16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/124/9615.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 08 (124) апрель 2009 года

Проходной роторно-поршневой двигатель

Наука и новые технологии Станислав ПОНЯТОВСКИЙ

Двигатели внутреннего сгорания по праву занимают в современной технике доминирующее положение: они обеспечивают энергией легковые автомобили, катера и значительную часть грузового парка.

Однако бурный рост потребления таких мощностей требует высокого качества преобразователей энергии, поскольку их работа связана с нагрузкой на окружающую среду.

Поршневые ДВС сейчас уже не справляются с требованиями, которые предъявляются к тепловым преобразователям индивидуального пользования. В поисках подходящей им замены изобретатели все чаще обращаются к роторным машинам. Но пока из всех автомобильных фирм только «Мазда» решилась поставить на поток роторный двигатель Ванкеля.

По массогабаритным показателям такой двигатель значительно превосходит поршневые двигатели, имеет меньше деталей. Однако его широкое использование сдерживается рядом существенных причин. К главным из них можно отнести малый ресурс работы двигателя, которого хватает от силы на 100 000 километров пробега.

В то же время основные технические характеристики роторного варианта теплового преобразователя близки к характеристикам газотурбинной техники и при этом обладают экономичностью поршневого двигателя.

Это заставляет изобретателей искать варианты, в которых будут совмещены преимущества различных систем.

Как известно, роторно-порш­невой двигатель Ванкеля состоит из корпуса, в котором вершины треугольного ротора совершают эпитрохоидную траекторию, обеспечивая необходимые замкнутые полости переменного объема для сжатия рабочего тела, системы подвода тепловой энергии и механизма преобразования последней в энергию вращающегося вала.

Анализируя работу двигателя Ванкеля, можно заметить, что вершины треугольного ротора совершают свою траекторию под воздействием линии эпитрохоиды корпуса – в отличие от ДВС, где смену направления движения поршня определяет коленчатый вал.

Массивный же ротор, имея большую скорость, оказывает значительное сопротивление на сложных поворотах линии эпитрохоиды и, несмотря на обильную смазку, быстро изнашивает трущиеся детали двигателя. Помимо этого, вершины ротора, имеющие малую контактную поверхность, скользят под разными углами по трущейся поверхности корпуса, что ведет к еще большей скорости разрушения уплотнений.

Однако, к сожалению, линия эпитрохоиды совместно с эксцентриковым механизмом является конструктивной особенностью роторного поршневого двигателя Ванкеля, и на сегодняшний день схема Ванкеля лучшее решение для роторно-поршневого двигателя, несмотря на невысокий ресурс. Приходится признать, что дальнейшее улучшение характеристик двигателя Ванкеля может быть осуществлено лишь с помощью применения еще более дорогостоящих материалов – при незначительной эффективности самого двигателя.

Но есть и другое решение проблемы создания замкнутых полостей переменного объема, в полной мере использующее все преимущества роторно-поршневого механизма.

Оно осуществляется путем установки плотной разделительной стенки в радиальной плоскости цилиндрического корпуса. Стенка откроется в нужный момент и пропустит рабочую часть ротора в точку начала оборота.

В этом случае ротор жестко связан с выходным валом, определяющим траекторию движения ротора без возвратно поступательной составляющей. Трение вращающегося ротора по цилиндрическому корпусу позволит создать большую площадь контакта трущихся поверхностей с неизменным углом касания. В итоге трущиеся поверхности не испытывают паразитного давления; параллельно с этим значительно улучшается уплотнение за счет увеличения поверхности контакта и снижается вибрация двигателя.

Здесь единственным относительно сложным узлом двигателя, который требует технической проработки и испытания, является уплотнительная стенка, пропускающая зуб ротора после завершения цикла.

Реализовать ее можно, установив на пути ротора дополнительный синхронно вращающийся цилиндр, охваченный корпусом. Он работает как вращающаяся часть подшипника скольжения, имеющего паз, который, развернувшись, пропускает зуб ротора словно через турникет.

Работа пропускного цилиндра при совершении рабочего хода заключается только в создании надежных уплотнений между камерами – в двух направлениях цилиндра. Одно проходит по линии скольжения цилиндра в корпусе с характеристиками подшипника скольжения – и здесь уплотнительная способность цилиндра сомнений не вызывает.

На втором направлении уплотнения цилиндр катится по поверхности малого радиуса ротора. Это наиболее сложный участок уплотнения с характеристиками, подобными роликовому или игольчатому подшипнику, который и является основой работы над пропускным РПД.

Автору представляется, что, с технической точки зрения, на пути к созданию перспективного роторного двигателя, свободного от недостатков РПД Ванкеля, стоит лишь вопрос уплотнения между катящимися цилиндрами. Переход же зуба через паз цилиндра происходит в технологическое время при отсутствии давления между камерами. Схема боковых уплотнений успешно решается в РПД Ванкеля, и ее можно позаимствовать.

Вторым отличием проходного РПД является компоновка функциональных узлов по схеме газотурбинного двигателя.

Выделение компрессора камеры сгорания и преобразователя в отдельные конструктивные узлы может значительно улучшить экологические показатели выхлопных газов, поскольку топливо будет сгорать в специально приспособленной камере, где легко можно поддерживать расход температуры и давление рабочего тела. Учитывая разные условия работы компрессора и преобразователя, появится возможность оптимизации узлов под конкретную задачу сжатия воздуха или преобразования энергии полученного горячего газа.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 08 (124) апрель 2009 года: