаметра сечения тора. This design of the engine casing is necessary in order to conveniently process the working surface inside the toroidal cylinder 6, and also it would be possible to install a number of parts inside the cylinder, for example, a rotary wall 7 made in the shape of a cylindrical shutter with a profiled recess equipped with two-stage pins 8. The axis of rotation of the pins 8 intersects with the longitudinal axis of the toroidal cylinder, and the profiled recess is removed from the axis of rotation of the pins 8 by an amount equal to half the diameter of the section Torah.

Цапфы 8 опираются на втулки, запрессованные в боковые отверстия тороидального цилиндра 6. Оси цапф немного не совпадают с осевой линией тороидального цилиндра. Это выполнено для того, чтобы после перегораживания цилиндра поворотная стенка 7 под давлением пара оставалась в необходимом положении. Кроме того, достигается плотное прилегание поворотной стенки к тороидальному цилиндру. The pins 8 are supported by bushings pressed into the side openings of the toroidal cylinder 6. The axles of the pins do not slightly coincide with the axial line of the toroidal cylinder. This is done so that after blocking the cylinder, the rotary wall 7 under steam pressure remains in the required position. In addition, a snug fit of the rotary wall to the toroidal cylinder is achieved.

На цилиндрической части каждой поворотной стенки 7, т.е. на той части, которая прилегает к рабочей поверхности тороидального цилиндра, выполнены проточки для уплотнительных колец 9, а на днище этой части закреплены кольцевой гайкой с внутренним выступом тепловые аккумуляторы 10 и каждый из них содержит керамические электроизоляторы 11, в которых выполнены проходы для электронагревательного элемента 12 и кожух 13, охватывающий керамические электроизоляторы так, чтобы он не допускал попадание воды на электроизоляторы. Кожух 13 изготовлен из высокотеплопроводного неподвергающегося окислению от контакта с водой материала. Наиболее приемлемым является серебро. On the cylindrical part of each pivot wall 7, i.e. grooves for sealing rings 9 are made on the part adjacent to the working surface of the toroidal cylinder, and heat accumulators 10 are fixed on the bottom of this part with an annular nut with an internal protrusion and each of them contains ceramic electrical insulators 11 in which passages for the electric heating element 12 are made and a casing 13 covering ceramic electrical insulators so that it does not allow water to enter the electrical insulators. The casing 13 is made of highly thermally conductive non-oxidizable material from contact with water. The most acceptable is silver.

Одна из цапф поворотной стенки имеет кривошип 14, взаимосвязанный со штангой 15, которую в исходном положении удерживает возвратная пружина 16. Штанга 15 взаимодействует с толкателем 17, на который периодически воздействует кулачок 18, закрепленный на валу 2. Посредством кулачка 18 и толкателя 17 с его штангой 15 поворотная стенка 7 может занимать одно из двух положений: горизонтальное, при котором профилированная поверхность поворотной стенки сливается с поверхностью цилиндра, образуя непрерывную цилиндрическую поверхность, и вертикальное, при котором тороидальный цилиндр разделяется на две полости - камеру расширения 19 и полость выпуска 20. One of the pivots of the pivot wall has a crank 14, interconnected with the rod 15, which is held in the initial position by the return spring 16. The rod 15 interacts with the pusher 17, which is periodically acted upon by a cam 18, mounted on the shaft 2. By means of the cam 18 and pusher 17 with it rod 15, the rotary wall 7 can occupy one of two positions: horizontal, in which the profiled surface of the rotary wall merges with the surface of the cylinder, forming a continuous cylindrical surface, and vertical, at otorom the toroidal cylinder is divided into two cavities - the expansion chamber 19 and the exhaust cavity 20.

