RU2043530C1

RU2043530C1 - Rotor-piston stirling engine

Info

Publication number: RU2043530C1
Authority: RU
Inventors: Владилен Донатович Журилов
Original assignee: Владилен Донатович Журилов
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1995-09-10

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: engine has two sections with profiled stators and rotors. The rotor of one of the sections serves as a working piston The rotor of the other sections serves as a displacing piston. The cross-section of the stator is an equidistant triangle, and the cross-section of the rotor is ellipse. The rotors are shifted with respect to each other by 90° EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в автомобиле- и тракторостроении, на водномоторных судах, дельтопланах, космосе, т. е. везде, где невозможно или затруднено применение углеводородных видов топлива, но могут быть использованы другие источники или аккумуляторы тепла. The invention relates to engine building and can be used in automobile and tractor manufacturing, on water-powered vessels, hang-gliders, space, i.e. wherever it is impossible or difficult to use hydrocarbon fuels, but other sources or heat accumulators can be used.

Известны РПД стирлинга, использующие, как наиболее перспективную, схему Ванкеля (эпитрохоидный статор с трехугловым ротором), хотя встречаются и разновидности, эпитрохоидный статор, цилиндрический ротор с шибернозаслоночным разделением объема статора на две рабочие камеры. Аналога, использующего гипотрохоидную схему с внутренней огибающей не обнаружено. Но именно в этой схеме, в отличие от схемы Ванкеля, рабочие циклы проходят в одной рабочей камере, как и в поршневых двигателях. Stirling RPDs are known, using, as the most promising, Wankel scheme (epitrochoid stator with a three-angle rotor), although there are also varieties, an epitrochoid stator, a cylindrical rotor with a gate-valve separation of the stator volume into two working chambers. An analogue using a hypotrochoid scheme with an internal envelope was not found. But it is in this circuit, in contrast to the Wankel circuit, that the work cycles take place in one working chamber, as in piston engines.

Целью изобретения является создание роторно-поршневого двигателя Стирлинга за счет полного использования возможности достижения высоких степеней сжатия рабочих камер (тем самым объем "вредного" пространства сводится лишь к объему теплообменника: нагреватель, регенератор, холодильник, чем поднимается эффективная степень сжатия всего двигателя, а следовательно, и его КПД). The aim of the invention is the creation of a Stirling rotary piston engine due to the full use of the possibility of achieving high degrees of compression of the working chambers (thereby the amount of "harmful" space is reduced only to the volume of the heat exchanger: heater, regenerator, refrigerator, which raises the effective compression ratio of the entire engine, and therefore , and its efficiency).

Предлагаемый роторно-поршневой двигатель содержит две секции, каждая из которых состоит из профилированного статора 1 с боковыми крышками. Статор 1 имеет равностороннее трехугловое сечение, в углах расположены рабочие камеры, имеющие каналы подвода и отвода рабочей среды. В статоре 1 расположен ротор 2 эллипсного сечения, при вращении непрерывно делящий объем статора 1 на три части. Имеется также рабочий вал 3, вращение на который с ротора 2 передается планетарной зубчатой передачей посредством шестерен 4 ротора 2 и ведомой шестерни 5, жестко посаженной на вал 3. Обе шестерни 4 и 5 находятся в постоянном зацеплении. Ротор 2 свободно посажен на эксцентриковую втулку 6, свободно вращающуюся на валу 3. Ротор одной секции выполняет роль рабочего поршня, а ротор второй секции роль вытеснительного поршня. Роторы 2 сдвинуты на оси вала 3 относительно один другого, а рабочие камеры обоих статоров 1 совмещены по секторам и объединены в рабочие пары посредством теплообменников, состоящих из нагревателя Н, регенератора Р, холодильника Х. От известного двигателя Стирлинга (по схеме РПД Ванкеля) предлагаемый двигатель отличается тем, что его статор имеет равностороннее треугольное сечение, а угол сдвига роторов относительно один другого 90^о.The proposed rotary piston engine contains two sections, each of which consists of a profiled stator 1 with side covers. The stator 1 has an equilateral three-angle cross-section, in the corners are working chambers having channels for supplying and discharging the working medium. In the stator 1 is located the rotor 2 of an elliptical cross section, during rotation, continuously dividing the volume of the stator 1 into three parts. There is also a working shaft 3, the rotation of which from the rotor 2 is transmitted by a planetary gear transmission via gears 4 of the rotor 2 and the driven gear 5, rigidly mounted on the shaft 3. Both gears 4 and 5 are in constant engagement. The rotor 2 is freely seated on an eccentric sleeve 6, freely rotating on the shaft 3. The rotor of one section acts as a working piston, and the rotor of the second section acts as a displacement piston. The rotors 2 are shifted on the axis of the shaft 3 relative to each other, and the working chambers of both stators 1 are sector-wise and combined into working pairs by means of heat exchangers consisting of a heater H, a regenerator P, a refrigerator X. From the well-known Stirling engine (according to the Wankel RPD scheme), the proposed engine is characterized in that its stator has an equilateral triangular section, and the shear angle of the rotors relative to one another ^about 90.

