close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 9348

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2007.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 9348
(13) C1
(19)
F 03G 6/00
F 01C 5/00
РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
(21) Номер заявки: a 20040858
(22) 2004.09.14
(43) 2006.04.30
(71) Заявитель: Комиссаров Феликс Давидович (BY)
(72) Авторы: Комиссаров Феликс Давидович; Комиссарова Татьяна Феликсовна (BY)
(73) Патентообладатель: Комиссаров Феликс
Давидович (BY)
(56) RU 2074967 C1, 1997.
RU 2062355 C1, 1996.
RU 2067188 C1, 1996.
RU 2149265 C1, 2000.
US 3687580 A, 1972.
US 3976408 A, 1976.
BY 9348 C1 2007.06.30
(57)
1. Роторный двигатель, содержащий статор, жестко закрепленные на нем цилиндры с
соплами, в которых расположены подпружиненные всасывающие клапаны, ротор, на боковой поверхности которого выполнены рабочие полости и рабочие лопатки, нагнетательные клапаны, впускные сопла, установленные на статоре под углом к боковой
поверхности ротора и соединенные с его рабочими полостями, сферические камеры расширения рабочего тела, установленные между каждым из цилиндров и статором и жестко
связанные с ними, при этом статор выполнен с крышками, в которых через шариковые
подшипники установлен ротор, отличающийся тем, что сердцевина ротора выполнена
Фиг. 1
BY 9348 C1 2007.06.30
металлической с конфигурацией, соответствующей конфигурации ротора, в цилиндрах
размещены плотные рулоны металлической нержавеющей мелкоячеистой сетки, на цилиндрах установлены электронагреватели, рабочие полости в роторе выполнены вдоль его
образующей вогнутой С-образной конфигурации, в рабочих полостях установлены продольные, подвижные в объеме указанных полостей, рабочие лопатки, утончающиеся от
основания к боковым стенкам статора и имеющие возможность плотного прижима к ним,
между ротором и подвижными лопатками образованы полости, в статоре выполнены два
выпускных окна, связанные через коллектор с трубопроводом, боковое уплотнение ротора
установлено в боковых крышках статора и выполнено из материала фторопласт-4; ротор
через ресивер связан с жидкостными насосными камерами, образованными сильфонными
элементами, изготовленными из материала с термической памятью формы и связанными с
нижними и верхними торцевыми стенками насосов, в которых жестко установлены всасывающие патрубки, в переходной трубе подвижно установлены нагнетательные патрубки с
клапанами, к гофрам сильфонных элементов с внутренней стороны жестко прикреплены
перфорированные тонкостенные медные диски, выпускные окна статора связаны с холодильной камерой, в которой размещен змеевик-конденсатор паров рабочего тела, сообщающийся с емкостью, расположенной ниже насосных камер, сообщающихся через
нагнетательные патрубки с ресивером, сообщающимся в своей верхней части с цилиндрами парогенератора посредством трубы с нагнетательным клапаном, нижний конец которой опущен до дна ресивера, в верхней части которого установлено поплавковое реле
уровня жидкого теплоносителя, связанное с электронагревателем ресивера посредством
контактора, расположенного с наружной стороны ресивера и имеющего связь с поплавком
через толкатель, переходный уплотнительный узел с эластичным уплотнением, подвижный направляющий цилиндр, пустотелый поршень, шток пустотелого поршня, регулировочную гайку, выполненную с возможностью регулирования поплавка, переходной
уплотнительный узел, расположенный с внутренней стороны заполненной азотом защитной сильфонной камеры, выполненной с жестким цилиндрическим корпусом, сферическая камера расширения рабочего тела плотно заполнена мелкими спеченными медными
шариками, покрытыми никелем или титаном, а на наружной поверхности сферической
камеры расширения рабочего тела расположен электронагреватель, в изготовленной из
нержавеющего материала обечайке статора выполнен охладитель, насосные камеры и холодильная камера выполнены теплоизолированными и содержат блок управления работой
жидкостными насосными камерами, включающий корпус, электронагреватель, переключатель насосных камер и тепловое реле, термобаллон, соединенный капиллярной трубкой
с межстеночным пространством между сильфоном и защитным кожухом, шток, прикрепленный к донышку сильфона, регулировочный винт, гайку механизма настройки, шкалу
диапазона, фиксатор регулировочного винта, систему выполненных из электроизоляционных материалов рычагов, состоящую из основного рычага, расположенного горизонтально, с вертикальной осью поворота, проходящей через регулировочный винт и
подпружиненный шток сильфона, и связанного с подпружиненным двуплечим рычагом,
который посредством упорной плоской и спиральной пружин через переключатель контактов связан с подвижной и неподвижной контактными группами, упорного пружинящего рычага, рамки, установочных винтов, основной пружины диапазона, опор основного
рычага и опорных направляющих стоек, электропроводки и электрических разъемов.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что уплотнения боковых стенок ротора и
внутренние поверхности статора выполнены из материала типа фторопласт-4, с обеспечением герметичности полостей ротора и статора.
3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела применена газожидкостная система N2O4, а трубопроводы выполнены из нержавеющих металлов.
2
BY 9348 C1 2007.06.30
Изобретение относится к двигателям внешнего сгорания и может быть использовано в
качестве самостоятельного двигателя в разных областях народного хозяйства.
Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, разработанный
Ф. Ванкелем, его особенностью является применение вращающегося ротора (поршня) с
тремя выступами, размещенного внутри корпуса, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде. Вал ротора жестко соединен с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с
неподвижной шестерней. Ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни, его
грани скользят по внутренней поверхности корпуса, отсекая переменные объемы камер. Такая конструкция позволяет осуществить 4-тактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, пуск в
принципе такие же, как и у обычных двигателей внутреннего сгорания [1].
Известен объемный насос, содержащий насосную камеру, образованную сильфонным
элементом, выполненным из материала с термической памятью формы, причем стенка
сильфонного элемента выполнена монотонно увеличивающейся по своей толщине от
днища насоса к его подвижной верхней стенке. На внутренней поверхности насоса закреплена термоизолирующая перегородка, выполненная из эластичного материала. К днищу
подключен всасывающий патрубок с всасывающим клапаном, а к подвижной стенке подключен нагнетательный патрубок с нагнетательным клапаном [2].
Насос работает следующим образом. В исходном положении сильфонный элемент находится в растянутом состоянии и заполнен перекачиваемой жидкостью. При подводе тепла извне он нагревается и принимает укороченную форму. При этом шаг гофр
сильфонного элемента уменьшается, а с ним уменьшается и объем насосной камеры. Перекачиваемая жидкость вытесняется через нагнетательный патрубок. При нагреве обратное мартенситное превращение начинается не по всей длине сильфонного элемента,
первоначально в менее материалоемкой его части, т.е. оно плавно распространяется по
длине сильфонного элемента от днища насоса к его подвижной стенке. По мере протекания обратного мартенситного превращения сильфонный элемент сжимается, причем формоизменение сильфонного элемента начинается первоначально в наиболее утоненной его
части, а затем постепенно охватывает все более материалоемкие его слои. После завершения такта нагнетания подвод тепла прекращается. Стенки сильфонного элемента охлаждаются естественным путем, и частично перекачиваемой жидкостью, оставшейся в
камере. При охлаждении в материале сильфонного элемента протекает прямое мартенситное превращение (причем первоначально в наиболее утоненных слоях), под действием которого сильфонный элемент растягивается. При растяжении сильфонного элемента
проходит такт всасывания перекачиваемой жидкости в насосную камеру, нагнетательный
клапан закрывается, а всасывающий клапан открывается. Для осуществления нагнетания
вновь подводится тепло к сильфонному элементу. Выполнение термоизолированной перегородки из эластичного материала, закрепленного на во внутренней поверхности насоса,
позволяет эффективно использовать тепловой поток, поскольку он не затрачивается на
нагрев перекачиваемой жидкости, а также позволяет сохранить стабильность температуры
перекачиваемой жидкости, поскольку температура стенки сильфонного элемента практически не сказывается на температуре перекачиваемой жидкости.
Известно реле регулирования давления паров холодильного агента, которое состоит из
чувствительного элемента, передаточного механизма, контактной группы и механизма настройки. Чувствительный элемент, который подключается к этому реле представляет собой сильфон, заключенный в коробку со штуцером для заполнения межстеночного
пространства парами холодильного агента, поступающими по линии всасывания. Внутри
сильфона расположен шток с пружиной, опирающейся верхним концом на главный рычаг.
