RU2132476C1 - Rotary stirling engine with external heat supply - Google Patents
Rotary stirling engine with external heat supply Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
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
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
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
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
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,
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
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
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)
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) |
-
1997
- 1997-08-26 RU RU97114657A patent/RU2132476C1/en active
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 |