Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: камера сгорания 8 через воздушный редуктор 10 сообщена с автономным источником 9 сжатого воздуха. Зев камеры сгорания полностью перекрывается частью 6 поверхности ротора 4. Отсекатель 16 установлен на корпусе 1 и подпружинен к ротору. ...
Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение
Изобретение относится к машинам объемного расширения и сжатия, в частности, к роторым двигателям внутреннего сгорания, роторным расширительным машинам (объемным турбинам), и роторным компрессорам, имеющим рабочие камеры с бесконтактными уплотнениями.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известен роторный компрессор, содержащий корпус с внутренней полостью, в котором на эксцентриковом валу установлен трехгранный ротор, выступы которого сопряжены с корпусом с минимальными зазорами, образующими бесконтактные уплотнения. Внутренняя поверхность корпуса в компрессоре имеет лабиринтную структуру из ряда продольных канавок, предназначенную для повышения гидравлического сопротивления зазоров в бесконтактных уплотнениях, снижения таким путем утечек в бесконтактных уплотнениях и повышения объемного КПД. Однако достичь поставленной цели в известном устройстве нельзя, поскольку лабиринтная структура выполнена на спутной поверхности, т. е. на такой поверхности, которая в процессе работы компрессора перемещается относительно щелей в бесконтактных уплотнениях из уплотняемой камеры в направлении струй утечек. Поскольку движение утечек и лабиринтных поверхностей спутно, т. е. совпадает по направлению, лабиринтная структура, ячейки которой имеют значительный объем и заполнены сжатым воздухом с избыточным давлением, движется относительно уплотнений из камеры с повышенным давлением в камеру с низким давлением и, подобно транспортеру, переносит рабочее тело с высокими параметрами (давлением и плотностью) обратно в камеру всасывания. Этот перенос ухудшает экономичность компрессора.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочей полостью, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими поверхностями, ведущий ротор и ведомый ротор с расположенной в нем камерой сгорания (а. с. N 1325174, кл. F 02 B 53/00). Поверхности рабочей полости в этом двигателе выполнены относительно гладкими, без лабиринтных элементов, а бесконтактные уплотнения имеют вид эквидистантных щелей большого удлинения, обладающих значительным гидравлическим сопротивлением. Такое исполнение позволяет повысить объемный к. п. д. в камере сжатия двигателя, где преобладают спутные поверхности; этот полезный эффект обеспечен отсутствием переноса рабочего тела лабиринтной структурой. Бесконтактные уплотнения в виде эквидистантных щелей обладают удовлетворительной эффективностью и в процессе расширения, поскольку обеспечивают снижение потерь от утечек до 8% , но указанная величина достаточно существенна, чтобы предпринять поиск новых решений для ее дальнейшего снижения.
Цель изобретения - повышение эффективности КПД роторной машины путем снижения утечек рабочего тела в бесконтактных уплотнениях.
Эта цель достигается благодаря особому дифференцированному исполнению бесконтактных уплотнений, которое заключается в выполнении спутных поверхностей относительно гладкими, а противоточных поверхностей - с лабиринтной структурой.
В результате анализа газодинамических процессов в лабиринтных уплотнениях с указанными особенностями исполнения был обнаружен эффект реверсирования утечек обратно в камеру с высоким давлением. Использование эффекта реверсирования позволяет создать бесконтактные уплотнения, обладающие уникальным свойством - полным устранением утечек.
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
На фиг. 1 изображена роторная машина (двигатель), поперечный разрез; на фиг. 2 - Роторная машина, узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - Роторная машина, узел II на фиг. 1; на фиг. 4 - Роторная машина, вид по стрелке А на фиг. 3.