В тороидальном цилиндре 6 перемещаются два поршня 21, взаимосвязанные с ротором 22, имеющим на его цилиндрической части кольцевой выступ, входящий в пространство между приливом 3 главного диска и кольца 4. Поршни 21 крепятся к кольцевому выступу ротора посредством соединительного элемента 23 по форме топора и пальца 24, ввернутого в поршень 21, после чего палец 24 стопорится пружинным кольцом. Соединительный элемент 23 запрессован в кольцевой выступ ротора 22 и прикреплен к нему. Днище 25 каждого поршня 21 выполнено по форме клина с целью получить наименьший первоначальный объем камеры расширения 19, образующейся между днищем поршня и поворотной стенкой 7. На днище 25 установлены тепловые аккумуляторы 10 такие же как на поворотной стенке 7. На цилиндрической части поршня 21 выполнен кольцевой выступ и ниже его обработанная цилиндрическая поверхность, на которой установлен пакет уплотнительных колец 26. Грузик 27, поворачивающийся на оси от центробежных сил, хвостовиком через упорную пластину прижимает пакет колец 26 к кольцевому выступу поршня, не допуская перемещение колец от действия центробежных сил, предотвращая ускоренный их износ. Two pistons 21 are moved in the toroidal cylinder 6, interconnected with the rotor 22, having an annular protrusion on its cylindrical part that enters the space between the tide 3 of the main disk and the ring 4. The pistons 21 are attached to the annular protrusion of the rotor by means of a connecting element 23 in the shape of an ax and a finger 24, screwed into the piston 21, after which the pin 24 is locked by a spring ring. The connecting element 23 is pressed into the annular protrusion of the rotor 22 and attached to it. The bottom 25 of each piston 21 is made in the shape of a wedge in order to obtain the smallest initial volume of the expansion chamber 19 formed between the piston bottom and the pivot wall 7. Thermal accumulators 10 are installed on the bottom 25 and are the same as on the pivot wall 7. On the cylindrical part of the piston 21 there is an annular the protrusion and below it is the machined cylindrical surface on which the pack of o-rings 26 is mounted. The weight 27, which rotates on the axis from centrifugal forces, presses the pack of rings 26 against the counters through the thrust plate tsevomu ledge of the piston, preventing the movement of the rings from the centrifugal force to prevent accelerated wear.

Цилиндрическая часть вращающегося ротора 22 и неподвижная внутренняя цилиндрическая поверхность, выполненная под тороидальным цилиндром 6, уплотнены следующим образом. На боковые поверхности кольцевого выступа ротора 22 наложен или установлен материал, подобный эластомеру. По обе стороны от кольцевого выступа на цилиндрической части ротора 22 выполнены кольцевые проточки для колец 28, которые, взаимодействуя с цилиндрической поверхностью под тороидальным цилиндром, не допускают выход пара из рабочей полости тороидального цилиндра в атмосферу. Эту роль выполняет также уплотнительный материал, подобный эластомеру, наложенный на боковые части кольцевого выступа ротора 22, и соприкасающиеся с ним стенки прилива 3 главного диска и кольца 4. The cylindrical part of the rotating rotor 22 and the stationary inner cylindrical surface, made under the toroidal cylinder 6, are sealed as follows. A material similar to an elastomer is superimposed or mounted on the side surfaces of the annular protrusion of the rotor 22. On both sides of the annular protrusion on the cylindrical part of the rotor 22 are made annular grooves for rings 28, which, interacting with the cylindrical surface under the toroidal cylinder, do not allow steam to escape from the working cavity of the toroidal cylinder into the atmosphere. This role is also played by a sealing material, similar to an elastomer, superimposed on the side parts of the annular protrusion of the rotor 22, and the adjacent tide walls 3 of the main disk and the ring 4.

В камере расширения 19, вблизи поворотной стенки 7, установлены распылители 29, дробящие воду на мелкие капли, выбрасываемые на тепловые аккумуляторы 10 поворотной стенки 7 и днища 25 поршней 21. Вода к распылителям подводится из закрытого со всех сторон бачка 30 с избыточным давлением. Бачок 30 сообщен с распылителями 29 через водяной запорный кран 31 и подпружиненный клапан 32, взаимосвязанный с коромыслом 33, второй конец которого соединен со стойкой 34. Средняя часть коромысла шарнирно взаимосвязана с подпружиненной штангой 35, взаимодействующей с толкателем 36, который получает движение от кулачка, закрепленного на валу 2 отбора мощности. In the expansion chamber 19, near the rotary wall 7, there are sprayers 29 that crush water into small droplets that are discharged to the heat accumulators 10 of the rotary wall 7 and the bottom 25 of the pistons 21. Water is supplied to the sprayers from an overpressure tank 30 closed on all sides. The tank 30 is in communication with the nozzles 29 through a water shut-off valve 31 and a spring-loaded valve 32, interconnected with the beam 33, the second end of which is connected to the strut 34. The middle part of the beam is pivotally interconnected with the spring rod 35, interacting with the pusher 36, which receives movement from the cam, mounted on the shaft 2 power take-off.

В бачке 30 создается постоянно избыточное давление нагнетательным насосом 37, забирающим воду из основного бака 38, закрытого пробкой. In the tank 30 is constantly created overpressure by a discharge pump 37, which takes water from the main tank 38, closed by a stopper.

Рядом с тороидальным цилиндром 6 установлены парогенераторы 39, из которых через окна 40 по трубам 41 поступает пар в тороидальный цилиндр 6. Steam generators 39 are installed near the toroidal cylinder 6, of which steam enters the toroidal cylinder 6 through the windows 40 through pipes 41.

Для предотвращения утечки пара между тороидальным цилиндром 6 и каждым парогенератором 39 установлено уплотнительное устройство, содержащее подпружиненный барабан 42, взаимодействующий дном с дисковым золотником 43, закрепленным на валу 2 отбора мощности, и раструб 44 с обработанной внутренней поверхностью, которой он взаимодействует с уплотнительными кольцами 45, установленными в проточках барабана 42. Раструб 44 навинчен на трубу 41, прикрепленную к парогенератору 39, и законтрагаен. В подпружиненном барабане 42 выполнен круглый канал, а в золотнике 43 - канал по форме эллипса. To prevent steam leakage between the toroidal cylinder 6 and each steam generator 39, a sealing device is installed, comprising a spring-loaded drum 42, interacting with the bottom with a disk valve 43 mounted on the power take-off shaft 2, and a bell 44 with a machined inner surface that interacts with the sealing rings 45 installed in the grooves of the drum 42. The bell 44 is screwed onto the pipe 41 attached to the steam generator 39 and locked. A circular channel is made in the spring-loaded drum 42, and an ellipse-shaped channel in the spool 43.

В парогенераторах 39 использован эффект мгновенного испарения воды, выбрасываемой на высоко разогретые тепловые аккумуляторы, выполненные в виде колец, закрепленных внутри парогенератора. При этом вода выбрасывается мелкими каплями из форсунок, закрепленных на заглушенной с одного конца трубки, установленной на оси паровой камеры парогенератора с возможностью вращения с постоянной скоростью, а второй конец этой трубки сообщен через водяной кран 31 с бачком 30 избыточного давления. Тепловые аккумуляторы 10 поворотных стенок 7 и днищ 25 поршней 21, а также парогенераторов 39 питаются током от электрогенератора 46. In the steam generators 39, the effect of instantaneous evaporation of water discharged onto highly heated thermal accumulators made in the form of rings fixed inside the steam generator was used. In this case, water is ejected in small droplets from nozzles fixed on the tube muffled from one end and mounted on the axis of the steam chamber of the steam generator with the possibility of rotation at a constant speed, and the second end of this tube is communicated through a water tap 31 with an overpressure tank 30. Thermal accumulators 10 of the rotary walls 7 and the bottoms 25 of the pistons 21, as well as the steam generators 39 are supplied with current from the electric generator 46.

Электрический ток от электрогенератора 46 через токосъемное кольцо на валу 2 (не показано) поступает к тепловым аккумуляторам днищ 25 поршней 21 по проводам, проложенным в сверлениях 47 ротора 22 и сверлениях в поршне 21. К тепловым аккумуляторам поворотных стенок 7 ток поступает по проводам, проложенным в сверлениях 48 и 49 в поворотных стенках. К парогенераторам 39 ток подводится по отдельным проводам. The electric current from the generator 46 through the slip ring on the shaft 2 (not shown) is supplied to the heat accumulators of the bottoms 25 of the pistons 21 through the wires laid in the holes 47 of the rotor 22 and the holes in the piston 21. The current flows to the heat accumulators of the rotary walls 7 through the wires laid in drillings 48 and 49 in the rotary walls. To the steam generators 39, the current is supplied through separate wires.

