16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/77/5380.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 1 (77) январь 2007 года

Новое о двигателе Гридина

Новые технологии Валерий Гридин

Наша газета уже писала об изобретении Валерия Гридина из Москвы (см. «ЭиПР» за октябрь 2006 года) – роторно-лопастном двигателе («ДГ»). В опубликованном материале мы рассказали о цели создания нового двигателя, о его прототипе (двигателе Ванкеля), а также дали краткое описание конструкции и принципа работы нового механизма. Статья вызвала резонанс в печатных изданиях, была продублирована на многих энергетических и автомобильных сайтах в сети Интернет. Однако с момента первоначального замысла прошло много времени, автор за этот срок усовершенствовал свое изобретение, подал заявки на патент РФ по ряду принципиальных особенностей нового двигателя (кинематика ДГ – заявка №2005122562 (включает описание механизма периодического изменения скоростей), компрессия – заявка № 2005129592 (включает описание способа формирования компрессии в кольцевой рабочей камере прямоугольного сечения), увеличение ресурса двигателя – заявка № 2006136442 (включает описание увеличения ресурса двигателя)).

Зачем нужен новый двигатель?

Автор утверждает, что найденные им решения лягут в основу нового автомобильного (и не только автомобильного) двигателя, который может уверенно заменить поршневой. В новой публикации, написанной специально для нашего издания, описывается устройство и работа компактной секции двигателя, которая одновременно является самостоятельным двигателем. При этом подчеркивается, что таких секций в полноценном средстве передвижения может быть несколько, причем для разных областей применения могут использоваться разные кинематические схемы.

Так, предполагается, что для самостоятельного (односекционного) двигателя лучше использовать, как наиболее простой вариант, схему, не имеющую дублирования кривошипов и шестеренок на валу двигателя.

Поэтому рассматриваемый здесь двигатель лучше называть секцией двигателя. Секция двигателя имеет цилиндрическую форму шириной 120‑160 мм и диаметром 200‑220 мм, мощность 50‑100 л. с., 10‑20 тыс. об./мин. и ресурс при установке на автомобиль 1‑3 млн км.

Такой ресурс достигается только в цилиндрической камере прямоугольного сечения, и только в такой камере можно создать компрессию.

Создание компрессии в прямоугольной камере не только возможно, но и более выгодно, так как при этом можно использовать такие материалы, которые невозможно применить в поршневом двигателе, – и это позволит значительно увеличить ресурс камеры и снизить потери на трение.

Автор предполагает, что с помощью новых решений можно создать «одноразовый» двигатель с ресурсом не менее 1 млн км., при том, что затраты на его производство будут значительно ниже, чем для поршневого.

В двигателе осуществляется эффект ускорения и замедления вращения лопастных роторов, но эти ускорения не превышают 3‑5-кратных значений от скорости их вращения в мертвой точке (то есть при равной их скорости). Ускорения лопастных роторов взаимно компенсируются в механизме распределения скоростей, не вызывая вибрации двигателя. Последнее обстоятельство накладывает ограничение на скорость вращения выходного вала, однако она, тем не менее, может быть выше, чем у поршневого двигателя. Для этого необходимо максимально уменьшить инерционную массу лопастных роторов и части деталей кривошипно-шатунного механизма. Такое возможно, если учитывать, что эти детали имеют очень скромные размеры и могут изготавливаться из сплавов алюминия.

Не следует думать, что изготовить лопастной ротор или камеру очень сложно. Напротив, технология может быть очень простой, например сделать крышки с насечками можно штамповкой с дальнейшей шлифовкой поверхности, а элементы канавок и уголки создаются отдельно и прикрепляются (привинчиваются) к отшлифованной поверхности лопасти.

Основное применение двигателя – конечно же, в качестве автомобильного. Уже сегодня разработана схема многосекционного автомобильного двигателя (заявка № 2006101076) с множеством функций. Например, в автомобиле он может применяться без коробки переключения скоростей, при этом суммарный объем камер сгорания составит от 4 до 10 литров.