Роторная машина
Роторная машина содержит корпус 1 с двумя торцовыми крышками 2, в которых на подшипниках установлены ведущий ротор 3 и ведомый ротор 4, связанные между собой синхронизирующей передачей из трех шестерен, обеспечивающей вращение роторов в одном направлении с равной угловой скоростью (синхронизирующая передача не показана). В обеих торцовых крышках 2 выполнены впускные окна 5, сообщающиеся с впускными патрубками, в цилиндрической стенке корпуса имеется выпускное окно 6, соединенное с выпускным патрубком 7. Ведущий ротор имеет выступ 8 с цилиндрической площадкой 9 на вершине, сопряженной с минимальным зазором с внутренней цилиндрической расточкой корпуса. Выступ имеет переднюю 10 и заднюю (относительно направления вращения ротора) 11 стороны, сопряженные между собой соосной ротору цилиндрической поверхностью 12. Ведомый ротор выполнен с внешней цилиндрической поверхностью 13 и серповидной впадиной 14, взаимодействующей с площадкой 9 ведущего ротора; внутри ведомого ротора выполнена камера сгорания 15 и установлена топливная форсунка 16. Впускные и выпускные окна камеры сгорания разнесены по длине ротора, причем в фазе, соответствующей фиг. 1, впускные окна 36 сообщены с двумя перепускными каналами 37, выполненными в корпусе. По линиям пересечения серповидной камеры с внешней цилиндрической поверхностью расположены передняя уплотнительная кромка 17, взаимодействующая с задней стороной 11 выступа ведущего ротора, и задняя уплотнительная кромка 18, сопряженная при работе машины с передней стороной 10 выступа ведущего ротора. Все сопряженные поверхности роторов образованы дугами окружностей, уплотнительные кромки 17 и 18 тоже выполнены с небольшим радиусом (r 1-3 мм). Взаимное расположение корпуса и роторов создает камеру сжатия 19 и камеру расширения 20, ограниченную линиями сопряжения рабочих органов в точке 21 на выступе ведущего ротора, в точке 22 на линии пересечения двух расточек корпуса и в точке 23 между ведущим и ведомым роторами. Корпус, торцовые крышки и роторы выполнены из жаропрочных материалов. На поверхности расточек корпуса и торцовых крышек, ограничивающих камеры расширения и сжатия, нанесены мягкие износные покрытия, например, на основе графита и металлокерамики, применяемые для аналогичных целей в газовых турбинах. На заднюю сторону 11 выступа ведущего ротора, на сопряженную с ней часть цилиндрической поверхности 12 и на примыкающую к передней уплотнительной кромки часть поверхности 13 нанесено термобарьерное покрытие, например двух- или трехслойное, наружный слой которого выполнен из окиси циркония ZrO2, стабилизированной 12% Y2O3 + 3% MgO, ThO2, CaO, или эмаль типа ЭВ-55А. на подвижных относительно камеры расширения 20 поверхностях, перемещающихся в процессе работы из полости низкого давления в полость высокого давления (в камеру 20), т. е. на ограничивающих камеру расширения цилиндрических и торцовых поверхностях корпуса, на задней поверхности 11 выступа ведущего ротора 8, на части 24 цилиндрической поверхности 12, примыкающей к поверхности 11, и на части 25 внешней цилиндрической поверхности 13 ведомого ротора выполнена ячеистая структура с ячейками 26, имеющих глубину h1, и ячейками 27 с глубиной h2, образующая лабиринтные уплотнения. Ячейки лабиринтных уплотнений могут быть выполнены различными технологическими приемами, применяемыми, в частности, для изготовления охлаждающих отверстий в лопатках газовых турбин, например, электроискровым способом, фотоотравлением, лучом импульсного лазера или электронным пучком. Утечки рабочего тела в этих лабиринтных уплотнениях и геометрические параметры уплотнения должны удовлетворять определенным соотношениям: Qm ≈nяmя; Qm≈Vяρnя; Qm≈Sяh1 Kv, где Qm - массовый расход рабочего тела через лабиринтные уплотнения за единицу времени; nя - число ячеек, переместившихся в камеру расширения за то же время; mя - масса рабочего тела в одной ячейке; Vя - объем одной ячейки; ρ - плотность рабочего тела в ячейках, поступающих в камеру; Sя - площадь лабиринтной поверхности, поступающей в камеру за единицу времени; h1 - высота ячеек; Кv - коэффициент пористости ячеистой структуры, являющийся отношением суммарного объема ячеек (пор) на поверхности к объему поверхностного слоя глубиной h1.
Роторная машина, узел I
В точке 23 между роторами сопряжены две поверхности, из которых поверхность 24 ведущего ротора в процессе расширения рабочего тела перемещается в камеру расширения, а поверхность 25 перемещается из камеры. Этому варианту соответствует соотношение:
Qm + Sя h1ρ≈Sя1h2ρKv , где Sя, h1, ρ, Кv - параметры поверхности 25, а Sя1, h2, Кv1 - параметры поверхности 24.
