| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Ринок технологій / Актуальні винаходи і моделі / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2171906
РУХОВА ВСТАНОВЛЕННЯ І РОТОРНИЙ ДВИГУН
Ім'я заявника: Владимиров Порфирій Сергійович
Ім'я винахідника: Владимиров Порфирій Сергійович
Ім'я патентовласника: Владимиров Порфирій Сергійович
Адреса для листування: 249020, Калузька обл., М Обнінськ, вул. Енгельса, 19, кв.6, П.С.Владімірову
Дата початку дії патенту: 1998.11.20
Винаходи відносяться до енергетики, зокрема до авіаційних силових установок. Рухова установка містить турбіну і компресор низького тиску, два рушія з валами, встановлені співвісно. Установка містить два двигуна з валами, встановлені співвісно. Установка містить два двигуна з співісними роторами, встановленими з можливістю протилежного напрямку обертання. Вали рушіїв пов'язані з роторами двигунів і в них виконані осьові отвори. Один з валів рушіїв розташований в отворі іншого вала. Всередині обох валів встановлений вал зв'язку компресора і турбіни низького тиску. У руховій установці може бути використаний роторний двигун, в статорі якого встановлений провідний ротор і ведені ротори, при цьому впускні і випускні вікна продувки западин виконані в розточеннях статора під ведені ротори. Завданням винаходів є підвищення ККД роторного двигуна, а отже і рухової установки.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винаходи відносяться до енергетики, зокрема до авіаційних силових установок, і можуть бути використані в рухових комплексах на водному транспорті.
Відомий спарений турбогвинтовий двигун з виносним редуктором для приводу двох співвісних гвинтів (Ськубачевський Г.С. Авіаційні газотурбінні двигуни. М.: Машинобудування, 1981 г., с. 15, фіг. 1,1), що містить два встановлених паралельно газотурбінних двигунів.
Недоліками зазначеної схеми є велика площа миделя і значний лобовий опір, знижує польотний ККД, а й велика маса, складність і невисока надійність конструкції із знижуючим редуктором.
Відома конструктивна схема турбореактивного двухконтурной установки (Ськубачевський Г.С. Авіаційні газотурбінні двигуни. М .: Машинобудування, 1981, с. 8, 10, фіг. 1.03б, 1.06), прийнятої в якості прототипу для першого винаходу і містить турбіну і компресор низького тиску і рушій, наприклад вентилятор, з валом. Ця конструкція не містить редуктора, але ККД рушія порівняно низький внаслідок незначною мірою двоконтурності і істотних втрат в нерухомих направляючих лопатках вентилятора.
З патентної літератури відомий роторний двигун внутрішнього згоряння (GB, патент 1057282 А, кл. F 01 З 1/20, опубл. 01.02.1967 р), прийнятий як прототип для другого винаходу і містить статор з корпусом і двома торцевими кришками, замикаючими внутрішню робочу порожнину у вигляді трьох пересічних циліндричних расточек, в центральній з яких розташований провідний ротор з п'ятьма циклоїдальний виступами (зубами), а в двох крайніх розміщені два ведених ротора з трьома западинами у кожного, сполученими безконтактно з мінімальними зазорами з виступами ведучого ротора. У центральній порожнини розташовані камери стиснення і розширення, а в корпусних стінці її виконані вікна з патрубками для впуску повітряного заряду і випуску розширилися продуктів згоряння.
У корпусних стінках бічних порожнин з відомими роторами є випускні вікна, з'єднані перепускним каналом з камерою розширення, впускні вікна для продувки западин ведених роторів стиснення повітрям і форсунки для вприскування палива. Двигун працює по двотактному циклу, чисто обертальний рух його роторів забезпечує унікальну швидкохідні і мінімальну питому масу. До недоліків його слід віднести відносно малий робочий об'єм камери розширення, рівний половині обсягу камери в центральній порожнини, оскільки друга половина зайнята камерою стиску; функціонування перепускного каналу при великих швидкостях роторів неефективно через інерційності газу в каналі, дроселювання і ударного розширення продуктів згоряння з втратою енергії, необхідності в скоєнні додаткової роботи на їх подальше витіснення в випускний патрубок.
Завданням першого винаходу є підвищення економічності шляхом зниження витрати палива, площі миделя, питомої маси, підвищення ККД двигуна.