Такой двигатель использует при движении только необходимое количество секций, благодаря чему снижается расход топлива до «малолитражных» значений, зато при разгоне и на максимальных скоростях до 300 км/ч ему нет равных. Впечатляют и размеры: длина пятилитрового четырехсекционного двигателя будет равняться всего 50‑70 см, при диаметре 20 см.

Такой двигатель может иметь множество других полезных функций. Например, можно использовать его в качестве приводного, когда он, при разгоне, приводится в движение сжатым воздухом, накопленным им же при торможении. Этим можно добиться необыкновенно низкого расхода топлива при эксплуатации агрегата в городских условиях.

Кроме того, такой двигатель не нуждается в механизме сцепления.

Вот почему автор утверждает, что за этим двигателем будущее.



Описание двигателя

Изобретение, как уже сообщалось в предыдущей публикации, относится к двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением рабочих органов в кольцевой рабочей камере. Его наилучшее применение – в автомобилестроении, но двигатель может также использоваться в качестве роторной машины объемного типа, пневмо- и гидромашины, а также использоваться при создании насосов, компрессоров, гидроприводов.

Двигатель работает по четырехтактному принципу. В нем имеется кольцевая рабочая камера прямоугольного сечения, с впускными и выпускными отверстиями, торцовые крышки, выходной вал, две пары лопастных роторов, разделяющие внутренний объем камеры на четыре изолированных сектора, свеча зажигания, механизм периодического изменения скоростей.

Все рабочие процессы проходят одновременно в пространстве между лопастными роторами: всасывание топлива через отверстие в корпусе, сжатие горючей смеси, воспламенение, рабочий ход и удаление отработанных газов через выхлопное отверстие в корпусе. При этом обе пары лопастей одновременно вращаются в одном направлении, но их угловые скорости попеременно, но плавно меняются, то ускоряя, то замедляя вращение. Такое вращение лопастей и передача крутящего момента на выходной вал осуществляет механизм периодического изменения скоростей. На схемах представлен пример механизма с вариантом исполнения.

Примечание. В настоящее время известно множество аналогичных механизмов, выполненных на основе кривошипов, кривошипно-шатунных механизмов планетарного строения, при помощи эллиптических шестеренок. Основные их недостатки: неуравновешенность, ненадежность, недостаточный угол схождения лопастей и невозможность практического исполнения.

Предлагаемый же вариант более прост и имеет важные отличия: это, во‑первых, неподвижные оси вращения кривошипного механизма и, во‑вторых, меньшая нагрузка на полуоси кривошипов благодаря наличию повышающей зубчатой передачи между лопастями и выходным валом.

Для создания компрессии в двигателе по периметру лопастных роторов существуют как минимум два уплотнительных контура, состоящие из перехлестывающихся концами пластин, установленных в канавки роторов. Пластины выполнены в форме прямоугольных уголков и прижимаются подпружинными элементами к боковой стенке канавки, в направлении к центру лопасти, а подпружинными или пружинными элементами – к внутренним поверхностям камеры. В уплотнительном контуре имеются заглушки. В стенке основания крепления лопасти имеются канавки, куда входят неперехлестывающиеся концы уголков.

Примечание. Конструкция контура в виде перехлестывающихся уголков представляется автору единственно правильной, так как не имеет неперекрываемых щелей и очень технологична. Она устойчива к изгибам лопастных роторов, и даже при износе части торцевых поверхностей контур не теряет своих уплотнительных свойств.

Для создания компрессии в осевом направлении лопастные роторы крепятся на двух соприкасающихся дисках, размещенных в центре камеры, которая выполнена с возможностью сужения в осевом направлении. На каждом диске жестко крепится втулка, составляющая половину внутреннего цилиндра рабочей камеры. Диски соприкасаются между собой, а втулки – боковыми поверхностями, на которых имеются насечки (зубцы, канавки), – с корпусом. Поверхности подвергаются механической обработке, и диски садятся на радиально-упорные и/или осевые подшипники, расположенные между корпусом и втулками и между дисками. После посадки на подшипники стенки камеры крепятся неподвижно.