Это соотношение обеспечивается большей удельной емкостью (объемом на единицу площади) полостей лабиринта поверхности 24, что достигается увеличением глубины (h2) или коэффициента пористости К. Знак < обусловлен дополнительным переносом рабочего тела из смежной камеры с низким давлением.
Изображенные на чертежах размеры лабиринтных ячеек увеличены; их глубина h1, удовлетворяющая приведенным выше зависимостям, варьируется в пределах 0,1-0,6 мм.
Кроме указанных мест, лабиринтные уплотнения выполняются также на торцовых поверхностях крышек 2 и на площадке 9 ведущего ротора, а также, по меньшей мере, на части 28 цилиндрической поверхности корпуса; другая часть этой поверхности, примыкающая к точке 22, может быть выполнена или с гладкими износными покрытиями, или с лабиринтной структурой.
Роторная машина, узел II
Задняя поверхность 11 выступа ведущего ротора тоже может иметь участки с гладкой поверхностью (без лабиринтной структуры). Например, участок этой поверхности напротив выпускного окна камеры сгорания для снижения теплонапряженности и газовой эрозии целесообразно выполнить гладким. Кроме круглой в плане (фиг. 3) формы ячеек, возможны шестигранная, квадратная и треугольная, обладающие более высоким гидравлическим сопротивлением. Часть лабиринтных уплотнений, например, расположенных на поверхностях 9, 11, 24, может быть выполнена с растровой (линейной) структурой в виде параллельных микроканавок. Радиусная поверхность уплотнительного выступа 18 тоже исполняется с лабиринтными уплотнениями с шагом между ними примерно 0,2. . . 0,3 мм, благодаря этому на пути утечек располагаются 4. . . 5 последовательно расположенных гребешков, снижающих утечки в 2 раза. При шлифовке цилиндрических поверхностей последний проход шлифовального круга осуществляется с направлением движения круга вдоль образующей, благодаря чему воспроизводится микрорельеф, создающий дополнительное сопротивление утечки. На плоских торцевых поверхностях роторов и корпуса дополнительное сопротивление утечкам можно обеспечить пескоструйной обработкой.
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
Действует двигатель подобно прототипу. При синхронном вращении роторов в одном направлении (на чертежах - против часовой стрелки) в камере 19 после ее продувки воздухом через впускные окна 5 осуществляется сжатие и вытеснение заряда в полость камеры сгорания 15, где через форсунку 16 осуществляется впрыск топлива, воспламенение и сгорание смеси, затем камера сгорания открывается в камеру расширения 20. По окончании процесса расширения продукты сгорания выпускаются в патрубок 7.
Роторная машина, вид по стрелке А
В начальной стадии процесса расширения ряд поверхностей с лабиринтной структурой перемещаются относительно крайних точек 21, 22 и сопряжения II камеры расширения в направлении извне внутрь камеры, т. е. из полостей с относительно низким давлением в полости с высоким давлением рабочего тела. Конкретно, поверхность 29 перемещается в камеру расширения относительно кромки 21 ведущего ротора. Торцовые поверхности движутся в камеру относительно задней поверхности 11 ведущего ротора, лабиринтная поверхность 24 перемещается в камеру относительно сопряжения II между роторами, а поверхность 25 поступает (в начальной фазе расширения) в камеру относительно кромки 22 корпуса. Утечки продуктов сгорания в указанных бесконтактных сопряжениях сопровождаются чрезвычайно полезным явлением - реверсированием утечек, т. е. их переносом обратно в камеру расширения. Достаточно наглядно реверс-эффект иллюстрируется на фиг. 2, где кривой 30 изображено падение давления в ячейках лабиринта в направлении потока газа на длине l, кривая 31 представляет эпюру скоростей потока утечек рабочего тела, а кривая 32 является эпюрой скоростей возвратного потока газа. Продукты сгорания находятся в камере расширения 20 под избыточным давлением, через зазор h в бесконтактном уплотнении перетекают в смежную камеру с меньшим давлением, при этом происходит многократное дросселирование газа и дискретное (ступенчатое падение давления последовательно на пути струи газа. Поскольку поверхность с ячейками 26 при этом перемещается внутрь камеры, элементарные объемы ячеек последовательно наполняются продуктами сгорания с возрастающим давлением и переносятся обратно в камеру расширения (кривая 32). Если соблюдены приведенные выше соотношения, определяющие равенство расхода утечек и бесконтактных уплотнений и их возврата обратно в камеру расширения, бесконтактное уплотнение становится практически безрасходным. Расход рабочего тела с утечками мало зависит от числа оборотов, реверс утечек, напротив, находится в прямой зависимости от частоты вращения, поэтому условия безрасходности лабиринтного уплотнения должны быть обеспечены при минимальных рабочих скоростях вращения. С увеличением частоты вращения уплотнение саморегулируется: увеличение реверса утечек компенсируется увеличением расхода путем автоматического сокращения активной длины l уплотнения и числа последовательно расположенных вдоль потока газа ячеек.