Отработавший пар из тороидального цилиндра через выпускное окно 50 (их два в тороидальном цилиндре) и по трубам 51 отводится в конденсатор 52 в виде радиатора, охлаждаемого вентилятором 53. The exhaust steam from the toroidal cylinder through the outlet port 50 (there are two of them in the toroidal cylinder) and through pipes 51 is discharged into the condenser 52 in the form of a radiator cooled by a fan 53.

Водяной конденсат накапливается в водосборнике 54, откуда по трубе 55 и очиститель 56, очищающий воду от масла и механических примесей, откачивается насосом 57 в основной водяной бак 38. Water condensate accumulates in the water collector 54, from where the purifier 56, which purifies water from oil and mechanical impurities, is pumped through a pipe 55 and pumped into the main water tank 38 by a pump 57.

Составной корпус тороидального цилиндра, электрогенератор 46 и конденсатор 52 крепятся на раме транспортного средства через упругие элементы болтами, ввинченными в бобышки 58, которые имеют указанные агрегаты, а парогенераторы 39 крепятся к корпусу двигателя к его кольцу 3 главного диска скобой 59. Двигатель закрыт кожухом 60. The composite body of the toroidal cylinder, the electric generator 46 and the capacitor 52 are mounted on the vehicle frame through elastic elements with bolts screwed into the bosses 58, which have these units, and the steam generators 39 are attached to the engine case to its ring 3 of the main disk by a bracket 59. The engine is closed by a casing 60 .

Для выпуска конденсата из парогенераторов 39 предусмотрен краник 61, соединенный трубкой 62 с водосборником 54. To drain the condensate from the steam generators 39, a faucet 61 is provided, connected by a pipe 62 to the water collector 54.

Работает паровой двигатель с тороидальным цилиндром следующим образом. A steam engine with a toroidal cylinder operates as follows.

В двигателях внутреннего сгорания для перемещения поршня в цилиндре двигателя используют эффект взрыва, возникающего от мгновенного сгорания топливовоздушной смеси. В предлагаемом паровом двигателе также для перемещения поршня в тороидальном цилиндре используется эффект взрыва, возникающий от мгновенного испарения мелких капель воды, попадающей на высокоразогретую поверхность тепловых аккумуляторов. In internal combustion engines, the explosion effect arising from the instantaneous combustion of an air-fuel mixture is used to move the piston in the engine cylinder. In the proposed steam engine, an explosion effect is also used to move the piston in the toroidal cylinder, which arises from the instantaneous evaporation of small drops of water falling onto the highly heated surface of the heat accumulators.

Для нормальной работы парового двигателя с тороидальным цилиндром необходимо применять дождевую воду, хорошо очищенную от минеральных и механических примесей, а еще лучше - дистиллированную воду. For normal operation of a steam engine with a toroidal cylinder, it is necessary to use rainwater that is well purified from mineral and mechanical impurities, and even better - distilled water.

После выпуска конденсата из парогенераторов краником 61, током от батарей аккумуляторов, заряжаемых электрогенератором 46, разогревают тепловые аккумуляторы парогенераторов 39 и несколько позже поворотных стенок 7 и днищ 25 поршней 21. Затем включают механизм вращения в парогенераторе 39 центральной трубки с распылителями, открывают запорный кран 31, соединяющий бачок 30 избыточного давления с распылителями парогенераторов 39 и подпружиненным клапаном 32. After condensate is discharged from the steam generators by the tap 61, the current from the battery of the batteries charged by the electric generator 46 is heated, the heat accumulators of the steam generators 39 and somewhat later of the rotary walls 7 and the bottoms 25 of the pistons 21 are heated. Then, the rotation mechanism in the central generator 39 of the tube with sprayers is turned on, the shut-off valve 31 connecting the tank 30 overpressure with the atomizers of the steam generators 39 and a spring-loaded valve 32.

