RU2157895C2

RU2157895C2 - Rotary spiral engine

Info

Publication number: RU2157895C2
Application number: RU98111726A
Authority: RU
Inventors: Э.В. Богданов
Original assignee: Богданов Эдуард Васильевич
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2000-10-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; power plants of transport facilities. SUBSTANCE: proposed engine is provided with external supply of heat; it has housing with covers and supports for bearings of power takeoff shaft, steam generator and expander made in form of two rotors mounted in housing through bearings. Rotors revolve around parallel axes at similar angular velocity by means of kinematic linkage of aligning member. Rotors are provided with spiral members at their end faces. Steam generator is located in zone of poles of spiral members. It is made in form of pipe which is perforated at high-pressure chamber inlet, expander at supply of heat-transfer agent to thermal tube located inside housing of steam generator and delivery of working medium to steam generator housing and then to porous bush embracing the thermal tube. EFFECT: enhanced efficiency; reduced losses of heat. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к силовым установкам транспортных средств с внешним подводом тепла, и может быть использовано на автомобильном транспорте, а также в других механизмах и машинах. The invention relates to mechanical engineering, and in particular to the power plants of vehicles with external heat supply, and can be used in road transport, as well as in other mechanisms and machines.

Известны спиральные нагнетатели, содержащие корпус с опорами под подшипники соответствующих валов - опорного и приводного, каналы рабочего тела и нагнетатель со спиральным вытеснителем /см. , например, заявку PCT 91/13240, F 01 C 1/4 от 05.02.91/. Known spiral superchargers containing a housing with bearings for bearings of the respective shafts - support and drive, working fluid channels and a supercharger with a spiral displacer / cm. for example, PCT application 91/13240, F 01 C 1/4 dated 02/05/91 /.

Известны двигатели, содержащие корпус с опорами под подшипники вала отбора мощности, парогенератор и расширитель /см., например, патент РФ N 1697481, кл. F 01 C 1/04, от. 19.06.95/. Known engines containing a housing with bearings for power take-off bearings, a steam generator and an expander / see, for example, RF patent N 1697481, class. F 01 C 1/04, from. 06/19/95 /.

Однако эти двигатели содержат ряд недостатков: низкий КПД, большие потери тепла при подводе рабочего тела к двигателю, низкий механический КПД, сложность конструкции. However, these engines contain a number of disadvantages: low efficiency, large heat loss during the supply of the working fluid to the engine, low mechanical efficiency, design complexity.

Задачей данного изобретения является создание теплового двигателя с более высоким КПД, с меньшими потерями тепла в процессе работы, более технологичного, удовлетворяющего требованиям норм ЕВРО-2, ЕВРО-3 ЕЭК ООН, а также расширяющего арсенал технических средств, используемых в машиностроении и, в частности, в двигателестроении. The objective of this invention is to provide a heat engine with higher efficiency, with less heat loss during operation, more technological, meeting the requirements of the EURO-2, EURO-3 UNECE standards, as well as expanding the arsenal of technical means used in mechanical engineering and, in particular in engine building.

Для решения этой задачи предлагается роторно-спиральный двигатель с внешним подводом тепла, содержащий корпус с крышками и опорами под подшипники вала отбора мощности, парогенератор и расширитель. Расширитель выполнен в виде двух роторов, монтированных через подшипники в корпусе и вращающихся вокруг взаимно параллельных осей с одинаковыми угловыми скоростями посредством кинематической связи согласующего звена. Роторы по своим торцам имеют спиральные элементы. Парогенератор расположен в зоне полюсов спиральных элементов и выполнен в виде трубы, перфорированной непосредственно на входе в камеру высокого давления расширителя, с подводом теплоносителя в тепловую трубку, расположенную во внутренней части корпуса парогенератора, и подачей рабочего тела в корпус парогенератора и далее в пористую теплопроводную втулку, охватывающую непосредственно тепловую трубку. To solve this problem, a rotary-spiral engine with an external heat supply is proposed, comprising a housing with covers and bearings for power take-off shaft bearings, a steam generator and an expander. The expander is made in the form of two rotors mounted through bearings in the housing and rotating around mutually parallel axes with the same angular velocities through the kinematic connection of the matching link. The rotors at their ends have spiral elements. The steam generator is located in the zone of the poles of the spiral elements and is made in the form of a pipe perforated directly at the inlet of the expander’s high-pressure chamber, with a coolant supplying a heat pipe located in the inner part of the steam generator housing, and supplying a working fluid to the steam generator housing and further into the porous heat-conducting sleeve directly covering the heat pipe.