Более сложная ситуация изображена на фиг. 3, где ячейки лабиринтной спутной поверхности 25 перемещаются из камеры и создают дополнительный расход рабочего тела. Исполнение лабиринтной структуры на поверхности 25 целесообразно, поскольку в начальной стадии процесса расширения эта поверхность перемещается относительно кромки 22 внутрь камеры, т. е. является противоточной и обеспечивает реверс утечек продуктов сгорания с высокими параметрами. Для устранения утечек за завершающей стадии процесса расширения сопряжения с поверхностью 25 лабиринтная структура 24 имеет ячейки 27 с увеличенным объемом благодаря большей глубины (h2 2h1). Вследствие большей емкости возврат утечек (вектор 33) поверхностью 24 компенсирует их расход через зазор (вектор 34) и унос ячейками поверхности 25 (вектор 35), т. е. поверхность 25 в этой фазе по сравнению с поверхностью 24 становится относительно гладкой.
Таким образом, действие безрасходных лабиринтных уплотнений сопровождается появлением в них сплющенного вихря с интенсивной циркуляцией. Устранение утечек не означает исключения энергетических потерь вообще, т. к. дросселирование (мятие) рабочего тела всегда сопровождается ростом энтропии. Однако потери на дросселирование примерно в 12 раз меньше потерь, обусловленных утечками в обычных лабиринтных уплотнениях. Это обстоятельство обусловливает высокую технико-экономическую эффективность предложенного технического решения.
Лабиринтные уплотнения на поверхности 9,28, на торцах ведущего ротора тоже способствуют снижению утечек и повышению к. п. д. двигателя, но они применены по прямому назначению, т. е. не обладают новым свойством реверсирования утечек и предметом притязания настоящего патента не является. Поверхности 10 и 12 ведущего ротора, поверхности корпуса, ограничивающие камеру сжатия, часть внешней цилиндрической поверхности ведомого ротора, примыкающая к уплотнительной кромке 18, выполнены гладкими, поскольку исполнение их с лабиринтной структурой не снижает, а напротив, увеличивает утечки, т. к. эти поверхности в процессе сжатия перемещаются относительно камеры сжатия в направлении утечек и увеличивают их расход.
Область применения предложения не ограничивается роторной машиной (фиг. 1), оно может быть эффективно использовано в машинах объемного сжатия других конструктивных схем.
Формула изобретения
РОТОРНАЯ МАШИНА, преимущественно двигатель внутреннего сгорания, содержащая полый корпус с ведомым и ведущим роторами, камерами сжатия и расширения, ограниченными цилиндрическими поверхностями полости корпуса, ведомого и ведущего роторов, и лабиринтные уплотнения рабочих камер, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности путем повышения эффективности уплотнений, поверхности полости корпуса и часть ведущего ротора камеры сжатия, а также задняя по ходу вращения часть внешней цилиндрической поверхности ведомого ротора выполнены гладкими, а поверхности полости корпуса и часть ведущего ротора камеры расширения, а также передняя по ходу вращения часть внешней цилиндрической поверхности ведомого ротора имеют структуру из элементов лабиринтных уплотнений.
Имя изобретателя: Владимиров Порфирий Сергеевич Имя патентообладателя: Владимиров Порфирий Сергеевич Дата начала отсчета действия патента: 04.04.1988
Разместил статью: admin
Дата публикации: 17-02-2003, 11:03
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к способам работы двигателя внутреннего сгорания. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий впуск в цилиндр воздуха, сжатие его, впрыскивание топлива во второй половине такта сжатия, воспламенение топлива от сжатия, сгорание его, расширение и выпуск продуктов сгорания, при этом в горящее топливо впрыскивается вода, предварительно подогретая отработавшими продуктами сгорания, причем масса...