Технічний результат досягається тим, що рухова установка містить турбіну і компресор низького тиску і рушій, наприклад вентилятор, з валом, другий рушій з валом, встановлений співвісно першому рушія і два двигуни з співісними роторами, встановленими з можливістю протилежного напрямку обертання, вали рушіїв пов'язані з роторами двигунів і в них виконані осьові отвори, причому один з валів розташований з зазором в осьовому отворі іншого вала і одного з роторів, а всередині обох валів і роторів встановлений вал зв'язку компресора і турбіни низького тиску. Кожен двигун містить ведучий і ведений ротори циклоїдальний зачеплення, різниця в кількості зубів яких дорівнює одиниці. Вал одного з рушіїв розвантажений на завзятий підшипник, встановлений між двигунами.
Вали рушіїв з'єднані з роторами з можливістю осьового зсуву.
Вали рушіїв з'єднані з роторами через редуктори. Установка виконана із заднім розташуванням рушіїв.
Другий по ходу руху установки рушій з'єднаний з соплом, останньою сходинкою турбіни і заднім обтічником. Диск першого по ходу руху установки рушія забезпечений турбінними вінцями, а його вал розвантажений на завзятий підшипник, встановлений в шпангоуті, нерухомо з'єднаний з напрямних апаратом турбіни і гондолою. Спрямляющій апарат компресора з'єднаний з ротором двигуна. Установка виконана з переднім розташуванням рушіїв. Компресор і повітрозабірник встановлені на першому по ходу руху установки рушій.
Завданням другого винаходу є підвищення питомої потужності і ефективного ККД, спрощення конструкції.
Технічний результат досягається тим, що випускні вікна продувки западин безпосередньо з'єднані з випускним трактом, впускні вікна камери стиснення виконані в розточеннях ведених роторів, підібрано оптимальне число зубів ведучого ротора і ведених роторів.
Фіг. 1 зображена рухова установка в осьовому розрізі
Фіг. 2 - розріз А-А рухової установки
Фіг. 3 - роторний двигун в осьовому розрізі
 |
 |
Фіг. 4, 5 - поперечний розріз по EE | |
Фіг. 6, 7 - варіанти Трироторна двигуна
Рухова установка містить гондолу 1, в якій нерухомо закріплені корпусу двох роторних двигунів 2 і 3. У корпусах на підшипниках 4, 5, 6, 7 встановлені провідні ротори 8 і 9, кожен з яких виконаний з парних (4, 6, 8 і т . Д.) числом зубчастих виступів, утворених еквідістантой від епіціклойди і знаходяться в зачепленні з веденими роторами 10, 11, 12, число зубів яких на один зуб більше (наприклад, 5, 7, 9), причому зуби окреслені обвідної гіпоціклойд або близькою до ній кривої. Ведені ротори розвантажені в корпусі за допомогою підшипників з газової мастилом; в западинах зубів ведених роторів виконані перепускні вікна 13, які поблизу В.М.Т. нагнітальними каналами 14 і наповнювальними каналами 15 повідомлені з камерами згоряння 16, в яких встановлені паливні форсунки 17. Осьова довжина роторів 11 в два рази більше довжини роторів 10, 12 і вони зміщені діаметрально протилежно від осі ведучого ротора. У торцевих кришках 18 і дисках 19 корпусу в області н.м.т., що відповідає максимальному обсягу камер, виконані впускні 20 і випускні 21 продувні вікна 22, з'єднані відповідно з внутрішньою порожниною гондоли, яка з'єднана з виходом компресора низького тиску 23 і з випускним колектором 24, вихід якого з'єднаний з робочим трактом газової турбіни 25. Робочі камери двигунів забезпечені ущільнювачами з газової мастилом 26, 27, конструкція яких відома (SU, авт. свід. 958755 А, кл. F 16 J 15/44, опубл. 15.09 .1982).
Крім того, двигуни мають систему активного управління зазорами між роторами і корпусом, яка подібна до (SU, авт. Свід. 1414964, кл. F 02 В 55/00, опубл. 07.08.1988) та на кресленні не зображена. Для мінімізації зазорів і витоків газу доцільно застосування облітерації зазорів безпосередньо при роботі двигуна (RU, патент 2013582, кл. F 02 В 53/00, опубл. 30.05.1994).
