[go: up one dir, main page]

RU2132476C1 - Rotary stirling engine with external heat supply - Google Patents

Rotary stirling engine with external heat supply Download PDF

Info

Publication number
RU2132476C1
RU2132476C1 RU97114657A RU97114657A RU2132476C1 RU 2132476 C1 RU2132476 C1 RU 2132476C1 RU 97114657 A RU97114657 A RU 97114657A RU 97114657 A RU97114657 A RU 97114657A RU 2132476 C1 RU2132476 C1 RU 2132476C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
stator
chamber
gas
rotor
Prior art date
Application number
RU97114657A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97114657A (en
Inventor
Е.С. Камаев
Original Assignee
Камаев Евгений Сергеевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Камаев Евгений Сергеевич filed Critical Камаев Евгений Сергеевич
Priority to RU97114657A priority Critical patent/RU2132476C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2132476C1 publication Critical patent/RU2132476C1/en
Publication of RU97114657A publication Critical patent/RU97114657A/en

Links

Images

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: engine manufacture. SUBSTANCE: engine has rectangular-section annular stator accommodating rotor mounted on fixed axis of revolution and provided with blades sliding over inner generating line of stator. Blades compress working medium (gas) in compression chamber at top dead center and convey it over stator channels to heater wherein it is heated to 600 K. Heated gas is conveyed over stator channels arranged at 45 deg past TDC to front working chamber held at compression chamber pressure. In this chamber, working medium expands first according to isobar and then, upon disconnection from heater, according to adiabatic curve; heat of expanding gas is converted into mechanical work of revolving rotor and working medium completes its flow in expanding cooler and returns to initial condition. Engine operates in closed double-stroke cycle. Important feature of engine is difference in areas of each channel blades. With five blades, compression chamber shut-off is ensured and pressure within chamber rises after every turn of rotor through 72, 45, and 27 deg. Energy is supplied from concentrated sun rays incident on heater which makes engine useful for space vehicles. Natural gas is used for engines operating on ground. EFFECT: improved efficiency of engine. 3 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению. The invention relates to engine building.

Двигатель "Роторный Стирлинг" (ДРС) относится к газовым двигателям, работающим за счет расширения рабочего тела (газа), нагреваемого во внешнем нагревателе, работает по замкнутому циклу. The Rotary Stirling (DLS) engine refers to gas engines operating by expanding the working fluid (gas) heated in an external heater, and operates in a closed cycle.

Предлагаемый ДРС (см. фиг. 1 и 2) компактный, может устанавливаться на автомобилях, мотоциклах, тракторах, а также применяться стационарно (например, в паре с электрогенератором, насосом, пилой) мощностью от 5 до 500 л.с. The proposed DRS (see Figs. 1 and 2) is compact, can be installed on cars, motorcycles, tractors, and also can be used stationary (for example, paired with an electric generator, pump, saw) with a power of 5 to 500 hp.

ДРС выгодно отличается от поршневых Стирлингов простотой конструкции, малым весом, достаточной мощностью. Поршневой Стирлинг работает при чудовищном давлении 150-200 ат (что приводит к усложнению конструкции двигателя, его утяжелению). ДРС работает при давлении не выше 10 ат, что снимает десятки проблем. Это сказывается на стоимости: ДРС в 10-20 раз дешевле в производстве поршневого Стирлинга. DLS compares favorably with piston Stirlings by its simple design, low weight, and sufficient power. Piston Stirling operates at a monstrous pressure of 150-200 bar (which leads to a complication of the design of the engine, its weight). DLS operates at a pressure of no higher than 10 atm, which removes dozens of problems. This affects the cost: DLS is 10-20 times cheaper in the production of Stirling piston.

Сущность изобретения. Роторный двигатель с внешним подводом теплоты состоит из кольцевого статора прямоугольного сечения, внутри которого на неподвижной оси вращается ротор с лопатками, скользящими по внутренней образующей статора только по торцевой линии, а к боковым плоскостям ротора они малоподвижны. Лопатки сжимают рабочее тело (газ) в камере сжатия у ВМТ, и сжатый газ по каналам в статоре направляется в нагреватель, где подогревается до 600K и подогретым направляется по каналам в статоре, расположенным в 45o после ВМТ, во впереди идущую рабочую камеру с давлением камеры сжатия. Рабочее тело расширяется сначала по изобаре, а после отключения от нагревателя - по адиабате, теплота расширяющегося газа превращается в механическую работу вращающегося ротора, а рабочее тело у НМТ заканчивает свой путь в холодильнике-расширителе и возвращается в первоначальное состояние.SUMMARY OF THE INVENTION A rotary engine with an external supply of heat consists of a ring stator of rectangular cross section, inside of which a rotor rotates with a fixed axis, with blades sliding along the inner stator generatrix only along the end line, and they are inactive to the lateral planes of the rotor. The blades compress the working fluid (gas) in the compression chamber at TDC, and the compressed gas is directed through the channels in the stator to the heater, where it is heated to 600K and is heated through the channels in the stator, located 45 o after TDC, in front of the working chamber with pressure compression chambers. The working fluid expands first along the isobar, and after being disconnected from the heater, along the adiabat, the heat of the expanding gas turns into the mechanical work of the rotating rotor, and the working fluid at the BDC ends its path in the refrigerator-expander and returns to its original state.

На фиг. 1 показан двигатель в разрезе по А-А перпендикулярно оси ротора, где видно положение центра О1 оси ротора, центра О2 оси статора и цилиндрического эксцентрика, разрез роторного кольца 8 с положением лопаток 6 и окон 7, камеры сжатия 15 в положении равновесия у ВМТ, камеры рабочего хода 17, статора 10 в разрезе, на нем каналы: нагнетания сжатого газа 14 в нагреватель, проход горячего сжатого газа по каналу 16 из нагревателя в рабочую камеру 17, каналы 19 и 20 продувки через холодильник-расширитель 18, камера сжатия 21.In FIG. 1 shows the engine in a section along AA perpendicular to the axis of the rotor, where the position of the center O 1 of the rotor axis, the center O 2 of the stator axis and the cylindrical eccentric, the section of the rotor ring 8 with the position of the blades 6 and the windows 7, the compression chamber 15 in the equilibrium position TDC, the working chamber 17, the stator 10 in the context, on it channels: injection of compressed gas 14 into the heater, the passage of hot compressed gas through channel 16 from the heater to the working chamber 17, the purge channels 19 and 20 through the refrigerator expander 18, the compression chamber 21.

На фиг. 2 - разрез по Б-Б двигателя, где видна ось 1 с эксцентриком 5, подшипники 2, крепление оси в корпусе 4, роторное кольцо 8, высокие боковые плоскости ротора 9, создающие вместе с лопатками и статором 10 подвижные камеры рабочего хода и сжатия холодного газа, каналы горячего газа 16, продувочные каналы 19 и поперечный разрез холодильника-расширителя 18, где показана одна из пяти перегородок с "хвостиками" 22 для охлаждения и перемешивания горячего газа, поступающего из камеры, где закончился рабочий ход. Хорошо видно устройство ротора 3 в целом, охватывающим боковыми плоскостями 9 статор 10 с уплотнениями 13. Примерно показан корпус двигателя 4, закрывающий вращающиеся части от внешней среды. In FIG. 2 is a section along BB motor, where axis 1 with an eccentric 5 is visible, bearings 2, axis mount in housing 4, rotor ring 8, high lateral planes of rotor 9, creating, together with the blades and stator 10, movable chambers of working stroke and cold compression gas channels, hot gas 16, purge channels 19 and a cross section of the refrigerator expander 18, which shows one of the five partitions with “tails” 22 for cooling and mixing the hot gas coming from the chamber, where the working stroke ended. The device of the rotor 3 as a whole, covering the lateral planes 9 of the stator 10 with seals 13 is clearly visible. The motor housing 4 is shown approximately, which covers the rotating parts from the external environment.