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением поршней. Техническим результатом является повышение надежности и экономичности за счет обеспечения изохорного сгорания в камере двигателя. Сущность изобретения: двигатель содержит круглый корпус с расположенными в нем четырьмя лопастями-поршнями, которые закреплены попарно со смещением на 180o на несущих дисках, установленных с возможностью вращения так, что они...
Никакого начала не было - безконечная вселенная существует изначально, априори как безконечное пространство, заполненное энергией электромагнитных волн, которые также существуют изначально и материей, которая состоит из атомов и клеток, которые состоят из вращающихся ЭМ волн.
В вашей теории есть какие-то гравитоны, которые состоят из не известно чего. Никаких гравитонов нет - есть магнитная энергия, гравитация - это магнитное притяжение.
Никакого начала не было - вселенная, заполненная энергией ЭМ волн , существует изначально.
То есть, никакой энергетической проблемы не решилось от слова совсем. Так как для производства металлического алюминия, тратится уймище энергии. Производят его из глины, оксида и гидроксида алюминия, понятно что с дико низким КПД, что бы потом его сжечь для получения энергии, с потерей ещё КПД ????
Веселенькое однако решение энергетических проблем, на такие решения никакой энергетики не хватит.
Вместо трудновыполнимых колец, я буду использовать,цилиндрические магниты, собранные в кольцевой пакет, в один, два или три ряда. На мой взгляд получиться фрактал 1 прядка. Мне кажется, что так будет эффективней, в данном случае. И в место катушек, надо попробывать бифиляры или фрактальные катушки. Думаю, хороший будет эксперимент.
Проблема в том, что человечество зомбировано религией, что бог создал всё из ничего. Но у многих не хватает ума подумать, а кто создал бога? Если бога никто не создавал - значит он существует изначально. А почему самому космосу и самой вселенной как богу-творцу - нельзя существовать изначально?
Единственным творцом материального мира, его составной субстанцией, источником движения и самой жизни является энергия космоса, носителем которой являются ЭМ волны, которыми как и полагается богу заполнено всё космическое пространство, включая атомы и клетки.
От углеводородов кормится вся мировая финансовая элита, по этому они закопают любого, кто покусится на их кормушку. Это один. Два - наличие дешевого источника энергии сделает независимым от правительств стран все население планеты. Это тоже удар по кормушке.
Вначале было то, что существует изначально и никем не создавалось. А это
- безграничное пространство космоса
- безграничное время протекания множества процессов различной длительности
- электромагнитная энергия, носителем которой являются ЭМ волны, которыми как и положено творцу (богу) материального мира, заполнено всё безграничное пространство космоса, из энергии ЭМВ состоят атомы и клетки, то есть материя.
Надо различать материю и не материю. Материя - это то, что состоит из атомов и клеток и имеет массу гравитации, не материя - это энергия ЭМ волн, из которых и состоит материя
Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: камера сгорания 8 через воздушный редуктор 10 сообщена с автономным источником 9 сжатого воздуха. Зев камеры сгорания полностью перекрывается частью 6 поверхности ротора 4. Отсекатель 16 установлен на корпусе 1 и подпружинен к ротору. ...
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к способам работы двигателя внутреннего сгорания. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий впуск в цилиндр воздуха, сжатие его, впрыскивание топлива во второй половине такта сжатия, воспламенение топлива от сжатия, сгорание его, расширение и выпуск продуктов сгорания, при этом в горящее топливо впрыскивается вода, предварительно подогретая отработавшими продуктами сгорания, причем масса...
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением поршней. Техническим результатом является повышение надежности и экономичности за счет обеспечения изохорного сгорания в камере двигателя. Сущность изобретения: двигатель содержит круглый корпус с расположенными в нем четырьмя лопастями-поршнями, которые закреплены попарно со смещением на 180o на несущих дисках, установленных с возможностью вращения так, что они...
Никакого начала не было - безконечная вселенная существует изначально, априори как безконечное пространство, заполненное энергией электромагнитных волн, которые также существуют изначально и материей, которая состоит из атомов и клеток, которые состоят из вращающихся ЭМ волн.В вашей теории есть какие-то гравитоны, которые состоят из не известно чего. Никаких гравитонов нет - есть магнитная энергия, гравитация - это магнитное притяжение.