Усередині провідних роторів виконані порожнини, канали і теплообмінні ребра системи охолодження, а й осьові отвори в яких за допомогою шліцьового з'єднання (наприклад, з проміжними кульками) з можливістю осьового зсуву встановлені вал 28 вентилятора або гвинта 29 і вал 30 вентилятора 31. Вал 28 за допомогою радіально -упорного підшипника 32 встановлений в шпангоуті 33, скріпленому через нерухомі напрямні лопатки 34 з корпусом. З шпангоутом скріплений і направляючий апарат 35. На валу 28 зафіксована турбіна 25, с вентилятором 29 з'єднана турбіна 36, с вентилятором 31 скріплені останній ступінь турбіни 37, сопло 38 і задній обтічник (кок) 39. Вал 30 пропущений через осьовий отвір ротора 9 і розвантажений через радіально-завзятий підшипник 40, розташований між двигунами, на корпус.
В осьовому отворі вала 30 розміщений вал зв'язку 41 між турбіною 42 і ротором 23 компресора низького тиску. Вінці 43 спрямляющего апарату компресора низького тиску встановлені або в корпусі, або в барабані 44, який через лопатки 45 і диск 46 жорстко з'єднаний з ведучим ротором 8. Ротор компресора встановлений на підшипниках 47, 48. У дисках вентиляторів 29, 31 є кільцеві канали з вінцями турбінних лопаток 49, 50. Можливий варіант рухової установки з традиційними лопаток газотурбінними двигунами замість роторних, при цьому вали рушіїв доцільно поєднати з валами двигунів через понижуючі редуктори. Можливо і виконання установки з переднім розташуванням вентиляторів, в цьому варіанті компресор і повітрозабірник 51 можуть бути встановлені на передньому вентиляторі.
При обертанні роторів 8, 11 обсяг межзубових камер змінюється від мінімального в В. М.Т. до максимального в н.м.т. Приблизно за 30 o до н.м.т. відкриваються випускні вікна 21, потім впускні вікна 20 і стиснутим в компресорі 23 повітрям здійснюється прямоточна продування робочих камер роторних двигунів, продукти згоряння через колектор 24 надходять в газові турбіни 25, 36, 49, 50, 42, 37. У фазі ~ 270 o після В.М.Т. продування закачується, повітря стискається до тиску ~ 2 МПа, через вікна 13 і нагнітальні канали 14 з завихренням витісняється в камеру згоряння 16, змішується з паливом, що подається форсункою 17, суміш запалюється і згорає з підвищеним тиском до ~ 7 МПа, потім відбувається розширення продуктів згоряння і продування. Діаметрально протилежну зміщення ведених роторів 11 щодо роторів 10, 12 забезпечує урівноваження радикальних сил тиску газу на провідний ротор 8 і розвантаження їх підшипників. Потужність роторних двигунів через вали 28, 30 передається вентиляторами 29, 31, які мають протилежне напрямок обертання; крутний момент на вентиляторах додатково збільшується турбінами 25, 36, 49, 50, 37. Енергія вільної турбіни 42 забезпечує через вал 41 привід компресора 23.
Техніко-економічну ефективність пропозиції корисно показати на наступному прикладі:
Основні технічні дані рухової установки з 5-секційними роторними двигунами (орієнтовні):
Довжина, мм - 3800
Площа міделю ( 
740 мм), м 2 - 0,43
Маса, кг - 1100
Діаметр вентилятора, мм - 2400
Ступінь двоконтурності - 56
Потужність - 8000 КВт
Питома маса, кг / КВт - 0,138
Температура в камері згоряння - 2800 К
Ступінь підвищення тиску (на висоті 10 км) - 200
Уд.расход палива - 0,15 кг / кВт · год
Уд.тяга - 0,134 кг / кгс
Частота обертання валів - 3000 об / хв
Коефіцієнт надлишку повітря - 1
Високі технічні показники мають природне пояснення: висока температура газів в камері згоряння, що перевищує приблизно на 1000 К рівень температур в сучасних газових турбінах, високий ступінь підвищення тиску, можливість виключення з конструкції понижуючого редуктора і ін.
Ретельна оптимізація конструкції і застосування сучасних матеріалів (вуглепластик, кераміка, силікатне скло, лейкосапфир, ситалли і ін.) Забезпечують значне підвищення зазначених переваг.
Установка зберігає переваги при використанні традиційних газотурбінних двигунів завдяки співвісний їх розташуванню (зменшення миделя) і високому ККД співвісних вентиляторів або гвинтів.