Для улучшения технологических и конструктивных параметров роторы расширителя могут быть выполнены составными из основного диска и кинематически связанного с ним подвижного диска, имеющего возможность осевого перемещения. Подвижный диск выполнен едино со спиральными элементами. Полость между основным и подвижным диском ротора уплотнена по периферии и сообщена с камерой высокого давления. To improve the technological and structural parameters, the expander rotors can be made integral of the main disk and a kinematically connected movable disk with the possibility of axial movement. The movable disk is made uniform with spiral elements. The cavity between the main and the moving rotor disc is sealed around the periphery and in communication with the high-pressure chamber.

Спиральные элементы могут быть также выполнены состоящими из набора лент, установленного в канавках подвижного диска ротора с возможностью их продольного перемещения при температурном расширении. Spiral elements can also be made up of a set of tapes installed in the grooves of the movable rotor disk with the possibility of their longitudinal movement with thermal expansion.

Сущность изобретения поясняется фигурами, где на фиг. 1- предлагаемый роторно-спиральный двигатель /продольный разрез/, на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1, на фиг. 3 - вид Б фиг.2, на фиг. 4 - место В фиг. 1. The invention is illustrated by figures, where in FIG. 1 - the proposed rotary spiral engine / longitudinal section /, in Fig. 2 is a section AA of FIG. 1, in FIG. 3 is a view B of FIG. 2; FIG. 4 - place In FIG. 1.

Роторно-спиральный двигатель содержит корпус 1 с крышками 2 и 3, в которых монтированы подшипники 4 и 5 под установку роторов расширителя, состоящих из дисков 6 и 7, кинематически связанных через штифты 8 с подвижными дисками 9 и 10. Роторы вращаются вокруг взаимно параллельных осей с одинаковыми угловыми скоростями посредством кинематической связи согласующего звена. Согласующее звено выполнено в виде ротора 11, кинематически связанного с одной стороны через штифты 12 с диском 6, а с другой стороны жестко через штифты 13 с диском 7. На подвижных дисках 9 и 10 в пазах монтированы спиральные элементы 14 и 15. The rotary spiral engine contains a housing 1 with covers 2 and 3, in which bearings 4 and 5 are mounted for mounting the expander rotors, consisting of disks 6 and 7, kinematically connected through pins 8 with movable disks 9 and 10. The rotors rotate around mutually parallel axes with the same angular velocities through the kinematic connection of the matching link. The matching link is made in the form of a rotor 11, kinematically connected on one side through pins 12 with a disk 6, and on the other hand, rigidly through pins 13 with a disk 7. On the movable disks 9 and 10, spiral elements 14 and 15 are mounted in the grooves.

Спиральные элементы 14 и 15 совместно с подвижными дисками образуют расширитель. При этом в зоне полюсов спиральных элементов 14,15 образуется камера высокого давления, а на периферии камера расширения. Между подвижным диском ротора и корпусом парогенератора выполнен зазор для подвода давления рабочего тела в полость между дисками ротора для обеспечения усилия прижима, при этом полость имеет кольцевое уплотнение по периферии. The spiral elements 14 and 15 together with the movable disks form an expander. At the same time, a high-pressure chamber is formed in the poles of the spiral elements 14.15, and an expansion chamber is formed on the periphery. Between the movable rotor disk and the case of the steam generator, a gap is made for supplying the pressure of the working fluid to the cavity between the rotor disks to provide a pressing force, while the cavity has an annular seal on the periphery.

Парогенератор 16 размещен непосредственно в зоне полюсов спиральных элементов 14, 15 и выполнен в виде трубы, перфорированной в камеру высокого давления. Внутри корпуса парогенератора размещена тепловая трубка 17, охваченная пористой втулкой 18, закрепленная штуцером 19. Через штуцер 20 осуществляется нагнетание рабочего тела в корпус парогенератора. The steam generator 16 is placed directly in the zone of the poles of the spiral elements 14, 15 and is made in the form of a pipe perforated into a high pressure chamber. A heat pipe 17 is placed inside the steam generator casing, covered by a porous sleeve 18, fixed by a fitting 19. Through the fitting 20, the working fluid is injected into the steam generator casing.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

