роторно-спиральный двигатель

Формула изобретения

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.

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.

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.

Описание изобретения к патенту

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.

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/.

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/.

Однако эти двигатели содержат ряд недостатков: низкий КПД, большие потери тепла при подводе рабочего тела к двигателю, низкий механический КПД, сложность конструкции.

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.

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.

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.

Спиральные элементы могут быть также выполнены состоящими из набора лент, установленного в канавках подвижного диска ротора с возможностью их продольного перемещения при температурном расширении.

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.

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.

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.

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.

Двигатель работает следующим образом.

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.

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.

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.