Когда по показаниям манометров в парогенераторах давление пара достигнет нормальной величины, тогда поворачивают ротор 22 в направлении, соответствующем вращению его при работе двигателя, и если поршни прошли место установки поворотных стенок 7, последние под действием штанг 15, опускаемых пружинами 16, займут положение, при котором перегородят тороидальный цилиндр 6, образуя между каждой поворотной стенкой 7 и каждым днищем 25 поршней 21 начальную камеру расширения малого объема, а по другую сторону поршня 21 - полость выпуска 20. В этот момент или немного раньше на очень малый промежуток времени для каждой половины двигателя кулачок на валу 2 отбора мощности набегает на толкатель 36, с помощью штанги 35 и коромысла 33 открывается клапан 32 на короткое время. Вода из бачка 30 избыточного давления через запорный кран 31 и клапан 32 через распылители 29 выбрасывается мелкими каплями на тепловые аккумуляторы 10 поворотных стенок 7 и днищ 25 поршней 21. Образовавшийся пар толкает поршни. Подача воды к клапану 32 прекращается, но в это время золотник 43 сообщает на небольшой промежуток времени впускное окно 40 тороидального цилиндра с парогенератором 39, из которого пар поступает в камеру расширения 19. Дополнительный пар воздействует на поршни 21 и перемещает их. Поршни 21, взаимосвязанные с ротором 22, заставляют его вращаться, а ротор 22 заставляет вращаться вал 2 отбора мощности, т.е. на выходном конце вала 2 отбора мощности можно получить полезную работу. When, according to the pressure gauges of the steam generators, the steam pressure reaches a normal value, then the rotor 22 is turned in the direction corresponding to its rotation during engine operation, and if the pistons have passed the installation site of the rotary walls 7, the latter will take the position under the action of the rods 15 lowered by the springs 16, at which will block the toroidal cylinder 6, forming between each pivoting wall 7 and each piston bottom 25 21 an initial expansion chamber of small volume, and an exhaust cavity 20 on the other side of the piston 21. At this moment, whether a little earlier for a very small period of time for each half of the engine, the cam on the power take-off shaft 2 runs on the pusher 36, using the rod 35 and rocker 33, the valve 32 opens for a short time. Water from the overpressure tank 30 through the shut-off valve 31 and the valve 32 through the nozzles 29 is ejected in small droplets onto the heat accumulators 10 of the rotary walls 7 and the bottoms 25 of the pistons 21. The resulting steam pushes the pistons. The water supply to the valve 32 is stopped, but at this time the valve 43 informs for a short period of time the inlet window 40 of the toroidal cylinder with a steam generator 39, from which steam enters the expansion chamber 19. Additional steam acts on the pistons 21 and moves them. Pistons 21, interconnected with the rotor 22, make it rotate, and the rotor 22 makes the PTO shaft 2 rotate, i.e. useful output can be obtained at the output end of the power take-off shaft 2.

Длительность открытого положения золотника 43 надо определить опытным путем. The duration of the open position of the spool 43 must be determined empirically.

Расширяющийся пар толкает поршни 21 до выпускных окон 50 и его давление снижается до давления, близкого к атмосферному. Это возможно лишь потому, что сила давления пара на поршни 21 действует на большом плече, равном среднему диаметру кольца тороидального цилиндра, поэтому даже при малом удельном давлении пара можно получить довольно большой крутящий момент, что говорит о том, что при малых габаритах двигатель имеет большую мощность. The expanding steam pushes the pistons 21 to the exhaust ports 50 and its pressure decreases to a pressure close to atmospheric. This is possible only because the pressure force of the steam on the pistons 21 acts on the large arm equal to the average diameter of the ring of the toroidal cylinder, therefore, even with a small specific pressure of the steam, a rather large torque can be obtained, which indicates that the engine has a large size power.