Сопротивление, которое испытывает шток, определяется силой натяжения пружины. Передаточный механизм представляет собой систему рычагов, шарнирно закрепленных относительно своих осей, и пружин. Главный рычаг, шарнирно закрепленный на своей оси
3
BY 9348 C1 2007.06.30
вращения противоположным концом входит в прорезь дополнительного рычага, закрепленного на оси вращения и соединенного с пружиной дифференциал, на главном рычаге
на его правом конце размещен двуплечий рычаг, который посредством спиральной пружины оказывает воздействие на подвижную планку переключателя контактов электрической цепи. Механизм настройки состоит из шкалы, регулировочных винтов, пружин
дифференциала и диапазона, которые снабжены указателями. На шкале температур устанавливается давление размыкания контактов и дифференциал. Вращением установочного
винта задается усилие размыкания контактов электрической цепи [3].
Реле работает следующим образом. В начальной позиции контакты рычажной системы разомкнуты, электрический ток на компрессор не подается. Давление паров холодильного агента в испарителе и всасывающем трубопроводе повышается, сильфон сжимается,
преодолевая разность усилий пружины диапазона и пружины штока сильфона, при этом
шток выдвигается вверх, поворачивая главный рычаг относительно его оси вращения по
часовой стрелке. Через прорезь рычаг пружины дифференциала поворачивается против
часовой стрелки, и дополнительная пружина дифференциала растягивается. Двуплечий
рычаг, который воздействует на переключатель контактов, поворачивается по часовой
стрелке относительно оси своего вращения, и натяжение спиральной пружины переключателя уменьшается, в результате чего контакты электрической цепи замыкаются, и электродвигатель компрессора включается. При работе компрессора пары холодильного
агента отсасываются, давление во всасывающем трубопроводе понижается. При понижении давления сильфон под воздействием разности усилий пружины диапазона и пружины
штока сильфона возвращается в первоначальное состояние (растягивается), а главный рычаг поворачивается против часовой стрелки относительно своей оси вращения. Двуплечий
рычаг также поворачивается, но уже против часовой стрелки относительно оси и через
спиральную пружину переключатель контактов размыкает контакты электрической цепи
и электродвигатель компрессора выключится.
Наиболее близким по своей технической сущности является "Роторный двигатель Кузнецова". Двигатель содержит цилиндр, поршень с шатунно-кривошипным механизмом. В
головке цилиндра расположены впускной и перепускной клапаны. Камера сгорания расположена на ободе статора и имеет сферическую форму, с одной стороны она через канал
перепускного клапана соединена с цилиндром двигателя, а с другой стороны через направляющее сопло соединена с полостью статора. Направляющее сопло выполнено заподлицо с внутренней поверхностью статора. Причем цилиндр двигателя, камера
сгорания и статор жестко соединены между собой. Полость статора имеет вид цилиндра с
двумя крышками. В полости статора установлен ротор. Ротор одновременно выполняет и
роль маховика. Ротор по периметру плотно прилегает к внутренней поверхности статора и
по периметру имеет несколько полостей, в которые поочередно через направляющее сопло устремляются продукты сгорания рабочей смеси и приводят ротор во вращательное
движение. В одной из крышек выполнено отверстие для вала отбора мощности, который
через систему шестерен связан с шатунно-кривошипным механизмом поршня цилиндра
[4]. Работа роторного двигателя. Поршень, находясь в крайней верхней точке, начинает
движение вниз при этом через открытый впускной клапан происходит всасывание топливно-воздушной смеси. Достигнув крайней нижней точки, поршень, совершая возвратнопоступательное движение, начинает двигаться вверх. Впускной клапан закрыт, происходит сжатие топливно-воздушной смеси и через открытый перепускной клапан перекачка
ее в камеру сгорания. Как только поршень достигает крайней верхней точки, перепускной
клапан перекрывает канал, поршень идет вниз, повторяя тот же цикл, а в камере сгорания
от запальной свечи воспламеняется топливно-воздушная смесь. В этот момент ротормаховик двигателя, совершая вращательное движение, открывает направляющее сопло, и
газы под большим давлением попадают в полость ротора-маховика, ударяют в рабочую
лопатку ротора-маховика, передавая ему накопленную энергию. За время рабочего хода
4
BY 9348 C1 2007.06.30
под действием давления газов ротор-маховик двигателя совершает поворот на 60°, (поршень за это время совершает движение от крайней верхней точки до крайней нижней точки, открывает выпускное сопло, и газы выходят в атмосферу. В этот момент камера
сгорания через направляющее сопло и полость ротора-маховика соединена с выпускным
соплом, происходит продув системы. Затем одновременно поршень начинает движение
вверх (сжатие), а ротор-маховик своим выступом перекрывает направляющее сопло и
обеспечивает замкнутость камеры сгорания, необходимую для сжатия топливновоздушной смеси. Этот цикл многократно повторяется.
К недостаткам двигателя следует отнести следующие: 1) оснащение двигателя кривошипно-шатунным механизмом, который требует больших затрат уже полученной механической энергии на преодоление трения в деталях и механизмах двигателя; 2) применение в
качестве механизма передающего механическую энергию, полученную в результате работы двух кривошипно-шатунных двигателей внутреннего сгорания, двигателю, выполненному в виде статора и ротора со своими камерами внутреннего сгорания и своим валом
отбора мощности, который к тому же через систему шестерен связан с шатуннокривошипным механизмом поршня цилиндра. Здесь мы видим нагромождение деталей и
механизмов, увеличивающих затрату уже полученной механической энергии на преодоление трения. К тому же сам ротор имеет достаточно своих недостатков, связанных с уплотнениями ротора и статора; 3) в двигателе используется дорогое горючее, и он
фактически не применим для использования бросового тепла или солнечной энергии.
Задачей настоящего изобретения является создание двигателя, который мог бы работать от источника внешней низко потенциальной тепловой энергии при малом диапазоне
перепада температур, имеющего более высокий КПД за счет исключения большого числа
передаточных механизмов, потребляющих много механической энергии за счет трения
между движущимися возвратно-поступательными и вращающимися деталями.
Поставленная задача решается тем, что роторный двигатель, содержит статор, жестко
закрепленные на нем цилиндры с соплами, в которых расположены подпружиненные всасывающие клапаны, ротор, на боковой поверхности которого выполнены рабочие полости
и рабочие лопатки, нагнетательные клапаны, впускные сопла, установленные на статоре
под углом к боковой поверхности ротора и соединенные с его рабочими полостями, сферические камеры расширения рабочего тела, установленные между каждым из цилиндров
и статором и жестко связанные с ними, при этом статор выполнен с крышками, в которых
через шариковые подшипники установлен ротор.
Отличительной особенностью является то, что сердцевина ротора выполнена металлической с конфигурацией, соответствующей конфигурации ротора, в цилиндрах размещены плотные рулоны металлической нержавеющей мелкоячеистой сетки, на цилиндрах
установлены электронагреватели, рабочие полости в роторе выполнены вдоль его образующей вогнутой С-образной конфигурации, в рабочих полостях установлены продольные, подвижные в объемах указанных полостей, рабочие лопатки, утончающиеся от
основания к боковым стенкам статора и имеющие возможность плотного прижима к ним,
между ротором и подвижными лопатками образованы полости, в статоре выполнены два
выпускных окна, связанных через коллектор с трубопроводом, боковое уплотнение ротора
установлено в боковых крышках статора и выполнено из материала фторопласт-4; ротор
через ресивер связан с жидкостными насосными камерами, образованными сильфонными
элементами, изготовленными из материала с термической памятью формы и связанными с
нижними и верхними торцевыми стенками насосов, в которых жестко установлены всасывающие патрубки, в переходной трубе подвижно установлены нагнетательные патрубки с
клапанами, к гофрам сильфонных элементов с внутренней стороны жестко прикреплены
перфорированные тонкостенные медные диски, выпускные окна статора связаны с холодильной камерой, в которой размещен змеевик - конденсатор паров рабочего тела, сообщающийся с емкостью, расположенной ниже насосных камер, сообщающихся через
5
BY 9348 C1 2007.06.30
нагнетательные патрубки с ресивером, сообщающимся в своей верхней части с цилиндрами парогенератора посредством трубы с нагнетательным клапаном, нижний конец которой опущен до дна ресивера, в верхней части которого установлено поплавковое реле
уровня жидкого теплоносителя, связанное с электронагревателем ресивера посредством
контактора, расположенного с наружной стороны ресивера и имеющего связь с поплавком
через толкатель, переходный уплотнительный узел с эластичным уплотнением, подвижный направляющий цилиндр, пустотелые поршень, шток пустотелого поршня, регулировочную гайку, выполненную с возможностью регулирования поплавка, переходный
уплотнительный узел, расположенный с внутренней стороны заполненной азотом защитной сильфонной камеры, выполненной с жестким цилиндрическим корпусом, сферическая камера расширения рабочего тела плотно заполнена мелкими спеченными медными
шариками, покрытыми никелем или титаном, а на наружной поверхности сферической
камеры расширения рабочего тела расположен электронагреватель, в изготовленной из
нержавеющего материала обечайке статора выполнен охладитель, насосные камеры и холодильная камера выполнены теплоизолированными и содержат блок управления работой
жидкостной насосными камерами, включающий корпус, электронагреватель, переключатель насосных камер и тепловое реле, термобаллон, соединенный капиллярной трубкой с
межстеночным пространством между сильфоном и защитным кожухом, шток, прикрепленный к донышку сильфона, регулировочный винт, гайку механизма настройки, шкалу
диапазона, фиксатор регулировочного винта, систему выполненных из электроизоляционных материалов рычагов, состоящую из основного рычага, расположенного горизонтально, с вертикальной осью поворота, проходящей через регулировочный винт и
подпружиненный шток сильфона, и связанного с подпружиненным двуплечим рычагом,
который посредством упорной плоской и спиральной пружин через переключатель контактов связан с подвижной контактными группами, упорного пружинящего рычага, рамки, установочных винтов, основной пружины диапазона, опор основного рычага и
опорных направляющих стоек, электропроводки и электрических разъемов, отличающийся тем, что уплотнения боковых стенок ротора и внутренние поверхности статора выполнены из материала типа фторопласт-4, с обеспечением герметичности полостей ротора и
статора, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела применена газожидкостная система N2O4, а трубопроводы выполнены из нержавеющего материала.