Примечания:

После посадки дисков на подшипники между поверхностью боковых стенок и втулкой (полуцилиндром) имеется осевая щель, ширина которой зависит только от биения в осевых подшипниках и тепловом расширении (сужении) материала. Учитывая современные технологии изготовления точных подшипников, а также возможность применения для крепления лопастей подшипников скольжения, щель при заполнении ее компрессионным маслом будет герметичной и иметь хорошее осевое уплотнение. При выработке подшипников имеется дополнительная возможность сужения камеры и посадки дисков в подшипники (т. е. компрессионные свойства осевого уплотнения восстанавливаются при техническом обслуживании двигателя).

Размещение же лопастей на дисках в центре камеры представляется оптимальным вариантом, так как суммарное напряжение, создаваемое давлением газа на лопасть, сосредоточено в центре лопасти.



Кинематика

В кинематике «Двигателя Гридина» (заявка № 2005122562, имеет решение о выдаче патента) представлен способ, как полностью избавиться от вибрационных процессов, получить любые степени сжатия между двумя парами лопастных роторов и повысить плавность изменения угловых скоростей лопастных роторов.

«ДГ» полностью уравновешен, компактен, многовариантен, создает любые степени сжатия, что отличает его от подобных решений (например – RU 2175720 С2 от 10.11.2001 г.; RU 2211336 C1 от 27.08.2003 г.; GB 2295857 A, 12.06.1996 г.;
USА 5686269 A, 11.11.1997 г. и др.).

На схеме 1 представлен пример расположения узлов механизма периодического изменения скоростей, расположенных на противоположных торцовых крышках корпуса, и их связи через ведущий вал (внешнее зацепление между лопастью и шестеренкой).

На схеме 2 представлен пример расположения узлов механизма периодического изменения скоростей на одной торцовой крышке корпуса и их связь через зубчатую передачу (внешнее зацепление между лопастью и шестеренкой).

Чертеж схемы 2 (как и схему 1) мы уже представляли в октябрьском номере газеты. Поскольку они имеют принципиальное значение для понимания сущности работы двигателя, мы дублируем их в текущей публикации.

Итак, двигатель имеет минимум два механизма периодического изменения скоростей, находящихся в противофазе.

Механизмы выполнены в виде зубчатой передачи с внешним или внутренним зацеплением с передаточным числом два. Каждая пара лопастных роторов имеет жесткую связь с колесом зубчатой передачи механизма, а шестеренка передачи жестко связана с кривошипом, на полуоси которого крепится ползун, скользящий по направляющей, жестко закрепленной на валу. Вал является выходным валом для схемы 1. Для схемы 2 он не является выходным, на нем жестко крепятся зубчатые колеса, входящие в зацепление с зубчатым колесом, жестко закрепленным на выходном валу.



Работа двигателя

В рабочих камерах, между двумя парами лопастных роторов, одновременно проходят все циклы рабочего процесса двигателя (рис. 1): сжатие горючей смеси, сгорание, выхлоп и всасывание. В двигателе предусмотрены свеча зажигания и два отверстия, через одно из которых подается горючая смесь, а через другое удаляются отработанные газы. Движение в камере двух пар лопастных роторов происходит по кругу в одном направлении, причем в мертвой точке их угловые скорости одинаковы и равны половине угловой скорости вращения вала с направляющими.

Угол между лопастными роторами в этой точке минимальный и определяется расположением оси вращения вала с направляющей относительно оси шестеренки с кривошипом и полуосью кривошипа. После прохождения мертвой точки одна пара лопастных роторов плавно снижает угловую скорость (примерно в 3‑5 раз по сравнению со скоростью в мертвой точке), другая плавно набирает скорость (тоже в 3‑5 раз) и в своем максимуме имеет угловую скорость, равную угловой скорости вращения вала с направляющими. Цикл повторяется через 360 градусов для вала с направляющими, при этом благодаря наличию между кривошипом и лопастными роторами понижающей зубчатой передачи лопастные роторы поворачиваются лишь на 180 градусов, обеспечивая полный цикл работы четырехтактного двигателя.