На фиг. 3 помещена схема работы ДРС, объясняющая момент подвода теплоты Q1 и поясняющая момент начала работы камеры сжатия и работы адиабатического расширения газа, где 1 - конец сжатия, нагревание до 600К, эффективное давление= 10 ат; 2 - перекрытие нагревателя, повышение давления до максимального; 3 - начало и продолжение адиабатического расширения; 4 - рабочий ход по адиабате; 5 - рабочий ход камеры с максимальным давлением > 10 ат (Q1 - теплота, сообщаемая рабочему телу в нагревателе, Q2 - теплота, отданная рабочим телом в охладителе). Ниже приведена V-p диаграмма, построенная по нескольким достоверным точкам, по которой можно судить о КПД двигателя.In FIG. Figure 3 contains the DDS operation diagram explaining the moment of heat supply Q 1 and explaining the moment of the start of operation of the compression chamber and the work of adiabatic expansion of gas, where 1 is the end of compression, heating to 600 K, effective pressure = 10 atm; 2 - heater shutdown, pressure increase to the maximum; 3 - the beginning and continuation of adiabatic expansion; 4 - adiabat working stroke; 5 - the working stroke of the chamber with a maximum pressure> 10 bar (Q 1 is the heat communicated to the working fluid in the heater, Q 2 is the heat given off by the working fluid in the cooler). Below is the Vp diagram, built on several reliable points, by which one can judge the efficiency of the engine.

Устройство (см. фиг. 1 и 2). Device (see Figs. 1 and 2).

На неподвижной оси 1 вращается на подшипниках 2 ротор 3. Ось закреплена в корпусе 4 двигателя. На ней выполнен цилиндрический эксцентрик 5, на который опираются лопатки 6, проходящие через окна 7 кольцевой части 8 ротора. Ротор имеет боковые плоскости 9, между которыми находятся лопатки, вращающиеся вместе с ротором и скользящие по внутренней поверхности статора 10, который связан жестко с корпусом двигателя выступом 11. On the fixed axis 1 rotor 3 rotates on bearings 2. The axis is fixed in the motor housing 4. A cylindrical eccentric 5 is made on it, on which the blades 6 are supported, passing through the windows 7 of the annular part 8 of the rotor. The rotor has lateral planes 9, between which there are blades rotating together with the rotor and sliding along the inner surface of the stator 10, which is rigidly connected to the motor housing by the protrusion 11.

На боковых поверхностях статора по окружности выполнены проточки 12, в которых установлены уплотнения 13 из фторопласта (см. фиг. 2), обеспечивающие герметичность подвижного соединения ротора со статором. On the lateral surfaces of the stator, grooves 12 are made around the circumference, in which fluoroplastic seals 13 are installed (see Fig. 2), which ensure the tightness of the movable connection of the rotor with the stator.

О1 - осевой центр ротора, О2 - осевой центр статора и цилиндрического эксцентрика. Расстояние О1О2 равно 0,1 внутреннего радиуса статора.O 1 is the axial center of the rotor, O 2 is the axial center of the stator and cylindrical eccentric. The distance O 1 O 2 is equal to 0.1 of the inner radius of the stator.

На статоре (см. фиг. 1) выполнены в 10o до ВМТ каналы 14, подающие сжатый газ из камеры сжатия 15 в нагреватель (не показан на чертежах) и в 45o после ВМТ каналы 16, по которым сжатый и подогретый газ из нагревателя проходит в рабочую камеру 17.On the stator (see Fig. 1), channels 14 are made at 10 ° to TDC, supplying compressed gas from the compression chamber 15 to a heater (not shown in the drawings) and 45 ° after TDC, channels 16, through which compressed and heated gas from the heater passes into the working chamber 17.

У НМТ установлен холодильник-расширитель 18, связанный со статором каналами 19 и 20. Под остаточным давлением рабочего хода часть отработавшего газа продувается по каналам 19 и 20 через охладитель-расширитель 18 и охлажденным с низким давлением (около 1,5 ат) поступает в камеру сжатия 21. At NMT, a refrigerator expander 18 is installed, connected to the stator by channels 19 and 20. Under the residual working pressure, a part of the exhaust gas is blown through channels 19 and 20 through a cooler-expander 18 and cooled to a chamber with a low pressure (about 1.5 atm). compression 21.

Действие. Act.

Для приведения в действие двигателя надо сначала разогреть нагреватель до 300oC (≈600K) и запустить ДРС в нужном направлении; лопатки (см. фиг. 1), двигаясь по окружности эксцентрика, прижимаются центробежной силой к статору и начинают свою работу: камера 21 сжимает холодное рабочее тело, сжатие заканчивается в камере 15, сжатый газ проходит в нагреватель по каналу 14, где ему сообщается тепло Q1, давление повышается до 10 ат, так как одновременно горячий газ пополняет расширяющую рабочую камеру 17.To actuate the engine, you must first warm up the heater to 300 o C (≈600K) and start the DLS in the right direction; the blades (see Fig. 1), moving around the circumference of the eccentric, are pressed by centrifugal force to the stator and begin their work: chamber 21 compresses the cold working fluid, compression ends in chamber 15, compressed gas passes to the heater through channel 14, where heat is communicated to it Q 1 , the pressure rises to 10 atm, since at the same time hot gas replenishes the expanding working chamber 17.