На фиг. 1 изображен статор и ротор роторного двигателя в разрезе.
На фиг. 2 изображен роторный двигатель в разрезе оси А-А.
На фиг. 3 изображено поплавковое реле в разрезе.
На фиг. 4 изображен блок регулировки работы жидкостных насосных камер в разрезе.
На фиг. 5 изображены: блок насосных камер роторного двигателя, совмещенный с
блоком регулировки работы жидкостных насосных камер в разрезе.
Роторный двигатель содержит статор 1, жестко закрепленный на нем цилиндр 2 с соплом 3, подпружиненные всасывающие клапаны 4, ротор 5, рабочие полости 6, рабочие
лопатки 7, нагнетательные клапаны 8, сферическая камера 9, крышки статора 10, шариковые подшипники 11, сердцевина ротора 12, плотные рулоны 13, электронагреватели цилиндров 14, подвижные рабочие лопатки 15, боковые стенки статора 16, полости 17 между
ротором и подвижными лопатками с торцевыми выступами 18, коллектор 19, трубопровод
20, боковое уплотнение ротора 21, ресивер 22, жидкостные насосные камеры 23, сильфонные элементы 24, нижняя 25 и верхняя 26 торцевая стенки насосов, всасывающие патрубки 27 с клапанами, переходная труба 28, нагнетательные патрубки 29 с клапанами 30,
гофры сильфонов 31, перфорированные медные диски 32, выпускные окна статора 33, холодильная камера 34, змеевик-конденсатор 35 емкость сбора жидкого теплоносителя 36,
нагнетательная труба 37 с нагнетательным клапаном 38, поплавковое реле 39, электронагреватель ресивера 40, контактор 41, поплавок 42 со штоком, толкатель 43, переходный
уплотнительный узел 44, эластичное уплотнение 45, подвижный направляющий цилиндр
6
BY 9348 C1 2007.06.30
46, пустотелый поршень 47, регулировочную гайку 48, защитная сильфонная камера 49.
жесткий цилиндрический корпус 50, спеченные медные шарики 51, электронагреватель
сферической камеры 52, охладитель 53, блок управления насосными камерами 54, электронагреватель насосных камер 55, переключатель насосных камер 56, тепловое реле 57,
термобаллон 58, капиллярная трубка 59, сильфон 60 теплового реле, защитный кожух 61,
донышко сильфона 62, регулировочный винт 63, гайку механизма настройки 64, шкалу
диапазона 65, фиксатор регулировочного винта 66, систему электроизоляционных рычагов 67, основной рычаг 69, подпружиненный двуплечий рычаг 70, вертикальная ось 71 основного рычага с пружиной 72, упорные плоская 73 и спиральную пружину 74,
переключатель 75 контактов, подвижная 76 и неподвижная контактные группы 77, рамку
78, установочные винты 79, основную пружину диапазона 80, опор основного рычага 81,
опорных направляющих стоек 82, электропроводку 83, электрические разъемы 84, теплоноситель-рабочее тело 85, отверстие для вала в крышке статора 86, лабиринтное уплотнение 87, кольцевая проточка 88, вал двигателя 89, теплоизоляция насосных камер 90.
Работа насосной камеры.
В исходном положении сильфонный элемент 24 находится в растянутом состоянии и
заполнен перекачиваемым холодным теплоносителем 85. В результате подвода тепла от
внешней горячей среды или электрического нагревателя 55 сильфонный элемент 24 нагревается, передавая поглощенное тепло от своих стенок перфорированным дискам 32 и
перекачиваемому рабочему телу 85. При достижении температуры несколько выше 30 °С
начинается обратное мартенситное превращение в материале сильфонного элемента 24 и
шаг гофр 31 его боковой стенки уменьшается, а с ним уменьшается и объем жидкостной
насосной камеры 23 жидкостного насоса, и перекачиваемое (теплоноситель) рабочее тело
85 вытесняется через нагнетательный клапан 30 и нагнетательный патрубок 29 в нагнетательный канал трубопровода 37. При нагреве сильфонного элемента 24 до температуры
30 °С обратное мартенситное превращение начинается не по всей его длине, а первоначально в менее материалоемкой его части. Оно плавно распространяется по длине сильфонного элемента 24 от дна жидкостной насосной камеры 23 к ее верхней торцевой
подвижной стенке 26. По мере протекания обратного мартенситного превращения сильфонный элемент 24 сжимается. Причем формоизменение сильфонного элемента 24 начинается первоначально в наиболее утоненной его части, а затем постепенно охватывает все
более материалоемкие его части. После завершения такта нагнетания подвод тепла прекращается, и боковая стенка сильфонного элемента 24 насосной камеры 23 охлаждается
естественным путем и частично остатками перекачиваемой жидкости, оставшейся в объеме жидкостной насосной камеры 23. При охлаждении в материале сильфонного элемента
24 протекает процесс прямого мартенситного превращения, под действие которого сильфонный элемент 24 растягивается. При растяжении сильфонного элемента 24 происходит
такт всасывания перекачиваемого теплоносителя 85. Нагнетательный клапан 30 закрывается, а всасывающий клапан на всасывающем патрубке 27 открывается и перекачиваемый
теплоноситель 85 поступает в объем насосной камеры 23.
Работа роторного двигателя внешнего нагрева.
Тепловой двигатель работает следующим образом. При подаче электрической энергии
на нагреватель 55 происходит быстрый прогрев стенок жидкостной насосной камеры 23 и
стенки сильфонного элемента 24 и теплоноситель 85 прогревается до температуры прямого мартенситного превращения равной 15 °С, при которой высота сифонного элемента 24
увеличивается за счет процессов происходящих в материале сильфона, перемещая подвижную торцевую стенку 26 насосной камеры 23 вверх. При этом перемещении всасывающий клапан, размещенный во всасывающем патрубке 27, установленном в дне
насосной камеры 23, открывается и охлажденный теплоноситель 85 из емкости 36 сбора
жидкого теплоносителя поступает в объем насосной камеры 23. Продолжение прогрева
боковой стенки сильфонного элемента 24 и жидкого теплоносителя 85 в его объеме про7
BY 9348 C1 2007.06.30
исходит и далее до достижения температуры жидкой фазы теплоносителя 85 и естественно температуры стенки сильфонного элемента 24 несколько выше 30 °С. При этом растяжение сильфонного элемента 24 происходит за счет повышения давления паров
теплоносителя на стенки и гофры 31 сильфонных элементов 24. При достижении указанной выше температуры сильфонный элемент 24 перестает растягиваться уже за счет прямого мартенситного превращения, а несколько растягивается в местах между гофрами 31
из-за повышения давления паров теплоносителя, и далее в материале сильфонного элемента по причине обратного мартенситного превращения происходит перестройка микроструктуры металла за счет восстановления кристаллов мартенсита и происходит
уменьшение длины кристаллов материала сильфона 24. По причине выполнения стенки
сильфонного элемента 24 с возрастающей ее толщиной от нижней торцевой стенки 25 к
верхней торцевой стенке 26 происходит постепенное, растянутое во времени, сокращение
длины сильфонного элемента 24. При этом всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 30, размещенный в торцевой стенке 26 насосной камеры 23, открывается
и нагретый теплоноситель 85 поступает по входному трубопроводу 37 в ресивер 22, в котором он дополнительно подогревается. Из ресивера 22 горячий теплоноситель 85, преодолевая сопротивление второго подпружиненного клапана 38 на выходе из ресивера 22,
направляется в цилиндр 2, где горячий теплоноситель еще больше подогревается и превращается в пар. Горячие пары теплоносителя 85 далее через клапан 8 попадают в цилиндр. И пройдя через его объем и нагнетательный клапан 4 поступают в сферическую
камеру 9, которая выполняет функцию пароперегревателя, при этом клапан 8 закрывается.