Схемы, обеспечивая работу двигателя в четырехтактном режиме, по совокупности признаков ведут к получению одного и того же технического результата, а именно – к плавному изменению угловых скоростей между лопастными роторами и созданию между ними необходимой степени сжатия, а также обеспечивают передачу крутящего момента на ведущий вал.

Таким образом, описываемый роторно-лопастной двигатель отличается тем, что:

1. Механизм периодического изменения скоростей выполнен в виде зубчатой передачи с внешним или внутренним зацеплением, передаточным числом два, колесо которой жестко связано с лопастным ротором, а шестеренка располагается с торца двигателя, имеет неподвижную ось вращения и жестко связана с кривошипом, на полуоси которого крепится ползун, скользящий по направляющей, жестко закрепленной на валу, который имеет неподвижную ось вращения, находящуюся между осью шестеренки и полуосью кривошипа и кинематическое соединение с ведущим валом.

2. Кинематическое соединение осуществляется через жесткое крепление валов с направляющими на выходном валу или через зубчатую передачу двух и более зубчатых колес, одно из которых жестко закреплено на ведущем валу, а другие на валах с направляющими.

3. Каждая пара лопастных роторов может иметь одну и более шестеренок с кривошипом, расположенных на одной торцовой крышке корпуса или на двух противоположных и соответствующее количество валов с направляющими.



Авторские предложения

1. Для эффекта осевого уплотнения надо, чтобы биение подшипников, на которые производится посадка дисков, была минимальной. Для этого, быть может, необходимо использовать «мокрые» подшипники (т. е. подшипники скольжения). Возможно, что при посадке дисков на подшипники все детали камеры должны нагреваться до рабочей температуры двигателя.

2. Для увеличения ресурса двигателя в нем применяется новый способ осевого уплотнения и возможно применение новых материалов.

Например, уголки уплотнительного контура могут быть выполнены из керамики, углепластика или других материалов, имеющих меньшие потери на трение.

3. Обрабатываемые поверхности, подверженные механической обработке, должны быть покрыты слоем материала, который при стирании превращается в мелкий порошок, который переносится маслом в фильтр. Этот слой, толщиной 1‑3 мм, должен «держать» рабочую температуру двигателя, не колоться и крепко держаться на поверхности металла.

4. Технология изготовления крышек производится их штамповкой и последующей шлифовкой, а элементы канавок и уголки изготавливаются отдельно и прикрепляются на поверхность отшлифованной лопасти целым блоком, поэтому нет необходимости в сложных и точных технологиях расточки лопастей.

5. Чтобы канавки зубцов не засорялись стружкой и частицами сгоревшего масла, необходимо постоянно промывать их, для чего в корпусе двигателя имеется одно или несколько отверстий, куда под высоким давлением подается компрессионное масло. Эти отверстия находятся напротив зубцов и выполнены в поверхности, подверженной механической обработке.

6. В камере и лопастях должны быть выполнены отверстия и каналы для подвода и отвода компрессионного масла в камеру и из нее с целью циркуляции масла, для создания компрессии и смазки уплотнительного контура.

7. В двигателе внедрено решение по смазке и удалению излишней смазки с поверхности камеры в секторе, где происходит воспламенение горючей смеси. Оно заключается в том, что уплотнительный контур лопасти состоит как минимум из двух контуров, пространство между которыми не заполняется компрессионным маслом. Контур находящийся ближе к выхлопному отверстию гонит перед собой масляную волну, второй контур – собирает остатки масла. Таким образом, перед началом воспламенения смеси камера будет очищена от излишка масла. Этим можно уменьшить потерю масла.



Выводы

В авторском проекте четырехтактного роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания с цилиндрической камерой прямоугольного сечения и лопастными роторами, разделяющими ее на четыре сектора, представлен компактный, многовариантный механизм периодического изменения угловых скоростей лопастных роторов.