Работа двигателя проходит в следующем порядке. The engine runs in the following order.

Обозначив вершины роторов 2 холодного (рабочего) и горячего вытеснителя соответственно через 2А-2В и 2С-2Д, получают цепочку цикла. By designating the tops of the rotors 2 of the cold (working) and hot displacer, respectively, through 2A-2B and 2C-2D, a chain loop is obtained.

а) Вершина вытеснителя 2С находится в ВМТ и остается условно неподвижной; газ сжимается рабочим ротором (вершина 2А) и поступает в холодильник Х; давление возрастает, а температура остается постоянной, так как теплота отводится через стенки статора и холодильник Х в окружающую среду при Т_мин; происходит изотермическое сжатие.a) The top of the displacer 2C is located at TDC and remains conditionally stationary; gas is compressed by the working rotor (top 2A) and enters the refrigerator X; the pressure rises, and the temperature remains constant, since heat is removed through the walls of the stator and refrigerator X into the environment at T _min ; isothermal compression occurs.

б) Вершина 2А рабочего ротора находится вблизи ВМТ и остается условно неподвижной; вершина вытеснитель 2С движется от ВМТ, освобождая горячую полость, куда поступает газ, вначале проходя через регенератор Р, заполненный нагретой в предыдущем цикле пористой насадкой, и нагреватель Н, температура газа повышается от Т_мин до Т_макс. так как при этом суммарный объем рабочих камер остается постоянным, давление газа в них повышается и достигает максимального значения. Происходит изохорное нагревание.b) The top 2A of the working rotor is located near TDC and remains conditionally stationary; the top displacer 2C moves away from TDC, releasing the hot cavity where the gas enters, first passing through the regenerator P filled with the porous nozzle heated in the previous cycle and the heater H, the gas temperature rises from T _min to T _max . since the total volume of the working chambers remains constant, the gas pressure in them rises and reaches its maximum value. Isochoric heating occurs.

в) Вершина ротора-вытеснителя 2С находится вблизи НМТ и остается условно неподвижной; вершина 2А рабочего ротора под действием давления нагретого газа "вниз", полезная работа, совершаемая рабочим ротором 2А, через ведущую шестерню 4 ротора 2 и ведомую шестерню 5 передается на рабчий вал 3 двигателя; температура в нагревателе остается постоянной, поскольку к нему подводится тепло от горячего источника (например, горелки 7). Изотермическое расширение. c) The top of the rotor-displacer 2C is located near the BDC and remains conditionally stationary; the top 2A of the working rotor under the action of the heated gas pressure "down", the useful work performed by the working rotor 2A, through the drive gear 4 of the rotor 2 and the driven gear 5 is transmitted to the work shaft 3 of the engine; the temperature in the heater remains constant, since heat is supplied to it from a hot source (for example, burner 7). Isothermal expansion.