Процесс идет прямым путем: камера сжатия - нагреватель - рабочая камера. Упростился путь газа, нет лишних движений и в механизме двигателя. The process goes the direct way: compression chamber - heater - working chamber. The gas path has been simplified, and there are no unnecessary movements in the engine mechanism.

Под давлением 10 ат газ поступает в рабочую камеру 17 и подхватывает вращение ротора. Одновременно камера сжатия 15 (фиг. 1) выходит из равновесия у ВМТ, т.к. ведущая лопатка становится больше ведомой и также включается в работу. После прохождения ведомой лопатки устья канала 16 камера рабочего хода отключается от нагревателя и дальше работает за счет расширения рабочего тела с 10 ат до 4 ат по адиабате. Давление рабочего тела уменьшается до 4 ат, температура снижается. Но момент вращения не изменяется, т.к. одновременно с уменьшением давления увеличивается радиус действующей части лопатки. При дальнейшем движении ротора рабочая камера приходит к НМТ, открываются продувочные каналы 19 и 20 и включается охладитель-расширитель 18 (см. фиг. 1), где отдается в атмосферу лишняя теплота Q2: газ приходит в первоначальное состояние и цикл заканчивается (см. фиг. 1 и 3).Under a pressure of 10 atm, the gas enters the working chamber 17 and picks up the rotation of the rotor. At the same time, the compression chamber 15 (Fig. 1) goes out of balance at the TDC, because the leading blade becomes more driven and is also included in the work. After passing the driven blade of the mouth of channel 16, the working chamber is disconnected from the heater and then works by expanding the working fluid from 10 at to 4 at adiabat. The pressure of the working fluid decreases to 4 atm, the temperature decreases. But the torque does not change, because simultaneously with a decrease in pressure, the radius of the active part of the scapula increases. With further movement of the rotor, the working chamber comes to the BDC, the purge channels 19 and 20 open and the cooler-expander 18 is turned on (see Fig. 1), where excess heat Q 2 is released into the atmosphere: the gas comes to its original state and the cycle ends (see Fig. 1 and 3).

Как и в двигателе Стирлинга, ДРС работает за счет теплоты, сообщаемой рабочему телу внешним источником. As in the Stirling engine, DLS works due to the heat transferred to the working fluid by an external source.

По сравнению с поршневым Стирлингом роторный намного проще. Выигрыш достигается за счет следующего:
- нет поршня, ромбического механизма, коленвала,
- нет регенератора,
- прямое движение рабочего тела (меньше потери),
- пять камер - пять рабочих ходов за один оборот,
- маховиком служит сам ротор,
- большой крутящий момент,
- постоянство крутящего момента на протяжении всего рабочего хода (плечо момента увеличивается к концу рабочего хода),
- возможно повышение внутреннего давления газа в двигателе (поместить весь двигатель вместе с электрогенератором в герметическую камеру),
- высокий КПД двигателя - не менее 65%,
- нет свечей электрозажигания,
- нет газораспределительного механизма.
Compared to piston Stirling, a rotary rotor is much simpler. The gain is achieved due to the following:
- no piston, rhombic mechanism, crankshaft,
- no regenerator,
- direct movement of the working fluid (less loss),
- five chambers - five working strokes per revolution,
- the rotor itself serves as a flywheel,
- high torque
- the constancy of torque throughout the entire stroke (the arm of the moment increases towards the end of the stroke),
- it is possible to increase the internal gas pressure in the engine (put the entire engine together with the electric generator in an airtight chamber),
- high engine efficiency - not less than 65%,
- no spark plugs,
- there is no gas distribution mechanism.

Источники информации
1. Двигатели Стирлинга.- М.: Машиностроение, 1977 г. (под редакцией М.Г. Круглова).
Sources of information
1. Stirling Engines .- M.: Mechanical Engineering, 1977 (edited by MG Kruglov).