Перегретые пары теплоносителя 85 поступают под большим давлением через впускное
сопло 3 в рабочую полость 6, где он уже выполняет функцию рабочего тела 85, при условии вскрытия впускного сопла 3, т.е. при смещении тела ротора-маховика 5 к выходному
отверстию сопла 3, и врываются в рабочую полость 6 ротора-маховика 5, и ударяют в
подвижную рабочую лопатку 15 ротора-маховика 5 передавая ему, накопленную паровой
фазой тепловую энергию. Под действием ударной силы струи пара происходит смещение
подвижной рабочей лопатки 15 в сторону дна рабочей полости 6, газовая полость 17 уплотняется и срабатывает, как газовая пружина, несколько смягчая воздействие паровой
фазы на эту механически связанную систему - подвижные рабочие лопатки 15 - газовая
полость 17 - ротор-маховик 5. При этом продольная лопатка 7 прижимается к внутренней
цилиндрической статора, а торцевая поверхность рабочей лопатки 15 прижимается плотно
к боковым стенкам ротора 21. И струя пара теплоносителя 85 воздействует на подвижную
рабочую лопатку 15 ротора-маховика 5 и с усилием прижимает подвижную рабочую лопатку 15 ко дну газовой полости 17, расположенную между ротором и подвижной лопаткой 15, выполняющей роль газовой пружины, и ротор-маховик 5 плавно поворачивается
на валу двигателя по часовой стрелке в статоре 1. Так как масса ротора-маховика 5 значительна, ввиду размещения в нем металлической вставки, то его поворот осуществляется и
далее, проходя выпускное окно 33 в статоре 1, и отработанный газообразное рабочее тело
85 через выпускное окно 33 попадает в коллектор 19, где пары газообразного теплоносителя частично конденсируются и по трубопроводу 20 конденсат вместе с парами поступает в змеевик-конденсатор 35. В змеевике-конденсаторе 35, находящемся в холодильной
камере 34 под действием температуры проточной воды пары теплоносителя 85 конденсируются и в виде жидкого теплоносителя 85 стекают в емкость 36 сбора жидкого теплоносителя. При включении электрического нагревателя 55, при следующем цикле работы, в
жидкостной насосной камере 23 происходит прогрев жидкого теплоносителя 85, оставшегося за прошлый цикл работы насосной камеры 23. При этом сильфонный элемент 24,
увеличивается по своей высоте за счет прямого мартенситного превращения в металле
сильфонного элемента 24, и холодный теплоноситель 85 засасывается в объем сильфонного элемента 24 по всасывающему патрубку 27 через всасывающий клапан. При расширении сильфонного элемента 24 его верхняя торцевая стенка 26 упирается в шток
8
BY 9348 C1 2007.06.30
переключателя насосной камеры 56, который механически воздействует на основной рычаг 69 (см. фиг. 4), поднимая его, и тем прерывает поступление электрической энергии и,
следовательно, прогрев теплоносителя 85. При достижении температуры теплоносителя
85 и температуры стенки сильфонного элемента 24 несколько выше 30 °С происходит сокращение высоты сильфонного элемента 24 и, следовательно, объема жидкостной насосной камеры 23. При сокращении объема насосной камеры 23 происходит вскрытие
нагнетательного клапана 30 и перекрытие всасывающего клапана. Прогретый жидкий теплоноситель 85 поступает по трубопроводу 37 через нагнетательный клапан 38 в ресивер
22. При заполнении ресивера 22 жидким теплоносителем 85 до уровня размещения поплавка 42 срабатывает поплавковое реле 39 и включает электрический нагреватель ресивера 40, и при этом происходит прогрев жидкого теплоносителя 85 в ресивере 22 и
частичное его испарение, при котором давление паров теплоносителя 85 в ресивере 22 повышается. Под действием повышенного давления его паров на поверхность жидкого теплоносителя 85, скопившихся в верхней части ресивера 22, жидкий теплоноситель 85 по
трубе распределения теплоносителя по цилиндрам поступает в цилиндры 2. Для того чтобы процесс вращения вала был бы равномерным и без рывков, т.е. сглаженным, теплоноситель из двух насосных камер 24 вначале поступает в ресивер 22, а оттуда
распределяется по трубам через верхний нагнетательный клапанам 38 ресивера в цилиндры 2. При создании в одном из цилиндров 2 пониженного давления теплоноситель 85 поступает в этот цилиндр 2, что происходит после его разгрузки от перегретых паров
теплоносителя 85 в рабочую полость 6 ротора-маховика 5. При достаточном прогреве поступившего теплоносителя 85 в цилиндр 2, который в данном случае выполняет функцию
парогенератора, его пары, преодолевая сопротивление нагнетательного клапана 8, под
давлением поступают в объем сферической камеры 9 через второй нагнетательный клапан
4, где происходит их перегрев. По причине того, что сферическая упаковка спеченных
медных шариков 51 имеет большую массу и постоянно подогревается электрическим нагревателем 52, то поступившие пары теплоносителя 85 мгновенно перегреваются, проходя
между горячими медными шариками 51 этой упаковки. И при повороте ротора-маховика
5, когда открывается вход в рабочие полости 6 в роторе-маховике 5, пары теплоносителя
85 через впускное сопло 3 врываются в его рабочую полость 6. Под действием упругого
удара рабочего тела 85 происходит поворот ротора-маховика 5, в результате которого открывается противоположное впускное сопло 3, размещенное на противоположной стороне
диаметра ротора-маховика 5 и перегретые пары рабочего тела 85 из цилиндрапарогенератора 2 врываются в открывшуюся полость 6 ротора-маховика 5 на противоположной стороне ротора маховика 5, что приводит к дальнейшему повороту роторамаховика 5 на его валу 89. И так этот процесс происходит до бесконечности, то под действием перегретых паров рабочего тела 85 происходит равномерное вращение роторамаховика 5. Разгрузка рабочих полостей 6 ротора-маховика 5 осуществляется каждый раз
через выпускные окна 33 выброса паров отработанного рабочего тела 85 в коллектор 19.
Работа поплавкового реле. При заполнении подогретым теплоносителем 85 полости
ресивера 22 через клапаны 38 до уровня размещения поплавка 42, поплавок 42 всплывает
и регулировочная гайка 48, установленная на штоке пустотелого поршня 47, упирается в
нижний торец подвижного направляющего цилиндра 46, противоположный торец которого контактирует с нижним торцом сильфонной защитной камеры 50, которая выполнена
для предохранения толкателя 45 и переходного уплотнительного узла 44 от утечек теплоносителя 85 в окружающее пространство. В объеме переходного уплотнительного узла 44
установлено эластичное уплотнение 45, выполненное из фторопласта-4, исключающее
выброс паров теплоносителя 85 в окружающее пространство, причем уплотнительное переходное устройство 44, нижний и верхний торец сильфонного элемента 49, шайбы и прокладки изготовлены из материала стойкого в среде теплоносителя 85. При перемещении
толкателя 43 под действием нижнего торца сильфонной защитной камеры 49 толкатель 43
9
BY 9348 C1 2007.06.30
перемещает вверх левую пластину контактора 41, замыкая электрическую цепь управления нагревателем 40. При разгрузке ресивера 22 после поступления теплоносителя 85 из
ресивера 22 в цилиндр 2, поплавок 42 опускается и влечет за собой толкатель 43, который
опускается и при этом происходит замыкание средней левой пластины контактора 41 с его
нижней пластиной и электрическое напряжение подается на нагреватель 14 цилиндра 2, и
цилиндр 2 срабатывает как парогенератор. Подавая пары теплоносителя 85 в сферическую
камеру расширения рабочего тела 9, которая работает как пароперегреватель. Горячий пар
теплоносителя 85 при открывании сопла 3 врываются в рабочие полости 6 из цилиндра 2
(парогенератора), т.е. парогенератор 2 освобождается от теплоносителя 85. В этот момент
давление паров теплоносителя 85 в цилиндре 2 падает, а это позволяет горячему теплоносителю 85 из ресивера 22 по трубе 37 подачи жидкого теплоносителя вновь заполнить
трубопровод, т.е. уровень жидкости в ресивере 22 падает и при этом происходит опускание поплавка 42, а это приводит к отключению электрической цепи нагрева цилиндра 2.