г) Вершина 2А рабочего ротора находится вблизи НМТ и остается условно неподвижной; ротор вытеснитель 2Д движется к ВМТ и перемещает оставшийся в горячей полости газ в холодную полость; при прохождении через регенератор Р горячий газ отдает тепло материалу пористой насадки и, охлаждаясь в холодильнике Х, переходит от Т_макс. к Т_мин.; так как при этом суммарный объем рабочих камер двигателя остается постоянным, давление газа в них продолжает падать и достигает минимального значения. Происходит изохорное охлаждение. Далее весь полный цикл в рассматриваемой паре рабочих камер повторяется, но уже посредством вершин роторов 2В и 2Д соответственно.d) The top 2A of the working rotor is located near the BDC and remains conditionally stationary; the rotor displacer 2D moves to the TDC and moves the gas remaining in the hot cavity into the cold cavity; when passing through the regenerator P, hot gas gives off heat to the material of the porous nozzle and, cooling in the refrigerator X, passes from T _max . to T _min ; since the total volume of the working chambers of the engine remains constant, the gas pressure in them continues to fall and reaches a minimum value. Isochoric cooling occurs. Further, the entire complete cycle in the considered pair of working chambers is repeated, but already by means of the vertices of the rotors 2B and 2D, respectively.

Поскольку двигатель состоит из двух трехкамерных секций, т.е. из трех пар рабочих камер, а вершины роторов 2А-2С и 2В-2Д в каждой паре камер соответственно совершают полный рабочий цикл, то за один полный оборот ротора (роторов) в двигателе происходит 6 завершенных рабочих циклов. Since the engine consists of two three-chamber sections, i.e. of three pairs of working chambers, and the tops of rotors 2A-2C and 2B-2D in each pair of chambers respectively complete a full working cycle, then for one complete revolution of the rotor (rotors) in the engine there are 6 completed working cycles.

К технико-экономическим преимуществам прежде всего следует отнести меньшую материалоемкость по сравнению с традиционными поршневыми двигателями, а также возможность использования всех видов топлива от твердых до газообразных. В то же время явно прослеживается совпадение совершения рабочего цикла в одной точке рабочего объема в статоре предлагаемой схемы, как и в цилиндре поршневого двигателя. Это совпадение положительно отличает роторно-поршневой двигатель Стирлинга данной схемы от схемы Ванкеля, где в силу особенностей кинематики такты вынуждены сменяться в различных частях рабочей полости, а геометрические формы усложняют оптимальное прохождение циклов. Techno-economic advantages include, first of all, lower material consumption in comparison with traditional reciprocating engines, as well as the possibility of using all types of fuel from solid to gaseous. At the same time, the coincidence of the fulfillment of the working cycle at one point of the working volume in the stator of the proposed scheme, as well as in the cylinder of a piston engine, is clearly traced. This coincidence positively distinguishes the Stirling rotary piston engine of this circuit from the Wankel circuit, where, due to the kinematics, the cycles are forced to change in different parts of the working cavity, and the geometric shapes complicate the optimal passage of cycles.

Claims

STIRLING-PISTON ROTARY ENGINE, containing two sections, each of which consists of a profiled stator with channels for supplying and discharging the working medium, side stator covers, a profiled rotor installed in the stator with the formation of working chambers, a planetary gear train and an eccentric sleeve, freely rotating on the shaft, while the rotor of one section acts as a working piston, and the rotor of the second section acts as a displacement piston, the rotors are shifted on the shaft axis relative to one another, the working chambers of their stats The ditches are aligned by sectors and combined into working pairs by means of a heat exchanger of a heater, a regenerator, and a refrigerator, characterized in that the stator has an equilateral triangular section, the rotor is an elliptical section, and the angle of the shift of the poles relative to each other is 90 °.