2. Техническая термодинамика с основами теплопередачи и гидравлики.- Л.: Машиностроение, 1988 г. (Н.Г. Лашутина, О.В. Макашова, Р.М. Медведева). 2. Technical thermodynamics with the basics of heat transfer and hydraulics .- L .: Engineering, 1988 (N.G. Lashutina, O.V. Makashova, R.M. Medvedeva).

3. Основы теории и конструирования автотракторных двигателей.- М.: Высшая школа, 1973 г. (М.Д. Артамонов, М.М. Морин). 3. Fundamentals of the theory and design of automotive engines. - M.: Higher school, 1973 (MD Artamonov, MM Morin).

Claims (1)

Роторный двигатель c внешним подводом теплоты, состоящий из кольцевого статора прямоугольного сечения, внутри которого на неподвижной оси вращается ротор с лопатками, скользящими по внутренней образующей статора только по торцевой линии, а к боковым плоскостям ротора они малоподвижны, сжимают рабочее тело (газ) в камере сжатия у ВМТ и сжатый газ по каналам в статоре направляется в нагреватель, где подогревается до 600К, и подогретым направляется по каналам в статоре, расположенным в 45o после ВМТ, во впереди идущую рабочую камеру с давлением камеры сжатия, рабочее тело расширяется сначала по изобаре, а после отключения от нагревателя - по адиабате, теплота расширяющегося газа превращается в механическую работу вращающегося ротора, а рабочее тело у НМТ заканчивает свой путь в холодильнике-расширителе и возвращается в первоначальное состояние.A rotary engine with an external supply of heat, consisting of a circular stator of rectangular cross section, inside of which a rotor rotates with a fixed axis, with blades sliding along the inner stator generatrix only along the end line, and they are inactive towards the lateral planes of the rotor, compress the working fluid (gas) in the chamber compression at TDC and compressed gas through the channels in the stator is directed to the heater, where it is heated to 600K, and heated is directed through the channels in the stator, located 45 o after TDC, to the working chamber ahead with pressure the compression chamber, the working fluid expands first along the isobar, and after being disconnected from the heater, along the adiabat, the heat of the expanding gas turns into the mechanical work of the rotating rotor, and the working fluid at the NDC ends its path in the refrigerator-expander and returns to its original state.
RU97114657A 1997-08-26 1997-08-26 Rotary stirling engine with external heat supply RU2132476C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97114657A RU2132476C1 (en) 1997-08-26 1997-08-26 Rotary stirling engine with external heat supply

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97114657A RU2132476C1 (en) 1997-08-26 1997-08-26 Rotary stirling engine with external heat supply

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2132476C1 true RU2132476C1 (en) 1999-06-27
RU97114657A RU97114657A (en) 1999-06-27

Family

ID=20196782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97114657A RU2132476C1 (en) 1997-08-26 1997-08-26 Rotary stirling engine with external heat supply

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2132476C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6216462B1 (en) High efficiency, air bottoming engine
US4041706A (en) Linear force generator and heat engine embodying same
US9151291B2 (en) Rotary engine
US4864826A (en) Method and apparatus for generating power from a vapor
US9086013B2 (en) Gerotor rotary Stirling cycle engine
US4127364A (en) Heat pump unit
RU2132476C1 (en) Rotary stirling engine with external heat supply
US3403508A (en) Stirling cycle engine with wave-cam means interconnecting pistons and drive shaft thereof
US4561256A (en) External combustion engine
JP2007107490A (en) External combustion engine and structure thereof
EP1147292B1 (en) Lever-mechanism motor or pump
RU2745153C1 (en) Steam rotor power generating plant
AU2012338360A1 (en) Rotary engine and process
US20140345269A1 (en) Fluid expansion engine
KR900002876B1 (en) Rotary engine
KR101079131B1 (en) A stirling engine with hydrostatics pump
RU2116488C1 (en) Heat engine
RU2043530C1 (en) Rotor-piston stirling engine
RU2146008C1 (en) Rotary engine and method of its operation (versions)
JPH02283307A (en) Warm air generating apparatus
US20040045290A1 (en) Rotary crank-rod mechanism
UA56339C2 (en) Rotary spherical engine
KR20040063278A (en) Power producer for high pressure
RU2002132873A (en) VOLUME ACTION MACHINE