В тепловую трубку 17 подводится теплоноситель, в качестве которого может использоваться эвтектический сплав NaKa. Теплоноситель испаряется на "горячем" конце тепловой трубки, помещенной в теплообменнике камеры сгорания (не показан) или в тепловом аккумуляторе, и конденсируется на "холодном" конце, помещенном в парогенераторе 16. Тепло, выделившееся при конденсации, передается через стенку тепловой трубки пористой втулке 18 и далее рабочему телу. В качестве рабочего тела может быть использована химически чистая вода или другое вещество, удовлетворяющее необходимым требованиям. После прохождения рабочего тела через перфорированные отверстия корпуса парогенератора 16 в камеру высокого давления, рабочее тело, расширяясь, воздействует на спиральные элементы и создает крутящий момент, который снимается с выходного вала потребителем. A heat carrier is supplied to the heat pipe 17, for which a NaKa eutectic alloy can be used. The coolant evaporates at the “hot” end of the heat pipe placed in the heat exchanger of the combustion chamber (not shown) or in the heat accumulator, and condenses at the “cold” end placed in the steam generator 16. The heat released during condensation is transferred through the wall of the heat pipe to the porous sleeve 18 and on to the working fluid. As the working fluid can be used chemically pure water or another substance that meets the necessary requirements. After the working fluid passes through the perforated openings of the body of the steam generator 16 into the high pressure chamber, the working fluid expands and acts on the spiral elements and creates a torque that is removed from the output shaft by the consumer.

В предлагаемой конструкции подвод тепловой энергии рабочему телу осуществляется в непосредственной близости от зоны расширения, что сводит к минимуму потери тепла по "пути" к расширительному механизму. По причине однонаправленности движения рабочего тела градиент температурного поля постоянен, вследствие этого в двигателе отсутствуют потери от "первичной конденсации", свойственные паровым машинам с использованием поршневого механизма в качестве парового двигателя. In the proposed design, the supply of thermal energy to the working fluid is carried out in the immediate vicinity of the expansion zone, which minimizes heat loss along the "path" to the expansion mechanism. Due to the unidirectional movement of the working fluid, the temperature field gradient is constant, as a result of this there are no losses from the “primary condensation” inherent in steam engines using a piston mechanism as a steam engine.

В данной конструкции обеспечивается постоянная компенсация зазора между спиральными элементами и дисками ротора, которая обеспечивается подвижностью дисков ротора в осевом направлении и обеспечением прижимного усилия давлением рабочего тела. Это позволит повысить объемный коэффициент полезного действия и сократить работы по обслуживанию двигателя. This design provides constant compensation of the gap between the spiral elements and the rotor disks, which is ensured by the mobility of the rotor disks in the axial direction and the provision of pressing force by the pressure of the working fluid. This will increase the volumetric efficiency and reduce maintenance work on the engine.

Claims

1. Роторно-спиральный двигатель с внешним подводом тепла, содержащий корпус с крышками и опорами под подшипники вала отбора мощности, парогенератор и расширитель, отличающийся тем, что расширитель выполнен в виде двух роторов, монтированных через подшипники в корпусе и вращающихся вокруг взаимно параллельных осей с одинаковыми угловыми скоростями посредством кинематической связи согласующего звена, имеющих по своим торцам спиральные элементы, а парогенератор расположен в зоне полюсов спиральных элементов и выполнен в виде трубы, перфорированной непосредственно на входе в камеру высокого давления расширителя с подводом теплоносителя в тепловую трубку, расположенную во внутренней части корпуса парогенератора, и подачей рабочего тела в корпус парогенератора и далее в пористую втулку, охватывающую непосредственно тепловую трубку. 1. A rotary-spiral engine with external heat supply, comprising a housing with covers and bearings for power take-off shaft bearings, a steam generator and an expander, characterized in that the expander is made in the form of two rotors mounted through bearings in the housing and rotating around mutually parallel axes with the same angular velocities through the kinematic connection of the matching link having spiral elements at its ends, and the steam generator is located in the zone of the poles of the spiral elements and is made in the form of a pipe, perfo directly at the inlet to the expander’s high-pressure chamber with a coolant inlet to the heat pipe located in the inner part of the steam generator body, and supplying a working fluid to the steam generator body and then into a porous sleeve that directly covers the heat pipe.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что роторы расширителя выполнены составными из основного диска и кинематически связанного с ним подвижного диска, имеющего возможность осевого перемещения, выполненного едино со спиралевидными элементами, при этом полость между основным и подвижным диском ротора уплотнена по периферии и сообщена с камерой высокого давления. 2. The engine according to claim 1, characterized in that the expander rotors are made up of a main disk and a kinematically connected movable disk having axial displacement, made uniformly with spiral elements, while the cavity between the main and the moving rotor disk is sealed around the periphery and communicated with the high-pressure chamber.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что спиральные элементы выполнены в виде набора лент, установленного в канавках подвижного диска ротора с возможностью их продольного перемещения при температурном расширении. 3. The engine according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the spiral elements are made in the form of a set of tapes installed in the grooves of the movable rotor disk with the possibility of their longitudinal movement with thermal expansion.