При подаче новой порции телоносителя 85 в ресивер 22 поплавок 42 вновь всплывает на
прежний уровень и толкатель 43 поднимает среднюю пластину контактора 39, которая замыкается с правой верхней пластиной ресивера 22, что включает электрический нагреватель 40 ресивера 22, в результате чего происходит подогрев теплоносителя в ресивере 22.
Цикл работы ресивера 22 по подаче телоносителя 85 в цилиндр 2 повторяется, правда при
этом вступит в действие уже второй противоположный цилиндр 2, в который поступит
горячий теплоноситель 85 через входной нагнетательный клапан 4, впускное сопло 3 которого в этот момент откроется для пропуска перегретого пара в рабочую полость 6 ротора-маховика 5 из сферической камеры расширения рабочего тела 85.
Работа блока управления жидкостными насосными камерами.
В начальной позиции контактные группы 76 и 77 по обе стороны от основного рычага
69 разомкнуты, так как основной рычаг 69 расположен параллельно горизонтали. При наклонении основного рычага 69 в левую или правую сторону относительно вертикальной
оси, проходящей по регулировочному винту 63 и по вертикальной оси 71 сильфона 60,
двуплечий рычаг 70 отклоняется на некоторый угол от вертикальной оси в пределах опорных направляющих стоек 82 и, при этом, происходит ослабление пружины 74 двуплечевого рычага 70, так как верхний конец этого рычага 70 приближается к переключателю
контактов 75, который отпускает от натяжения упорный пружинящий рычаг 75 и рамку 78
и они перемещаются вместе с парой контактов 76 в направлении к стационарно закрепленным на корпусе контактам 77, и два подвижных контакта 76 смыкаются с неподвижными контактами 77, которые по электрической цепи в данный момент соединены с
электрическим нагревателем 55 соответствующей жидкостной насосной камеры 23. Наклон основного рычага 69 в ту или иную сторону осуществляется благодаря перемещению
вверх переключателя 56 насосных камер 23 под действием движения торцевой стенки 26
жидкостной насосной камеры 23 вверх в результате нагрева теплоносителя 85 и боковой
стенки сильфонного элемента 24 насоса 23. При смыкании группы контактов 76 и 77 происходит поступление электрической энергии на нагреватель 55 той насосной камеры, в
сторону которой наклонен основной рычаг 69, и прогрев теплоносителя 85 в этой насосной камере 23, которая в этот момент подключена к сети электроснабжения. Начальный
толчок к запуску какой-либо одной из двух насосных камер 23 - левой или правой насосной камеры - задается обслуживающим двигатель оператором, при первом запуске в работу роторного двигателя. Далее шток переключателя насосных камер 56 остается в
положении контакта с основным рычагом 69 теплового реле 57 всегда, пока он под давлением другой торцевой стенки 26 противоположной насосной камеры 23 штока второго
переключателя 56 на основной рычаг 69 не опустится в свое начальное положение в результате наклона основного рычага 69 в обратном направлении. Этот процесс попеременного подключения насосных камер то с левой, то с правой стороны двигателя зависит
только от наклона основного рычага 69 в сторону этой камеры.
10
BY 9348 C1 2007.06.30
Принцип работы блока управления жидкостными насосными камерами совместно с
работой самих насосных камер.
В исходной позиции электрическая энергия на электронагреватель 55 жидкостной
насосной камеры 23 не подается, так как основной рычаг 69 находится в положении параллельном горизонтали, при котором двуплечий рычаг 70 держит в натяжении спиралевидную пружину 74, натяжение которой не позволяет переключателю контактов 75
замкнуть контакты 76 и 77 блока управления 54. При повышении температуры теплоносителя 85 в сильфонном элементе 24 насосной камеры 23 происходит расширение объема
сильфонного элемента 24 и забор теплоносителя 85 из емкости сбора жидкого 36 теплоносителя в его объем, а в объеме холодильной камеры 34 с циркулирующей холодной проточной водой, где установлен термобаллон 58 из-за поступления водопроводной воды,
температура которой при постоянной ее циркуляции может достигать (6-10) °С в зависимости от сезона года, происходит уменьшение давления паров хладона в термочувствительном баллоне 58, что приводит к уменьшению давления в сильфоне 60 теплового реле
57 и его объем уменьшается, что способствует к освобождению основного рычага 69 от
фиксации его оретирующими опорами 81 и, при этом, вертикальная ось 71, прикрепленная
к донышку 62 сильфона 60, опускается. Происходит уравновешение действия сил основной пружины 80 и пружины 72 на основной рычаг 69, и он устанавливается параллельно
горизонтали. При прогревании теплоносителя 85, например, в левой насосной камере 23
роторного двигателя, верхняя торцевая стенка 26 жидкостного насоса 23 достигает своего
верхнего положения, по причине прямого мартенситного превращения в металле сильфонного элемента 24, при котором всасывающий клапан жидкостного насосной камеры 23
откроется и холодный теплоноситель наполнит объем сильфонного элемента 24, при этом
температура этого сильфонного элемента 24 понизится. Прогревание теплоносителя будет
происходить до температуры несколько выше 30 °С. При достижении теплоносителем 85
в объеме левого сильфонного элемента 24 температуры несколько выше 30 °С, верхняя
торцевая стенка 26 жидкостной насосной камеры 23 надавливает с большой силой снизу
на шток переключателя 56 насосной камеры 23. При этом произойдет подъем левого плеча основного рычага 69 на максимальную высоту и он, преодолевая сопротивление основной пружины 80, поворачивает основной рычаг 69 на вертикальной оси 71 его вращения в
опоре поворота 81 основного рычага по часовой стрелке. Вместе с основным рычагом 69
под воздействием плоской пружины 73 по часовой стрелке поворачивается и двуплечий
рычаг 70. При этом натяжение спиральной пружины 74 двуплечевого рычага 70, связанной с переключателем контактов 75 в правой половине теплового реле 57, уменьшается. В
результате контакты 76 и 77 замкнутся, и начнется процесс повышения температуры в
правой жидкостной насосной камере 23. А в левой насосной камере 23 сильфонный элемент 24 по причине обратного мартенситного превращения в металле сильфонного элемента 24 при нагреве металла выше температуры 30 °С начнет сокращаться по своей
высоте. И действие торцевой стенки 26 насосной камеры 23 на переключатель насосной
камеры 56 уменьшится. А в это же время при достижении в объеме правой насосной камеры 23 температуры теплоносителя 85 равной 15 °С произойдет увеличение объема этой
насосной камеры 23 за счет эффекта прямого мартенситного превращения в металле боковой стенки сильфонного элемента 24, и забор через всасывающий клапан охлажденного
теплоносителя 85 в объем этой правой насосной камеры 23. При заборе охлажденного теплоносителя 85 объем сильфонного элемента 24 произойдет понижение температуры его
стенки и его расширение несколько замедлится. С дальнейшим повышением температуры
теплоносителя 85 в правой насосной камере 23 произойдет дальнейшее расширение сильфонного элемента 24 жидкостного насоса 23 правой насосной камеры 23, и торцевая стенка 26 этого насоса поднимется на свою максимальную высоту. Как только температура
теплоносителя 85 в правой насосной камере 23 достигнет значения, равного 30 °С, а при
этом торцевая стенка правого насоса 23 надавит на шток переключателя 56, и этот шток
11
BY 9348 C1 2007.06.30
приподнимет правый конец основного рычага 69 под действием натяжения пружины двуплечевого рычага 70 произойдет разрыв электрической цепи в правой половине блока
управления 54 камерами и отключение электронагревателя 55 правой насосной камеры 23,
а за счет сокращения объема насосной камеры 23 произойдет выброс нагретого теплоносителя 85 через нагнетательный клапан 38 в ресивер 22. Начнется охлаждение внутреннего объема правой насосной камеры 23 и охлаждение в жидкостном насосе в объеме
сильфонного элемента 24 остатков теплоносителя 85. А в это же самое время произойдет
подключение левой насосной камеры к электрической цепи 55 за счет смыкания контактной группы 76 и 77, так как основной рычаг 69 принял наклонное положение в левую сторону. При достижении в объеме левой насосной камеры 23 температуры теплоносителя
85, равной 15 °С, произойдет увеличение объема насосной камеры 23 за счет эффекта прямого мартенситного превращения в металле боковой стенки сильфонного элемента 24 и
забор через всасывающий клапан охлажденного теплоносителя 85 в объем левой насосной
камеры 23. А прогрев этой насосной камеры 23 будет продолжаться до того момента, когда температура теплоносителя в ней не поднимется несколько выше 30 °С (это условие
определено материалом самого сильфонного элемента 24) частично за счет теплоемкости
материала этой камеры и частично за счет расширения металла сильфонного элемента 24
между гофрами 31, и в этот момент одновременно произойдут два процесса, один связан с
обратным мартенситным превращением в металле сильфонного элемента 24 жидкостного
насоса 23, а второй с достижением торцевой стенки 26 левой жидкостного насосной камеры 23 верхнего своего положения, при котором произойдет касание торцевой стенкой 26
переключателя 56 насосной камеры 23, что приведет к одновременному сокращению высоты сильфонного элемента 24 и подъему левого плеча основного рычага 69 до максимальной высоты, т.е. перевод его в наклонное положение в правую сторону, когда под
действием двуплечевого рычага 70 на спиральную пружину 74 произойдет ее прослабление, и переключатель контактов 75 в правой части блока управления работой насосных
камер 23 замкнет контактную группу 76-77, что приведет к подаче электрической энергии
на нагреватель 55 правой насосной камеры 23. И так будет происходить до бесконечности,
пока холодная водопроводная вода будет подаваться в холодильную камеру 34. В противном случае основной рычаг 69 прижмется к оретирующим опорам 81 по причине нагрева
хладона в термобаллоне 58, при котором произойдет расширение сильфона 60 теплового
реле 57, и ось 71, преодолев сопротивление основной пружины диапазона 80, прижмет основной рычаг 69 к его оретирующим опорам 81.