Роторний двигун містить статор 51 з розташованої в ньому робочої порожниною, утвореної центральним циліндричним отвором з провідним ротором 52 і чотирма пересічними з центральним отвором расточками під ведені ротори 53; з якими скріплені торцеві кришки 54, 55, в яких на підшипниках 56, 57 встановлені провідний ротор з валом 58 і ведені ротори 53, рівномірно розташовані навколо провідного ротора в розточеннях корпусу. Ведучий ротор забезпечений виступами-зубами 59 циклоїдальний профілю, пов'язані з западинами 60 на ведених роторах. У центральному циліндричному отворі є випускні вікна 61 з патрубками 62, в розточеннях під ведені ротори виконані впускні вікна 63 для продувки камер стиску 64, які утворені обсягами западин 60 і фрагментами 65 в центральній порожнини, розташованими між вікнами 61 і веденими роторами. Крім того, в розточеннях статора під ведені ротори виконані випускні 66 і впускні 67 вікна для продувки западин від продуктів згоряння. Впускні вікна 63 і 67 патрубками 68 з'єднані з агрегатом наддуву, наприклад, з турбокомпресором. На фіг. 4, 5 впускні вікна 63, 67 суміщені в одному вікні із загальним патрубком; можливо їх роздільне виконання і з'єднання кожного зі своїм патрубком, наприклад, для продувки камер стиску повітрям більш високого тиску, ніж при продувці западин від продуктів згоряння через патрубки 69, з'єднані з випускним трактом. Доцільно виконання патрубків з резонансною довжиною, що підвищує ефективність продувки западин, і дозарядки камер стиснення шляхом динамічного наддуву. Обертання роторів синхронізовано шестернями зв'язку 70, 71 в корпусі встановлені пристрої займання 72, в якості яких можуть бути свічки запалювання і (або) паливні форсунки.
Корпус і ротори виконуються з жароміцних матеріалів з низьким коефіцієнтом теплового розширення (КТР), наприклад, з конструкційної кераміки, ситалла, лейкосапфира, углекона і ін., І пов'язані між собою з мінімальними зазорами порядку 0,02-0,1 мм робочі поверхні їх можуть мати щодо "м'які" стирається покриття, наприклад, на основі графіту; вершини зубів ведучого ротора і кромки западин ведених роторів покриваються матеріалом високої твердості і зносостійкості. Крім того, на ущільнюючих крайках западин, на вершинах зубів, на задній (по ходу) поверхні зубів ведучого ротора і на поверхнях расточек доцільно виконання лабіринтових ущільнень, наприклад, у вигляді рисок-канавок, розташованих по котра утворює. Оптимальне число зубів ведучого ротора і кількість ведених роторів приймається від двох до п'яти, причому числа зубів і ведених роторів можуть бути рівні, як на фіг. 4; (При цьому підшипники 56 ведучого ротора практично повністю розвантажені від сил тиску газу), або числа зубів і ведених роторів виконуються з різницею в одиницю (наприклад, чотири відомих ротора і п'ять зубів; позитивний ефект - рівномірність крутного моменту на вихідному валу 58). У розточеннях статора під ведені ротори можуть бути виконані додаткові канали 73 для збільшення ступеня розширення газу з западин 60, але при цьому позитивний ефект слід порівняти з негативним від короткочасної (практично миттєвою) втрати герметичності в момент проходження вершини зуба ротора через канал.
Вельми проста конструкція зображена на фіг. 6, 7, вона містить двозубий провідний ротор 84 і два ведених ротора 75 з трьома западинами 76 у кожного; впускні 77 і випускні 78 патрубки для продувки западин стисненим повітрям або бензоповітряної сумішшю, випускні патрубки 79, розташовані в передній по ходу ведучого ротора частини корпусу камери розширення 80, засіб займання 81 (форсунка або свічка запалювання). При використанні роторного двигуна в складі рухової установки на фіг. 1, 2 по осі ведучого ротора виконуються наскрізні отвори. Можливий варіант з патрубками 82 і вікнами 83 для продувки камер стиску 76, виконаними роздільно з патрубками 77 (див. Фіг. 7).
При роботі двигуна через патрубки 68, 69 стисненим повітрям від вентилятора або турбокомпресора здійснюється продування западин 60 ведених роторів, потім впорскування палива через форсунку 72 з великим випередженням, відповідним швидкохідності двигуна, продування камери стиснення через вікна 63 з випуском продуктів згоряння через патрубок 62, стиснення до мінімального обсягу (В. М. Т., см. фіг. 4), де закінчується період підготовки суміші і затримки запалення, потім займання, згоряння, розширення в западинах 60, приблизно дворазове продовження розширення в камерах 74 і випуск відпрацьованих газів через патрубки 69 в випускний колектор і турбіну агрегату наддуву. Виконання двигуна з двома виступами ведучого ротора і двома відомими роторами з трьома западинами у кожного забезпечує з'єднання в процесі розширення обсягу западини з камерою розширення до початку випуску газів в випускний патрубок 79 (див. Фіг. 6), таким чином, потреба в перепускному каналі, наявному в відомому аналогу, відпадає, усуваються супутні йому недоліки. Такий же позитивний ефект проявляється при тризубі роторі з трьома відомими роторами, що мають по три западини, і при четирехзубие роторі, зв'язаних з чотирма відомими роторами з двома западинами у кожного.
Безконтактні ущільнення забезпечують високі окружні швидкості роторів (близько 50-100 м / с), Адіабатний режим роботи з мінімально дозованим охолодженням найбільш нагрітих місць корпусу і неохолоджуваними роторами; виключається мастило роторів і угар масла, при цьому втрати від витоків газу менше механічних втрат на тертя в поршневих двигунах. Сукупна дія зазначених чинників забезпечує створення надзвичайно легкого двигуна з питомою масою ~ 0,03 кг / кВт, простого, надійного, екологічного, з великим ресурсом роботи і високим ефективним ККД.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Рухова установка, що містить турбіну і компресор низького тиску і рушій, наприклад вентилятор, з валом, що відрізняється тим, що вона додатково забезпечена другим рушієм з валом, встановленим співвісно з першим рушієм і двома двигунами з співісними роторами, встановленими з можливістю протилежного напрямку обертання , вали рушіїв пов'язані з роторами двигунів і в них виконані осьові отвори, причому один з валів розташований з зазором в осьовому отворі іншого вала і одного з роторів, а всередині обох валів і роторів встановлений вал зв'язку компресора і турбіни низького тиску.
2. Рухова установка по п.1, що відрізняється тим, що кожен двигун містить ведучий і ведений ротори циклоїдальний зачеплення, різниця в кількості зубів яких дорівнює одиниці.
3. Установка по п. 2, яка відрізняється тим, що вал одного з рушіїв розвантажений на завзятий підшипник, встановлений між двигунами.
4. Установка по п.2, що відрізняється тим, що вали рушіїв з'єднані з роторами з можливістю осьового зсуву.
5. Установка по п.2, що відрізняється тим, що вали рушіїв з'єднані з роторами через редуктори.
6. Установка по п.2, що відрізняється тим, що вона виконана із заднім розташуванням рушіїв.
7. Установка по п.6, що відрізняється тим, що другий по ходу руху установки рушій з'єднаний з соплом, останньою сходинкою турбіни і заднім обтічником.
8. Установка по п.6, що відрізняється тим, що диск першого по ходу руху установки рушія забезпечений турбінними вінцями, а його вал розвантажений на завзятий підшипник, встановлений в шпангоуті, нерухомо з'єднаний з напрямних апаратом турбіни і гондолою.
9. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що спрямляющій апарат компресора з'єднаний з ротором двигуна.
10. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що вона виконана з переднім розташуванням рушіїв.
11. Установка по п.10, що відрізняється тим, що компресор і повітрозабірник встановлені на першому по ходу руху установки рушій.
12. Роторний двигун, що містить статор з робочою порожниною, утвореної пересічними циліндричними поверхнями (расточками), в яких встановлені провідний ротор з циклоїдальний виступами і ведені ротори з западинами, впускні і випускні вікна для продувки камери стиснення і розширення, впускні і випускні вікна для продувки западин, що відрізняється тим, що випускні вікна для продувки западин з'єднані з випускним трактом двигуна, впускні вікна камери стиснення виконані в розточеннях статора під ведені ротори або поєднані з впускними вікнами продувки западин.
13. Двигун по п.12, що відрізняється тим, що він містить від двох до п'яти ведених роторів, розташованих по колу навколо провідного ротора.
14. Двигун по п. 13, який відрізняється тим, що число виступів ведучого ротора дорівнює числу ведених роторів.
15. Двигун по п.13, що відрізняється тим, що число зубів ведучого ротора на один зуб більше або менше числа ведених роторів.
16. Двигун по п.13, що відрізняється тим, що ведучий ротор має два виступи і пов'язаний з двома роторами, що мають по три западини.
17. Двигун по п.13, що відрізняється тим, що ведучий ротор має три виступи і пов'язаний з трьома роторами, що мають по три западини.
18. Двигун по п.13, що відрізняється тим, що ведучий ротор має чотири виступи і пов'язаний з чотирма роторами, що мають по дві западини.
Версія для друку
Дата публікації 28.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.