http://www.eprussia.ru/epr/172/12902.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 08 (172) апрель 2011 года
Двигатель со спиралеобразными полостями
Наука и новые технологии
Вячеслав ИВАНОВ, Псковский политехнический институт
Двигатель, в соответствии с требованиями времени, должен отличаться от известных не просто отдельными параметрами, а значительным их улучшением: увеличением ресурса и эксплуатационной надежности, снижением затрат на создание, изготовление и эксплуатацию.
Другим направлением является совершенствование экологических характеристик. Несомненно, имеют перспективу только те технические решения, которые смогут преодолеть основные недостатки известных тепловых машин. Такой двигатель может быть разработан на основе управления процессом горения топлива.
Автор предлагает конструкцию двигателя (патент России № 2304225), в котором может быть реализован цикл нормального равномерного горения смесей.
Особенности конструкции
В корпусе такого роторно-волнового двигателя выполнены спиралеобразные полости, в которых размещены эксцентрично подобные спиралеобразные нагнетатели, установленные на общем для компрессорного и расширительного отсеков роторе, вращающемся на кривошипе вала.
Нагнетатели сдвигаются (качаются) в полостях по траектории кривошипа с помощью механизма вращения (с передаточным отношением, относительно корпуса, равным единице) – например, с помощью блока шестерен.
Центральными и периферийными спиральными поверхностями нагнетатели контактируют со спиральными поверхностями полостей в определенных точках (Т), образуя с обеих сторон агрегата замкнутые в виде волн динамические камеры с активными рабочими областями (V).
Волнообразные камеры в компрессионных полостях смещаются в сторону центра спирали, уменьшая объемы V, а в расширительных – смещаются в сторону увеличения радиуса спирали, увеличивая свои объемы. Коэффициент сжатия смеси зависит от геометрических параметров волнообразных камер компрессионного и расширительного отсеков.
Разделенная нагнетателем сгорающая смесь образует два волнообразных автономных потока, сдвинутых по фазе друг относительно друга.
Модульное исполнение двигателя позволяет создавать на основе его различные схемы горения топливной смеси.
Нормальное горение
В случае нормального горения камера сгорания, вместе с размещенными в ней форсунками и свечами зажигания, может располагаться между компрессорным и расширительным отсеками и занимать фиксированное положение.
Топливные форсунки здесь могут быть размещены перед компрессионным отсеком, в области впускного окна, и тогда топливо хорошо смешивается с воздухом – и только после этого поступает в камеру сгорания.
По сути, камера сгорания служит лишь для поджигания смеси, а сгорание топлива происходит в динамически расширяющихся камерах V.
После воспламенения смеси свеча зажигания отключается, а вновь поступающие волнообразные порции топливной смеси воспламеняются под влиянием горения смеси сопряженного потока. Длина расширительной спиралеобразной полости, число волн и длительность перемещения по ней волновых камер V рассчитывается из условия полного сгорания смеси. Это позволяет получить максимальный момент на валу и снизить до минимума выбросы газов в атмосферу.
Комбинированный цикл
В двигателе может быть реализован комбинированный непрерывный рабочий цикл, состоящий из двух известных: расширения сгорающей топливной смеси (газовый) и теплового расширения водяных паров (паровой).
Это достигается путем впрыскивания воды или водяного пара в отделенные от камеры сгорания, замкнутые точками Т, объемы V – при этом процесс возгорания в камере сгорания топливной смеси не затрагивается.
Объединение двух рабочих циклов в один непрерывный последовательно-параллельный обеспечивает срабатывание, в течение нескольких оборотов вала, всего избыточного давления и тепла рабочих газов и пара – а соответственно, обеспечивает их суммарный КПД.
Внешний подвод тепла
Спиралеобразные секции могут найти применение и в двигателях с внешним подводом тепла. В таком двигателе такты сжатия и расширения осуществляются в разных отсеках: компрессионном и расширительном, которые связаны между собой через компрессионную и расширительную магистрали. В компрессионной магистрали находится охладитель, а в расширительной – нагреватель.
Кроме того, на основе роторно-волнового может быть решена задача парового двигателя, в котором, как в турбине, пар поступает в спиралеобразную полость и, расширяясь, создает давление на нагнетатель.
Преимущества и возможности применения
В двигателе обеспечивается равномерный крутящий момент при низкой и высокой частоте вращения ротора, что позволяет, при его использовании в мобильных транспортных средствах, исключить необходимость применения многоступенчатых коробок передач.
Установка на роторе исполнительного механизма практически устраняет механические потери. Потенциальная энергия топлива через нагнетатель и ротор непосредственно преобразуется в кинетическую энергию движения исполнительного механизма.
Малая масса вращающихся деталей, их небольшое количество, сбалансированность инерционных сил характеризуют конструктивные параметры двигателя. Частота волн, а следовательно – и скорость вращения вала, может быть менее одного оборота в секунду или достигать нескольких сотен.
Двигатель может найти применение в авиационной промышленности (например, вертолетостроении и для оснащения беспилотных летательных аппаратов), в автомобилестроении (с передачей сил на вал и снижением выбросов до минимума), а также газовой, нефтяной и других отраслях.
Двигатель конструктивно прост. Габаритные размеры могут быть от нескольких десятков миллиметров до размеров мощных стационарных установок. Технология изготовления, в силу небольшого количества деталей, несложна и недорога. Модульное исполнение позволяет легко создавать необходимые конфигурации. Волновой характер процессов воспламенения и горения легко управляем. А возможность полного сгорания топлива и расширения его за несколько оборотов вала способствует повышению экономичности. Два автономных потока повышают надежность работы. И наконец, полное сжигание топлива позволяет говорить о положительном экологическом эффекте.
Отправить на Email
Также читайте в номере № 08 (172) апрель 2011 года:
-
Энергетический комплекс России и СНГ выбирает краны «Челябинец» 
Свой вклад в развитие энергетического комплекса вносит Челябинский механический завод – производитель современных гусеничных и автомобильных кранов. ...
-
Блиц В ЗАО «Уральский турбинный завод» новым генеральным директором с 1 апреля 2011 года назначен Игорь Сорочан. На этом посту он сменит Евгения Кислицына, который переходит на работу в одно из предприятий группы компаний «Ренова» в Москве. Господин Сорочан прошел путь от мастера на Ленинградском металлическом заводе до генерального директора ОАО «Объединенные машиностроительные заводы» – одного из крупнейших в России промышленных холдинг...
-
Прошлый год стал успешным для ТГК-1 
ОАО «ТГК-1» представило прошедшую аудит консолидированную отчетность за 2010 год по международным стандартам финансовой отчетности (МСФО). ...
-
Новые решения традиционных задач 
В настоящее время в схемах релейной защиты и автоматики используются три поколения устройств: электромеханические, микроэлектронные и микропроцессорные. ...
-
Солнечная установка с высоким давлением 
В конце марта на юге Испании была введена экспериментальная электростанция, использующая ряд интересных решений для повышения КПД. ...