Работа блока управления работой жидкостными насосными камерами изображенного
на фиг. 4.
В начальной позиции контактные группы 76 и 77 по обе стороны от основного рычага
69 разомкнуты, так как основной рычаг 69 расположен параллельно горизонтали. При наклонении основного рычага 69 в левую или правую сторону относительно вертикальной
оси, проходящей по регулировочному винту 63 и по оси 71 сильфона 60, двуплечий рычаг
70 отклоняется на некоторый угол от вертикальной оси и, при этом, происходит ослабление пружины 74 двуплечевого рычага 70, так как верхний конец этого рычага 70 приближается к переключателю контактов 75, который поворачивает рамку 78 в направлении к
стационарно закрепленным на корпусе контактам 77, и два подвижных контакта 76 смыкаются с неподвижными контактами 77, которые по электрической цепи 83 в данный момент соединены с электрическим нагревателем 55 соответствующей насосной камеры 23.
Наклон основного рычага 69 осуществляется благодаря перемещению вверх переключателя 56 насосных камер 23 под действием движения торцевой стенки 26 вверх в результате нагрева теплоносителя 85 и боковой стенки сильфонного элемента 24 жидкостной
насосной камеры 23 выше температуры 30 °С, перед тем, как сильфонный элемент 24
начнет сокращаться по своей высоте. При смыкании группы контактов 76 и 77 происходит
поступление электрической энергии на нагреватель 55 и прогрев теплоносителя 85 в на12
BY 9348 C1 2007.06.30
сосной камере 23, которая в этот момент подключена к сети электроснабжения. Начальный толчок к запуску какой-либо одной из двух насосных камер 23 - левой или правой насосной камеры - задается обслуживающим двигатель оператором при первом запуске в
работу роторного двигателя. Далее шток переключателя насосных камер 56 остается в положении контакта с основным рычагом 69 теплового реле 64 всегда, пока он под давлением другой торцевой стенки 26 второй насосной камеры 23 штока второго переключателя
56 насосных камер 23 на основной рычаг 69 не опустится в свое начальное положение.
Преимущества предлагаемого роторного двигателя по сравнению с прототипом.
1. Предлагаемый двигатель является двигателем внешнего сгорания или внешнего нагрева, который может работать на бросовом топливе или при использовании низкопотенциальной тепловой энергии при небольшом перепаде температур в пределах 5-30 °С
между зонами нагрева и охлаждения, где величина значения верхней температуры подбирается из расчета возможности охлаждения теплоносителя до нижней температуры в процессе циркуляции теплоносителя по полостям и трубопроводам в реальном двигателе при
охлаждении его проточной водой для получения максимального КПД.
2. Для транспортировки рабочего тела по трубопроводам двигателя используются
жидкостные насосы закрытого типа, в которых рабочее тело перемещается за счет потребления тепловой энергии при перепаде температур между нижней и верней точкой в пределах примерно 5-30 °С, а процесс перемещения жидкого теплоносителя осуществляется по
причине использования в качестве материала стенок насоса сильфонной камеры, выполненной из материала с термической памятью формы из сплавов, обладающих прямым и
обратным мартенситным превращением при перепаде температур примерно 15-30 °С,
причем сама сильфонная камера в зависимости от задачи может быть покрыта термоизолирующим материалом как с внутренней, так и с наружной сторон гофр;
3. Ротор двигателя выполнен из пластического материала, в центре которого размещено соответствующей конфигурации внешнему виду ротора тяжелое металлическое тело и
поэтому он является ротором-маховиком способным нивелировать скорость вращения ротора, которая может изменяться при каждом поступлении парообразного рабочего тела в
рабочие полости ротора.
4. Установка в сильфонных элементах жидкостного насоса медных перфорированных
кольцеобразных дисков, обеспечивает ускоренный прогрев теплоносителя за счет передачи тепловой энергии от боковой гофрированной стенки сильфонного элемента через материал перфорированных кольцеобразных дисков жидкому теплоносителю от его внешней
поверхности и изнутри от перфорированных кольцевых дисков.
5. Размещение в двигателе жидкостных насосов, работающих под действием притока
внешней тепловой энергии, способствует перемещению подогретого теплоносителя в ресивер и далее в подогреваемые цилиндры и выработке механической энергии тепловым
двигателем за счет превращения тепловой энергии при перемещении перегретых паров
теплоносителя в рабочие полости ротора, что обеспечивает вращение ротора.
6. Установка на пути движения горячего теплоносителя из насосных камер ресивера,
способствует сбору горячего теплоносителя в единую емкость и сглаживанию колебаний
давлений, вызванных пульсирующей подачей теплоносителя из насосных камер.
7. Установка в верхней торцевой крышке ресивера поплавкового реле, служащего для
включения и выключения электрических нагревателей на ресивере и на цилиндрах обеспечивает своевременный прогрев теплоносителя, поступающего в объем ресивера из жидкостных насосных камер и в объем цилиндров и сферических камер расширения рабочего
тела, что обеспечивает его транспортировку по трубопроводам в соответствующий цилиндр, который в данный момент готов к приему горячего теплоносителя и перегретого
пара в рабочие полости ротора-маховика.
8. Использование в качестве регулирующего устройства блока управления насосными
камерами для обеспечения их последовательного включения в электрическую сеть, со13
BY 9348 C1 2007.06.30
стоящего из чувствительного элемента, передаточного механизма, механизма настройки,
контактной группы, и переключателя насосных камер, где основным задающим элементом является термочувствительный баллон, соединенный капиллярной трубкой с межстеночным пространством между сильфоном и кожухом, представляет собой надежный
прибор управления работой роторного двигателя.
9. Обеспечение блока управления насосными камерами основным рычагом, ось вращения которого находится на вертикальной оси и размещена в опоре основного рычага,
разделяющей этот рычаг на две равные половины и симметричное размещение в каждой
из этих половин двуплечевого рычага с переключателем контактов, рамки, контактной
группы, плоской и спиральной пружин двуплечевого рычага, электрической проводки для
подключения левой и правой насосных камер и электрических разъемов, в отличие от
аналога (см. список аналогов п. 4) в корне изменило функцию основного рычага и позволило этому блоку попеременно управлять работой каждой из двух насосных камер.