Отработавший пар из полости выпуска 20 выходит под собственным давлением, а потом под действием тыльной стороны поршня 21 и по трубе 51 поступает в конденсаторы 52, где по трубкам конденсатора растекается на отдельные струи, охлаждаемые вентилятором 53, и преобразуются в воду, накапливающуюся в водосборнике 54. Из водосборника 54 вода насосом 57 откачивается в основной водяной бак 38, а из него нагнетательным насосом 37 нагнетается в бачок 30, из которого поступает вновь к распылителям 29, откуда мелкими каплями падает на разогретые тепловые аккумуляторы 10 поворотных стенок 7, днищ 25 поршней 21 и парогенераторов 39. The exhaust steam from the exhaust cavity 20 exits under its own pressure, and then under the action of the back of the piston 21 and through the pipe 51 it enters the condensers 52, where it flows through the condenser tubes into separate jets cooled by the fan 53 and converted into water that accumulates in the water collector 54 . From the reservoir 54, water is pumped out by pump 57 into the main water tank 38, and from it is pumped into the tank 30 by the injection pump 37, from which it again flows to the atomizers 29, from where it drops onto the heated heat accumulators in small drops The holes 10 of the rotary walls 7, the bottoms 25 of the pistons 21 and the steam generators 39.

Поворотные стенки 7 поворачиваются в одно из положений за время поворота ротора на 30^о или 1/12 его поворота. Это время зависит от частоты вращения вала 2 двигателя. Так, например, при частоте вращения вала, равном 1000 об/мин время поворота стенки 7 равно 0,005 с; при 1500 об/мин - 0,003 с; при 2000 об/мин - 0,0025 с.The rotary walls 7 are rotated in one of the positions during the rotation of the rotor by 30 ^about or 1/12 of its rotation. This time depends on the speed of the shaft 2 of the engine. So, for example, with a shaft rotation frequency of 1000 rpm, the rotation time of the wall 7 is 0.005 s; at 1500 rpm - 0.003 s; at 2000 rpm - 0.0025 s.

Если сравнить время одного хода поршня в двигателе с кривошипно-шатунным механизмом, это будет выглядеть так: при частоте вращения вала двигателя 6000 об/мин время перемещения поршня за один ход равно 0,005 с, а при частоте вращения 13000 об/мин - 0,0025 с, т.е. возможность применения поворотной стенки внутри тороидального цилиндра доказана. В Японии на гоночном автомобиле установлен двигатель с кривошипно-шатунным механизмом, вал которого имеет частоту вращения 13000 об/мин (см. журнал "Автомобильная промышленность США", 1989, N 6, с.32). В Японии был построен опытный двигатель с дисковым золотником. Частота вращения вала этого опытного двигателя 20000 об/мин. If we compare the time of one piston stroke in the engine with a crank mechanism, it will look like this: at an engine shaft speed of 6000 rpm, the piston travel time in one stroke is 0.005 s, and at a rotation speed of 13000 rpm - 0.0025 c, i.e. the possibility of using a rotary wall inside a toroidal cylinder is proven. In Japan, an engine with a crank mechanism is installed on a racing car, the shaft of which has a rotational speed of 13,000 rpm (see the journal "Automotive Industry of the USA", 1989, N 6, p.32). In Japan, a prototype engine with a disc spool was built. The shaft speed of this prototype engine is 20,000 rpm.

Для смазки цапф поворотных стенок к ним можно подводить масло по трубкам, а для смазки поршневых колец к ним масло можно подводить через осевое сверление в вале 2, а потом по трубкам или сверлениям в роторе и поршнях. Большое и постоянное по величине плечо действия силы давления пара на поршень позволяет получить большой по величине крутящий момент, а, значит, при малых габаритах двигателя от него можно получить большую мощность. Незначительные потери тепла на образование пара позволит значительно повысить КПД парового двигателя. Это возможно также за счет того, что поршень движется только в одном направлении, а при этом возможно расширять пар до давления, приближающегося к атмосферному. Выпуск отработавшего пара при низком давлении по трубопроводу в конденсатор пара позволяет резко снизить токсичность и аэродинамический шум двигателя. To lubricate the pins of the pivot walls, oil can be supplied to them through pipes, and to lubricate the piston rings, oil can be supplied to them through axial drilling in shaft 2, and then through pipes or drilling in the rotor and pistons. A large and constant arm of the action of the steam pressure force on the piston allows you to get a large torque, and, therefore, with small dimensions of the engine, you can get more power from it. Minor heat losses due to steam formation will significantly increase the efficiency of the steam engine. This is also possible due to the fact that the piston moves in only one direction, while it is possible to expand the steam to a pressure approaching atmospheric. The exhaust of exhaust steam at low pressure through the pipeline into the steam condenser can dramatically reduce the toxicity and aerodynamic noise of the engine.

Замкнутый цикл от начала получения пара с помощью электрической энергии до превращения отработавшего пара в воду, которая вновь поступает в двигатель для образования пара, значительно улучшает окружающую нас экологическую среду. A closed cycle from the beginning of steam production with the help of electric energy to the conversion of spent steam into water, which again enters the engine to generate steam, significantly improves the ecological environment around us.

Claims (1)

ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ С ТОРОИДАЛЬНЫМ ЦИЛИНДРОМ, содержащий корпус, вал отбора мощности, ротор, закрепленный на валу, поршень, взаимосвязанный с ротором, тороидальный цилиндр с впускным и выпускным окнами, поворотную стенку, установленную с возможностью периодического перекрытия цилиндра, и привод поворотной стенки, отличающийся тем, что поворотная стенка выполнена в форме цилиндрической заслонки с профилированной выемкой, снабженной двухступенчатыми цапфами, установленными в боковых стенках тороидального цилиндра с возможностью поворота посредством кривошипа, установленного на одной из цапф, и под действием кулачка, закрепленного на валу отбора мощности двигателя, в положение, обеспечивающее свободный проход поршня, а под действием пружины - поворот в положение, обеспечивающее разделение тороидального цилиндра на камеру расширения и полость выпуска, на цилиндрической части поворотной стенки выполнены проточки, в которых на днище установлены уплотнительные кольца, а днище поршня выполнено в форме клина и снабжено тепловыми аккумуляторами, напротив которых в тороидальном цилиндре установлены распылители воды, соединенные через запорный кран с бачком избыточного давления, причем впускное окно тороидального цилиндра посредством дискового золотника сообщено с парогенератором, а между золотником и парогенератором установлено уплотнительное устройство, включающее подпружиненный барабан, взаимодействующий дном с дисковым золотником и имеющий на цилиндрической части проточки для установки уплотнительных колец, а также закрепленный на трубе парогенератора раструб, охватывающий цилиндрической поверхностью уплотнительные кольца барабана, выпускное окно тороидального цилиндра посредством трубопровода сообщено с конденсатором пара, расположенным напротив вентилятора, при этом конденсатор снабжен водосборником и насосом, подключенным через фильтр к основному водяному баку, сообщенному посредством нагнетательного насоса с бачком избыточного давления. A STEAM ENGINE WITH A TOROIDAL CYLINDER, comprising a housing, a power take-off shaft, a rotor fixed to the shaft, a piston interconnected with the rotor, a toroidal cylinder with inlet and outlet windows, a rotary wall mounted with the possibility of periodically overlapping the cylinder, and a rotary wall drive, characterized in that the pivoting wall is made in the form of a cylindrical shutter with a profiled recess provided with two-stage pins mounted in the side walls of the toroidal cylinder with the possibility of rotation by means of a crank mounted on one of the trunnions, and under the action of a cam fixed on the engine power take-off shaft, to a position providing a free passage of the piston, and under the action of a spring, rotation to a position ensuring the separation of the toroidal cylinder into an expansion chamber and an exhaust cavity, into grooves are made in the cylindrical part of the rotary wall, in which sealing rings are installed on the bottom, and the piston bottom is made in the form of a wedge and equipped with thermal batteries, opposite which are toroidal a water cylinder is equipped with water spray nozzles connected through a shut-off valve to an overpressure tank, the inlet window of the toroidal cylinder being connected to the steam generator by means of a disk spool, and a sealing device is installed between the valve and the steam generator, including a spring-loaded drum interacting with the bottom with the disk spool and having a cylindrical part grooves for installing o-rings, as well as a bell mounted on the steam generator pipe, covering a cylindrical over awn drum sealing ring, the toroidal cylinder outlet port via a pipe communicated with a capacitor pair disposed in front of the fan, with a condenser and provided with Water Collector pump connected through a filter to the main water tank, reported by means of a pressure pump with a reservoir overpressure.

Images