В результате достигается необходимая степень сжатия, а также уравновешенность и надежность механизма. Кроме того, представлен способ крепления лопастных роторов, в результате которого достигается надежность крепления лопастных роторов и уменьшаются потери на трение. Представлены также новые способы уплотнения, в результате которых в рабочей камере двигателя достигается компрессия, уменьшаются потери на трение, увеличивается ресурс двигателя. Представлен также новый способ компрессионной смазки уплотнительного контура, устраняющий потери масла при сгорании, представлен новый способ очистки осевого уплотнительного контура, препятствующий его засорению и потере уплотнительных свойств.

В результате реализации проекта новых решений может быть создан компактный двигатель цилиндрической формы в 3‑4 раза меньших размера и массы, чем такой же по мощности поршневой двигатель. За счет применения в двигателе новых материалов и технологий его ресурс может быть увеличен в несколько раз по сравнению с поршневым двигателем, он не нуждается в клапанах, технологичен в исполнении, поэтому себестоимость его производства в несколько раз меньше поршневого.

Двигатель может найти самое широкое применение. Он может применяться на автомобилях всех марок, в малой авиации, в вертолетах, катерах и т. д.

В результате создания налаженного технологического процесса по производству ДГ на рынке может появиться высокотехнологичный, относительно дешевый, компактный, надежный и долговечный двигатель, который сделает огромный прорыв в отечественном и мировом автомобилестроении, будет пользоваться огромным спросом во всем мире.

Заявка «Роторно-лопастной двигатель Гридина» включает в себя сокращенный материал из всех основных патентов и заявок, в которых представлены решения автора по устройству, кинематике, компрессии и увеличению ресурса двигателя.

Кинематика – заявка № 2005122562 (включает описание механизма периодического изменения скоростей, на заявку имеется решение о выдаче патента).

Компрессия – заявка № 2005129592 (включает описание способа формирования компрессии в кольцевой рабочей камере прямоугольного сечения)
Увеличение ресурса двигателя – заявка № 2006136442 (включает описание увеличения ресурса двигателя).

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 1 (77) январь 2007 года:

  • Специальный регламент: безопасность энергообъектов

    РАО «ЕЭС России» в январе объявило об усилении охраны объектов электроэнергетики в связи с информацией об угрозе совершения диверсионно-террористического акта в России, распространенной Национальным антитеррористическим комитетом (НАК). Как сообщил «Интерфакс», заявление органов безопасности не касается объектов энергетики, но в РАО ЕЭС приняли корпоративное решение и усилили охрану энергообъектов. «У нас есть специальный регламент опов...

  • Вопрос газоснабжения Калининградской области решат к 1 апреля

    Первое апреля 2007 года – конечный срок, к которому необходимо найти решение проблемы газоснабжения Калининградской области. Такова суть поручения Правительства РФ в адрес профильных министерств и ведомств, ОАО «Газпром» и РАО «ЕЭС России». Как сообщил на первом в 2007 году заседании Кабинета министров губернатор Калининградской области Георгий Боос, потребность области в газе составляет 1,56 млрд куб. м в год. К 2008 году эта ци...

  • Подводя итоги минувшего года
    Подводя итоги минувшего года

    2006 год принес множество перемен, позволивших ЗАО «РАДИУС-Автоматика» в значительной степени улучшить удовлетворение потребностей заказчиков. ...

  • Siemens на Конаковской ГРЭС

    На Конаковской ГРЭС, входящей в состав ОАО «ОГК-5», быстрыми темпами идет реконструкция. Совсем недавно на электростанции смонтировано и уже пущено в эксплуатацию новое, уникальное по своим техническим характеристикам оборудование – высоковольтный элегазовый выключатель 500 кВ. Основные работы по его монтажу были доверены специалистам ЗАО «Конаковоагропромэнерго», которое вот уже на протяжении 10 лет успешно и неизменно качественн...

  • Еще раз о необходимости перестройки перестройки

    Прочитал заметку о прошедшем заседании городского координационного совета, на котором рассматривались вопросы подготовки системы электроснабжения Санкт-Петербурга к ее работе в режиме предстоящего зимнего периода. На первый взгляд, прошло мероприятие, повторяющееся из года в год, планово‑предупредительного характера, связанного с проверкой готовности энергоснабжающих организаций города обеспечить надежное электроснабжение его по...