10. Устройство представляет собой надежный простой двигатель непрерывного вращения, не требующий как двигатель внутреннего сгорания для его работы дорогого топлива и может работать от бросового тепла или солнечной энергии при температуре
окружающей среды не выше 40-50 °С в зависимости от температуры кипения применяемого теплоносителя, не требует постоянного обслуживания, как двигатель внутреннего
сгорания, в нем отсутствует кривошипно-шатунный механизм, применение которого требует больших затрат поступающей тепловой энергии и экономит уже полученную механическую энергию, которая обычно затрачивается на преодоление трения в трущихся
деталях передаточных механизмов.
11. Изобретение позволяет повысить эффективность преобразования тепловой энергии
в механическую за счет отсутствия передаточных механизмов и размещения ротора непосредственно на валу двигателя.
12. Предлагаемый двигатель обеспечивает получение на валу значительного крутящего момента, регулируемого изменение интенсивности нагревания и охлаждения испарителя и конденсатора.
13. Нахождение теплоносителя, который выполняет функцию рабочего тела, в замкнутом объеме позволяет использовать его параметры температуру кипения, испарения и теплоемкости для создания оптимального теплового цикла.
14. Предлагаемое устройство является двигателем внешнего сгорания с внешним подводом тепловой энергии, преобразуемой в механическую энергию и не требует для своей
работы дорогостоящих источников тепла.
Размещение в цилиндре 2 рулона 13 металлической мелкоячеистой сетки плотно упакованной и впрессованной в его объем, способствует тому, что при поступлении в объем
цилиндра 2 жидкого теплоносителя 85 в нем за счет подогрева наружной поверхности цилиндра электронагревателем 14 происходит прогрев поверхности обечайки цилиндра и
через контакт металлической мелкоячеистой сетки быстрый прогрев самого теплоносителя 85. При прогреве теплоносителя 85 происходит выделение паров жидкой фазы теплоносителя и повышение давления в цилиндре 2, при достижении в нем заданного давления,
регулируемый нагнетательный клапан 4 открывается и пары перегретого теплоносителя
85 поступают через впускное сопло 3 в объем рабочей полости 6 ротора-маховика 5.
Размещение сопла 3 на статоре 1 под малым углом к боковой поверхности роторамаховика 5 обеспечивает получение максимального крутящего момента ротора 5.
Создание рабочих полостей 6 в теле ротора-моховика 5, выполненных в виде С-образной
конфигурации, способствует эффективному направлению потока паров теплоносителя 85 по
касательной к образующей ротора 5 в центре рабочей полости 6, что приводит к эффективному и экономному расходованию энергии струи пара для получения высокого КПД двигателя.
Выполнение наружной поверхности ротора-маховика 5 из гибкого пластического материала и образование в нем рабочих полостей 6 обеспечивает плотное прилегание ци14
BY 9348 C1 2007.06.30
линдрической поверхности ротора-маховика 5 к внутренней цилиндрической поверхности
статора 1 и, особенно в утонченных местах, края рабочих лопаток 7, что способствует постоянному уплотнению рабочих поверхностей и рабочих полостей 6.
Установка в рабочих полостях 6 ротора 5 продольных подвижных, закрепленных в теле ротора маховика 5 дополнительных подвижных рабочих лопаток 15, выполненных из
гибкого пластического материала с боковыми торцевыми выступами 18, утончающимися
в верхней их части к боковым стенкам 16 статора 1 и выполнение переднего края дополнительных лопаток 15 с утонением к краям рабочих полостей 6, обеспечивает возможность прогиба их таким образом, что позади лопаток образуется свободное пространство
заполняемое газовой средой, которое служит в качестве амортизирующей газовой пружины 17, и является необходимым условием для обеспечения герметичности этой газовой
полости, что служит для плавного вращения ротора-маховика 5 при впуске через впускное
сопло 3 струи паровой фазы рабочего тела 85.
Выполнение ротора 5 из гибкого пластического материала, в центре которого размещено соответствующей конфигурации тяжелое металлическое тело, жестко установленное
на подшипниках 11 в статоре 1, превращает сам ротор в ротор-маховик 5, и это, после соответствующей балансировки ротора 5, сказывается на плавности его вращения.
Выполнение рабочих лопаток 7 ротора - маховика 5 из гибкой пластической массы
типа фторопласт-4 и установка в полости ротора дополнительных подвижных рабочих лопаток 15, организует постоянное амортизирующее уплотнение внутренней цилиндрической поверхности статора 1 при перемещении дополнительных рабочих лопаток 17 в
пространстве рабочих полостей 6 ротора-маховика 5 при содействии амортизирующей газовой пружины 17.
Установка в жидкостной холодильной камере 34 змеевика-конденсатора 35, обеспечивающего охлаждение и конденсацию паров теплоносителя 85, является необходимым условием для уменьшения размеров холодильной камеры 34 и ее компактного размещения
на станине двигателя.
Установление в насосной камере 23 вертикально расположенного сильфонного элемента 24, выполненного из материала с термической памятью формы, выполненной монотонно увеличивающейся по своей толщине от дна насосной камеры 23 к ее подвижной
торцевой стенке 26, в которых установлены соответственно всасывающий и нагнетательный 30 патрубки с всасывающим и нагнетательным 30 клапанами образует в совокупности указанных деталей объемную жидкостную насосную камеру 23, предназначенную для
перекачивания жидкого теплоносителя 85 вместе с его паровой фазой.
Выполнение боковой гофрированной стенки сильфонного элемента 24 жидкостной
насосной камеры 23 из материала с термической памятью формы, обеспечивает при прогреве теплоносителя в объеме жидкостной насосной камеры 23 до температуры прямого
мартенситного превращения 15 °С делает возможным производить забор жидкого теплоносителя 85 в объем насосной камеры 23 в результате увеличения длины стенки сильфонного элемента 24.
Выполнение боковой гофрированной стенки сильфонного элемента 24 жидкостной
насосной камеры 23 из материала с термической памятью формы, обеспечивает при прогреве стенки сильфонного элемента 24 и прогрев теплоносителя 85 в объеме этой насосной камеры 23 до температуры обратного мартенситного превращения несколько больше
30 °С, и изменение длины сильфонного элемента 24 в сторону его сокращения, что приводит к перемещению жидкой и паровой фазы теплоносителя 85 по трубопроводам, каналам
и полостям ротора 5 и статора 1 к коллектору 19 и выходному каналу трубопровода 20 роторного двигателя.
Выполнение боковой стенки сильфонного элемента 24 из материала с термической
памятью формы с монотонно увеличивающейся толщиной от нижней неподвижной торцевой стенки 25 к верхней подвижной торцевой стенке 26, обеспечивает плавное сокра15
BY 9348 C1 2007.06.30
щение длины сильфонного элемента 24, и, следовательно, замедленное перемещение жидкой фазы теплоносителя 85 по трубопроводам двигателя, что положительно сказывается
на равномерном вращении вала 89 двигателя.
Размещение в насосной камере 23 сильфонного элемента 24, работающего под действием притока тепловой энергии, способствует перемещению горячего теплоносителя 85 с его
паровой фазой по трубопроводам 37 в объем цилиндра 2 и далее в камеру сферической
формы 9 и через впускное сопло 3 в объем рабочей полости 6 для обеспечения вращения
ротора-маховика 5 в статоре 1, и для выработки механической энергии роторным двигателем.
Установка на пути движения нагретого теплоносителя 85 из насосных камер 23 ресивера 22, способствует сбору теплоносителя 85, поступающего из насосных камер 23 в единую емкость ресивера 22 и сглаживанию колебаний давлений, вызванных пульсирующей
подачей теплоносителя 85 из жидкостных насосных камер 23.
Установка в сильфонных элементах 24 насосной камеры 23 медных перфорированных
дисков 32 обеспечивает ускоренный прогрев теплоносителя 85 за счет передачи тепловой
энергии от боковой стенки сильфонного элемента 24 и через материал перфорированных
дисков 32 жидкому теплоносителю 85.
Выполнение верхней торцевой стенки 26 насосной камеры 23 подвижной с возможностью ее перемещения под действием перемещения сильфонного элемента 24, обеспечивает плавное возрастание давления паровой фазы в объеме насосной камеры 24.
Установка в верхней торцевой крышке ресивера 22 поплавкового реле 39, служащего
для включения и выключения электрического нагревателя 40 ресивера 22 и электрического нагревателя 14 цилиндров 2, обеспечивает последовательное и своевременное подключение обоих нагревателей 40 и 14 и прогрев теплоносителя 85 в ресивере 22 и в
парогенераторе цилиндра 2, поступающего в их объем из жидкостных насосных камер 23.
Установка в подвижном направляющем цилиндре 46 поплавкового реле 39 пустотелого поршня 47, выполненного из фторопласта-4 или его других модификаций, обеспечивает перемещение штока поплавка 42 в подвижном направляющем цилиндре 46 без
перекосов и заеданий, что предотвращает превышение уровня жидкости в ресивере 22,
способствует предотвращению возможных осложнений в процессе эксплуатации ресивера
22 и соблюдению техники безопасности при эксплуатации сосудов под давлением.
Включение в устройство роторного двигателя блока 54 управления работой жидкостными насосными камерами 23 является необходимым условием для обеспечения последовательной и синхронной работы двух насосных камер 23 с целью обеспечения
последовательной поставки теплоносителя 85 в ресивер 22 и для поддержания в нем постоянного уровня жидкого теплоносителя 85, подача которого в цилиндры 2, обеспечивается работой поплавкового реле 39.
Обеспечение блока управления насосными камерами 54 основным рычагом 69, ось 71
вращения которого находится на вертикальной оси, проходящей через ось симметрии и
размещена в опоре 81 основного рычага 69, разделяющей этот рычаг 69 на две равные половины и симметричное размещение в каждой из этих половин двуплечевого рычага 70,
переключателя контактов 56, упругого пружинящего рычага 75, рамки 80, контактной
группы 76 и 77, плоской 73 и спиральной пружин 74 двуплечевого рычага 70, и пружины
рамки 78, электрической проводки 83 для подключения левой и правой насосных камер и
электрических разъемов 84, в корне изменило функцию основного рычага 69, как рычага
управляющего работой только одной контактной группы 76 и 77 и позволило ему управлять попеременно двумя контактными группами 76 и 77, размещенными на противоположных половинах этого блока и превратило этот блок в реле 57 по управлению
электрическими нагревателями 55 двух насосных камер 23, т.е. превратило этот блок 54 в
тепловое реле.
Оборудование блока управления жидкостными насосными камерами 54 двуплечим
рычагом 70 обеспечивает механику отключения и включения контактной группы 76 и 77
16
BY 9348 C1 2007.06.30
при нарушении параллельности расположения основного рычага 69, так как при наклоне
основного рычага 69, например, вправо, двуплечий рычаг 77 поворачивается по часовой
стрелке относительно оси своего вращения и натяжение спиральной пружины 74 переключателя контактов 75 уменьшается, в результате контакты 76 и 77 замыкаются, и электрический ток поступает на нагреватель 55 правой насосной камеры, и, наоборот, при
наклоне основного рычага 69 в левую сторону, происходит включение контактной группы
76 и 77, обеспечивающих работу левой насосной камеры 23.
Установка термобаллона 58 в объеме холодильной камеры 34 с циркулирующей водопроводной водой является необходимым условием для обеспечения включения основного
рычага 69 и для исключения непредвиденной поломки теплового реле 57. При изменении
температуры в холодильной камере 34 в сторону ее понижения сильфон 60 теплового реле 57
под воздействием разности усилий пружин: основной пружины 80 и пружины 72 возвращается в первоначальное состояние (растягивается), что обеспечивает освобождение основного
рычага 69 от оретации, т.е. от контакта с оретирующими опорами 81. Это обеспечивает свободу основному рычагу 69 для отклонения от его горизонтального положения под воздействием переключателей 56 левой или правой насосных камер по или против часовой стрелки
относительно вершины вертикальной оси 71 сильфона 60 теплового реле 57.
Установка на цилиндре 2 электрического нагревателя 14 необходима для обеспечения
паровой фазой теплоносителя роторного двигателя, что превращает цилиндр 2 в парогенератор.
Установка в блоке управления 54 работой насосных камер пружинящего рычага 75,
представляющего собой гибкую пружинящую пластину, покрытую электроизоляционным
материалом, по середине которой установлена рамка 78, внутри которой закреплен на оси
поворота переключатель контактов 75, выполненный из электроизоляционного материала,
обеспечивает возможность смягчения ударного соприкосновения двух электрических контактов 76 с контактами 77.
Для обеспечения правил электробезопасности корпус блока управления работой жидкостными насосными камерами 54 выполнен из электроизоляционных материалов.
В качестве теплоносителя и рабочего тела в двигателе предпочтительно использовать
N2O4 как наиболее подходящий по техническим параметрам, но можно использовать и воду, спирты, эфиры и т.п.
Существует большой класс неорганических многоатомных газов, в которых имеют
место термические обратимые химические реакции с тепловыми эффектами. Такие газы
при нагреве подвергаются диссоциации с увеличением числа молей. Из них наиболее изучена и представляет наибольший интерес диссоциирующая система N2O4 - 2NO2 149 ккал/кг - 2NO + O2 - 293 ккал/кг.
Температурный диапазон первой стадии реакции находится в интервале 21-170 °С,
второй - 140-850 °С. Увеличение давления смещает равновесие влево, в сторону более тяжелых компонентов. Наличие больших тепловых эффектов как по первой, так и по второй
стадии реакции существенно увеличивает значение теплофизических свойств. В таких
диссоциирующих системах теплоемкость и теплопроводность до порядка (3-9) раз превышает обычную молекулярную теплопроводность. Это представляет большой интерес
для улучшения теплосъема, так как обеспечивает повышение коэффициентов теплообмена. Например, максимальные значения эффективности теплоемкости при 1 ата и 80-100 °С
достигают величин 2,3-2,4 ккал/кг. град.
Так как диссоциирующая система N2O4 имеет малую теплоту испарения 99 ккал/кг,
что значительно меньше, чем на водяном паре (540 ккал/кг), то это позволяет использовать этот теплоноситель как рабочее тело уже при низких температурах (27-32 °С) и давлениях (1,3-1,7 ата), т.е. могут быть осуществлены газожидкостные циклы с низкими
параметрами линии насыщения N2O4. Диссоциирующая система N2O4 обеспечивает выделение тепла реакции в процессе рекомбинации 2NO + O2 - 2NO2 на стороне низкого дав17
BY 9348 C1 2007.06.30
ления (Qxp = 293 ккал/кг), что обеспечивает возможность более полной регенерации тепла,
чем на воде при создании соответствующих условий.
Физико-химические свойства диссоциирующей системы N2O4:
молекулярный вес М; г/моль
92,02
температура плавления tпл, °C
-11
21,5
нормальная температура кипения tн, °С
158,3
критическая температура tкр, °С
критическое давление Ркр, ата
103,3
критический объем Vкр, см3/моль
165,3
3
1,49 [5].
удельный объем жидкости при 0 °С, г/см
Материалы стойкие в тетраоксиде диазота.
Фторопласт-4 рабочие температуры 260 °С.
Совершенно стойки после длительной выдержки в четырехокиси азота фторопласт-4 и
полимеры на его основе (-4М, -4Д, -40, -42Б, ФУМ-Ф) и они могут быть применимы в качестве прокладочно-уплотнительных материалов при указанных выше температурах.
Стекла, ситаллы и стекловолокно совместимы и стойки в четырехокиси азота.
К материалам стойким в четырехокиси азота следует отнести нержавеющие стали аустенитного, мартенситного, и ферритного классов. Например 2X13, Х25, Х28. Х18Н10Т,
ЭИ 654, ЭИ 268, ЭИ 268, ЭИ 417, ЭИ 432, ЭИ 696, ЭИ 629, ЭИ 847, ЭИ 402, ЭИ 211, ЭИ
211, ЭИ 811, ВЖ 100, ЭП-56, ЭП-54, ЭИ 802, ЭИ-695Р, ЭИ 612, ЭИ-961, ЭИ 572, ЭП-428,
ЭП 337, ЭП758 [6].
Источники информации:
1. Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - С. 72.
2. А.с. СССР 1423783, МПК F 04 В 17/00, 43/00.
3. Улейский Н.Т., Улейская Р.Н. Холодильное оборудование. - М.: Феникс, 2000. - С. 90.
4. Патент RU 2074967, МПК 6 F 02В 53/00 10.03.97, Бюл.№ 7.
5. Нестеренко В.Б. Физико-технические основы применения диссоциирующих газов
как теплоносителей и рабочих тел атомных электростанций. - М.: Наука и техника, 1971. С. 24.
6. Руководящий материал по подбору коррозионно-стойких материалов для АЭС, работающих на N2О4. - Ленинград, 1972.
Фиг. 2
Фиг. 3
18
BY 9348 C1 2007.06.30
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
19
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
589 Кб
Теги
9348, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа