Винахід відноситься до двигунобудування і може бути використане в енергомашинобудуванні, тепловозобудуванні, суднобудуванні, авіації, тракторо- та автомобілебудуванні. Двигун містить нерухомий порожнистий корпус 1, ротор 3 з чотирма радіальними пазами 4, чотири лопаті 5, елементи подачі пари 6, сопла Лаваля 7, елементи відведення пари 8, а також послідовно з'єднані конденсатор пари 9 водяний бак 10 генератор пара високого тиску 11, ресивер 12 і розподільник пари 13, керований контролером 14. Внутрішня поверхня 2 корпусу 1 виконана циліндричною. Ротор 3 виконаний у вигляді прямого кругового циліндра. Лопаті 5 встановлені в пазах 4 з можливістю переміщення в цих пазах і ковзання своїми робочими гранями по внутрішньої поверхні 2 корпуси 1. Елементи подачі пари 6 встановлені в корпусі так, що пар, що подається через них, не створює турбінного ефекту. Сопла Лаваля 7 встановлені в корпусі похило до радіуса ротора, так що вісь кожного сопла Лаваля орієнтована в напрямку відповідної до циліндричної поверхні ротора. Входи конденсатора 9 з'єднані з виходами 8 елементів відведення пари. Виходи розподільника пари 13 з'єднані з входами елементів подачі пари 6 і входами сопел Лаваля 7. Винахід спрямовано збільшення потужності двигуна на високих швидкостяхобертання ротора. 6 з.п. ф-ли, 6 іл.

Малюнки до патенту РФ 2491425

Область техніки, до якої належить винахід

Винахід відноситься до галузі двигунобудування, а саме до роторно-лопатевих двигунів, і може бути використане в енергомашинобудуванні, тепловозобудуванні, суднобудуванні, авіації та тракторо-і автомобілебудуванні.

Рівень техніки

Відомий роторно-лопатевий двигун внутрішнього згоряннямістить корпус, внутрішня робоча поверхня якого виконана у вигляді прямого кругового циліндра з двома торцевими кришками, ротор, ексцентрично встановлений в корпусі і має радіальні пази, в яких встановлені лопаті з можливістю переміщення в цих пазах і ковзання своїми робочими гранями по внутрішній робочій поверхні корпусу у процесі обертання ротора, а також системи паливоподачі та газообміну, при цьому ротор і корпус виконані суцільними з волокнистого вуглець-вуглецевого композиту або термостійкої кераміки, лопаті - у вигляді пакета пластин з вуглеграфітової композиції, а в тілі ротора між пазами виконані камери згоряння у вигляді циліндричних або сферичних заглиблень (Патент UA № 2011866 C1, M. кл. F02B 53/00, опубліковано 1990.04.30).

Ознаки, що є загальними для відомого та заявленого рішень, полягають у наявності циліндричного корпусу, ротора з радіальними пазами, встановленого в корпусі з можливістю обертання, та лопатей, встановлених у радіальних пазах ротора з можливістю переміщення в цих пазах та ковзання своїми робочими гранями по внутрішній робочій поверхні корпусу в процесі обертання ротора, а також у наявності розташованих у стінці корпусу елементів подачі робочого тіла та елементів газообміну.

Причина, що перешкоджає отриманню відомому технічному рішенні необхідного технічного результату, полягає в тому, що внутрішня робоча поверхня корпусу виконана у вигляді прямого кругового циліндра, а ротор встановлений з ексцентриситетом щодо осі симетрії внутрішньої робочої поверхні корпусу, що є причиною істотної неврівноваженості.

Найбільш близьким аналогом (прототипом) є паровий роторно-лопатевий двигун, який містить нерухомий порожнистий корпус, внутрішня робоча поверхня якого виконана циліндричною, ротор з радіальними пазами, встановлений в корпусі співвісно з внутрішньою робочою поверхнею корпусу, при цьому в роторі виконані пази, які розташовані рівномірно по колу ротора, лопаті, встановлені в радіальних пазах ротора з можливістю переміщення в цих пазах і ковзання своїми робочими гранями по внутрішній робочій поверхні корпусу в процесі обертання ротора, а також елементи подачі пари та елементи відведення пари, розташовані в стінці корпусу (Опис винаходу до патенту UA № 2361089 C1, M. кл. F01C 1/32, F02B 53/02, F02B 55/08, F02B 55/16, опубліковано 10.07.2009).

Ознаки, що є загальними для відомого та заявленого рішень, полягають у наявності корпусу, внутрішня робоча поверхня якого виконана циліндричною, встановленого в корпусі ротора, в якому виконані радіальні пази, розташовані рівномірно по колу ротора, лопатей, встановлених у пазах з можливістю переміщення в цих пазах і ковзання своїми робочими гранями по внутрішній робочій поверхні корпусу в процесі обертання ротора, джерела пари, а також розташованих у стінці корпусу елементів подачі пари, з'єднані з джерелом пари, та розташованих у корпусі елементи відведення пари.

Причина, що перешкоджає отриманню у відомому технічному рішенні необхідного технічного результату, полягає в тому, що елементи подачі пари встановлені радіально, внаслідок чого пар, що подається через них, не створює турбінного ефекту.

Сутність винаходу

Завдання, на вирішення якого направлено винахід, полягає у збільшенні потужності двигуна на високих швидкостях обертання ротора.

Технічний результат, що опосередковує вирішення зазначеної задачі, полягає в подачі додаткової пари з високою швидкістю потоку в напрямку, що стосується до циліндричної поверхні ротора.

Досягається технічний результат тим, що роторно-лопатевий двигун містить нерухомий порожнистий корпус, внутрішня робоча поверхня якого виконана циліндричною, ротор, який встановлений в корпусі і в якому виконані радіальні пази, рівномірно розташовані по колу ротора, лопаті, встановлені у зазначених пазах з можливістю переміщення в цих пазах і ковзання своїми робочими гранями по внутрішній робочій поверхні корпусу в процесі обертання ротора, джерело пари, елементи подачі пари, розташовані в стінці корпусу і з'єднані з джерелом пари, елементи відведення пари, розташовані в корпусі, а також принаймні одне сопло Лаваля, яке з'єднане з джерелом пари та встановлене в стінці корпусу похило до радіуса ротора з можливістю створення турбінного ефекту.

Досягається технічний результат також тим, що джерело пари виконано у вигляді послідовно з'єднаних конденсатора, водяного бака, генератора пари високого тиску, ресивера та керованого контролером розподільчого клапана, при цьому до виходів розподільчого клапана приєднані елементи подачі пари та сопла Лаваля, а до входів конденсатора під'єднані елементи відведення пари.

Досягається технічний результат також тим, що генератор пари високого тиску містить корпус з принаймні однією камерою топки, принаймні один водонагрівач, розташований в камері топки, і принаймні один пальниковий пристрій, встановлений з можливістю нагрівання води у водонагрівачі, при цьому пальниковий пристрій є соплом Лаваля, що працює на водяному паливі.

Досягається технічний результат також тим, що на вході пальника встановлено форсунка для подачі в нього води або водяної пари і електроди для створення електричної дуги, призначеної для дисоціації цієї води.

Досягається технічний результат також тим, що пальниковий пристрій містить принаймні одне додаткове сопло Лаваля, що утворює зі згаданим соплом, що є основним, лінійний ланцюг сопел Лаваля, в якій основне сопло є першим і вихід вихідного сопла ланцюга з'єднаний з входом одного наступного сопла ланцюга, так що геометричні розміри наступного сопла ланцюга перевищують геометричні розміри попереднього сопла ланцюга.

Досягається технічний результат також тим, що пальниковий пристрій містить принаймні два додаткові сопла Лаваля, що утворюють зі згаданим соплом, що є основним, розгалужений ланцюг сопел Лаваля, в якій основне сопло є першим і в якій вихід попереднього сопла ланцюга з'єднаний з входами двох сопел ланцюги.

Нові ознаки заявленого технічного рішенняполягають у тому, що двигун містить принаймні одне сопло Лаваля, яке з'єднане з джерелом пари та встановлено в стінці корпусу похило до радіуса ротора з можливістю створення турбінного ефекту.

Нові ознаки також полягають у тому, що згадане джерело пари містить послідовно з'єднані конденсатор, водяний бак, генератор пари високого тиску, ресивер та керований контролером розподільний клапан, до виходів якого приєднані елементи подачі пари та сопла Лаваля, а елементи відведення пари з'єднані з входами конденсатора. .

Нові ознаки також полягають у тому, що генератора пари високого тиску містить корпус з принаймні однією топковою камерою, принаймні один водонагрівач, розташований у топковій камері, і принаймні один пальниковий пристрій, встановлений з можливістю нагрівання води у водонагрівачі, при цьому пальниковий пристрій являє собою сопло Лаваля, що працює на водяному паливі і містить форсунку, що містить на вході, для подачі води або водяної пари і електроди для створення електричної дуги, призначеної для дисоціації цієї води.

Нові ознаки також полягають у тому, що пальниковий пристрій містить принаймні одне додаткове сопло Лаваля, що утворює зі згаданим соплом, що є основним, лінійний ланцюг сопел Лаваля, в якій основне сопло є першим і в якій вихід попереднього сопла ланцюга з'єднаний з одним наступним сопла ланцюга, так що геометричні розміри наступного сопла ланцюга перевищують геометричні розміри попереднього сопла ланцюга.

Нові ознаки також полягають у тому, що пальниковий пристрій містить принаймні два додаткові сопла Лаваля, що утворюють зі згаданим соплом, що є основним, розгалужений ланцюг сопел Лаваля, в якій основне сопло є першим і в якій вихід попереднього сопла ланцюга з'єднаний з входами двох наступних сопів ланцюга.

Перелік фігур креслень

На фіг.1 схематично показаний заявлений паровий роторно-лопатевий двигун; на фіг.2, 3 - варіанти виконання генератора пари високого тиску; на фіг.4, 5, 6 - варіанти виконання пальника, що використовується в генераторі пари.

Відомості, що підтверджують можливість здійснення винаходу

Двигун містить: нерухомий порожнистий корпус 1, внутрішня поверхня якого 2 виконана циліндричної (з торців корпус закритий дахами); ротор 3, який виконаний у вигляді прямого кругового циліндра з чотирма радіальними пазами 4; чотири лопаті 5, встановлені в згаданих пазах 4 з можливістю переміщення в цих пазах і ковзання своїми робочими гранями по внутрішній поверхні корпусу 2 1; два елементи 6 подачі пари, встановлені в корпусі так, що пар, що подається через них, не створює турбінного ефекту (встановлені радіально); два сопла Лаваля 7, встановлені в корпусі похило до радіусу ротора, так що вісь кожного сопла Лаваля орієнтована у напрямку відповідної дотичної до циліндричної поверхні ротора; елементи 8 відведення пари. Крім того, двигун містить послідовно з'єднані конденсатор пари 9, водяний бак 10, генератор пари високого тиску 11, ресивер 12 і керований контролером 14 розподільник пари 13. У свою чергу входи конденсатора 9 з'єднані з виходами елементів 8 відведення пари, а виходи розподільника пари 13 з'єднані з входами елементів 6 подачі пари та входами сопел Лаваля 7.

У прикладі, показаному на фігурі, що додається, ротор 3 встановлений в корпусі 1 співвісно з його внутрішньою циліндричною поверхнею 2. Пази 4 і, відповідно, лопаті 5 розташовані рівномірно по колу поперечного перерізу ротора 3. Мінімальне число лопатей чотири. У цьому випадку кут між двома суміжними лопатями становить 90°, а кут між протилежними лопатями становить 180°. Елементи 6 подачі пари встановлені в корпусі 1 у вершинах малої осі еліпса робочої поверхні 2. Сопла Лаваля 7 встановлені в корпусі 1 зі зміщенням від елементів 6 на кут, що не перевищує 45° у напрямку обертання ротора 3. Елементи 8 відведення пари встановлені в корпусі 1 зі зміщенням від елементів 6 на кут, що не перевищує 45° в напрямку, протилежному обертанню ротора 3 (напрямок обертання показано на фіг. дугоподібною стрілкою). З іншого боку, елементи подачі пари 6 встановлені радіально, тобто. з можливістю радіальної подачі пари, так що пара не створює динамічного (турбінного) ефекту, а сопла Лаваля 7 своїми осями встановлені похило до радіусів ротора, так що вісь кожного сопла Лаваля орієнтована в напрямку відповідної щодо циліндричної поверхні ротора 3 для створення динамічного ( турбінного) ефекту. Кількість лопатей 5 може бути більшою за чотири, але обов'язково парним. Лопаті 5 повинні розташовуватися рівномірно по колу поперечного перерізу ротора 3. При цьому лопаті 5 встановлені в пазах 4 з пружністю в напрямку від осі ротора. Дане пружність забезпечується установкою в пазах 4 відповідних пружин (не показані) та/або подачею в пази 4 газу під тиском.

Представлений вище приклад парового роторно-лопатевого двигуна характеризується виконанням внутрішньої робочої поверхні циліндричної корпусу з утворює у вигляді еліпса. При цьому ротор встановлений співвісно з корпусом, що забезпечує збалансованість сил. Однак такий варіант двигуна не є єдино можливим обсягом заявленої формули. Можливий, наприклад, варіант, в якому внутрішня робоча поверхня корпусу (статора) виконана у вигляді кругового циліндра, а ротор встановлений зі зміщенням осі осі відносно осі корпусу. Можливо також виконання внутрішньої робочої поверхні корпусу зі складною напрямною, як це представлено в описі винаходу за згаданим вище патентом UA № 2361089.

У двигуні використовується генератор пари високого тиску 11, який містить корпус 15 і дві камери топки 16 і 17 (фіг.2). У камері топлення 16 встановлений водонагрівач 18, виконаний у вигляді змійовика, пальниковий пристрій 19 і запобіжний клапан 20. У камері топлення 17 встановлений водонагрівач 21, виконаний у вигляді бака, і пальниковий пристрій 22. При цьому вихід водонагрівача 21 за допомогою трубопроводу з'єднаний з входом змійовика 18, призначеного для генерування водяної пари високого тиску.

Генератор, показаний на фіг.3, відрізняється від генератора на фіг.2 тим, що містить канал 23, що зв'язує камери топки 16 і 17 між собою; при цьому генератор містить тільки один пальниковий пристрій 19.

Кожен пальниковий пристрій (19 і 22) має три варіанти виконання.

У першому варіанті виконання (фіг.4) пальниковий пристрій являє собою сопло Лаваля 24 (основне сопло), що працює на водяному паливі. При цьому на вході (на вхідному торці) сопла 24 уставлена ​​форсунка 25 для подачі води або водяної пари, а також встановлені електроди 26 (катод, анод), призначені для їх підключення до джерела струму високої напруги(джерело струму не показано).

У другому варіанті виконання (фіг.5) пальниковий пристрій містить згадане основне сопло 24 і, принаймні, одне додаткове сопло Лаваля 27, що утворює з основним соплом 24 лінійний ланцюг сопел Лаваля. У цьому ланцюзі основне сопло 24 є першим, причому вихід попереднього сопла (у даному випадкусопла 24) з'єднаний із входом одного наступного сопла (в даному випадку сопла 27), так що геометричні розміри наступного сопла перевищують геометричні розміри попереднього сопла. При цьому додаткове сопло містить 27 форсунку 28 для подачі в нього додаткової води або водяної пари.

У третьому варіанті виконання (фіг.6) пальниковий пристрій містить основне сопло 24 з роздільником 29 для поділу виходу цього сопла на два вихідні канали і, принаймні, два додаткових сопла Лаваля 27(1) і 27(2), що утворює з основним соплом 24 розгалужену ланцюг сопел Лаваля, в якій основне сопло 24 є першим і в якій вихідні канали попереднього сопла (в даному випадку сопла 24) з'єднані з двома входами наступних сопел (в даному випадку сопел 27(1) і 27(2)). При цьому додаткові сопла 27(1) і 27(2) містять відповідні форсунки 28(1) т 28(2) для подачі додаткові сопла додаткової води або водяної пари.

Робота двигуна полягає у наступному.

У вихідному положенніротора 3 (як показано на фіг.) його протилежно спрямовані лопаті повинні розташовуватися між відповідними елементами 6 подачі пари і відповідними елементами 8 відведення пари, так щоб елементи 6 знаходилися між відповідними суміжними лопатями 5, а елементи відведення пари 8 при цьому не повинні на тими самими відповідними суміжними лопатями. При цьому простір між суміжними лопатями 5 утворює одну робочу камеру (назвемо її першої), а простір між іншими суміжними лопатями 5 утворює іншу робочу камеру. Якщо зазначена умова початкового розташування лопатей в момент пуску двигуна не виконано, стартером (не показаний) забезпечується примусовий поворот ротора 3 для забезпечення згаданого розташування лопатей. У такому положенні ротора 3 за допомогою елементів 6 здійснюють радіальну подачу пари у внутрішню порожнину корпусу 1 з двох сторін цього корпусу два робочих простору.

Пара, що знаходиться під високим тиском у першій та другій робочих камерах, надає різний тискна суміжні лопаті кожної робочої камери завдяки еліптичній формі поверхні 2 її поперечному перерізі і з цієї причини різної висунутості суміжних лопатей. Різниці тиску, що виникають в результаті цього, змушують ротор обертатися за годинниковою стрілкою. При повороті ротора 3 на кут 90° перша по ходу обертання лопата кожної робочої камери переходить точку розташування відповідного елемента відведення пари 8, внаслідок чого пара кожної робочої камери вільно виходить через елементи відведення 8 і надходить в конденсатор 9. Далі цикл повторюється. При цьому в конденсаторі пара конденсується, а вода, що утворилася таким чином, надходить у водяний бак 10, в якому вона накопичується. З бака 10 вода надходить в генератор пари високого тиску 11, з якого пар, що утворився там, надходить в ресивер 12, де він накопичується під великим тиском. З ресивера пар надходить у керований контролером 14 розподільник пари 13, виходи якого з'єднані з відповідним елементами подачі 6 і соплами Лаваля 7. Залежно від необхідного режиму роботи двигуна контролер 14 забезпечує подачу пари або тільки елементи подачі 6 (забезпечення необхідної потужності двигуна при роботі на малих оборотах), або тільки в сопла Лаваля 7 (забезпечення необхідної потужності двигуна при роботі на великих оборотахза рахунок турбінного ефекту), або одночасно елементи подачі бив сопла Лаваля 7 для додаткового збільшення потужності двигуна.

Робота генератора пари полягає в наступному.

Вода (конденсат) безперервно надходить у водонагрівач (бак) 21, де вона нагрівається за допомогою пальника 22. Далі вода по внутрішньому трубопроводу генератора пара надходить у змійовик 18, де вона нагрівається за допомогою пальника 19, перетворюючись тим самим на пару (фіг .2). У варіанті генератора пари, представленого на фіг.3, нагрівання води в баку 21 і в змійовику 18 здійснюється за допомогою одного пальника 19.

Кожен пальниковий пристрій (19 і 22) виконано у вигляді сопла Лаваля. При цьому кожне сопло 24 за допомогою форсунки 25 подають воду або водяну пару (фіг.4). Електроди 26 підключають до джерела високої напруги струму (не показаний). В результаті проходження струму в соплі 24 відбувається розкладання води на водень і кисень і подальше згоряння водню з утворенням плазми температура якої досягає 6000°C. Утворюється в соплі 24 плазма надходить у відповідну топкову камеру 16 і 17, де здійснюється нагрівання цією плазмою водонагрівача (баку) 21, а також водонагрівача (змійовика) 18. В результаті цього на виході змійовика 18 утворюється водяна пара. Клапан 20 здійснює скидання зайвого тиску з камер згоряння.

Для збільшення потужності пальниковий пристрій (позиції 19, 22 на фіг.2 і 3) може бути виконано у вигляді лінійного (фіг.5) або розгалуженого (фіг.6) ланцюга сопел Лаваля.

Робота пальникового пристрою у варіантах, показаних на фіг.5 та 6, полягає в наступному.

Плазма, що утворюється в соплі Лаваля 24, надходить у наступне сопло 27 ланцюга сопел (фіг.5) або, будучи розділена на два потоки роздільником 29 (фіг.6), одночасно два наступних сопла 27(1) і 27(2).

У це наступне сопло (або два сопла) за допомогою форсунки 28 (або форсунок 28(1) і 28(2)) надходить додаткова вода (або водяна пара), яка під дією плазми із сопла 24 розкладається на водень та кисень; при цьому водень, що знову утворився, також згоряє. В результаті в другому соплі утворюється додаткова плазма, що збільшує загальний обсяг плазми, що генерується. Таким чином, при невеликих габаритах пальник дозволяє на основі води генерувати значну теплову потужність.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Паровий роторно-лопатевий двигун, що містить нерухомий порожнистий корпус, внутрішня робоча поверхня якого виконана циліндричною, ротор, який встановлений у корпусі і в якому виконані радіальні пази, розташовані рівномірно по колу ротора, лопаті, встановлені у зазначених пазах з можливістю переміщення в цих пазах і ковзання своїми робочими гранями по внутрішній робочій поверхні корпусу в процесі обертання ротора, джерело пари, елементи подачі пари, розташовані в стінці корпусу і з'єднані з джерелом пари, і елементи відведення пари, розташовані в корпусі, що відрізняється тим, що він містить по крайньої мері одне сопло Лаваля, яке з'єднане з джерелом пари і встановлено в стінці корпусу похило до радіуса ротора з можливістю створення турбінного ефекту, а джерело пари виконаний у вигляді послідовно з'єднаних конденсатора, водяного бака, генератора пари високого тиску, ресивера і керованого контролером розподільчого клапана, пр і це до виходів розподільного клапана приєднані елементи подачі пари і сопла Лаваля, а до входів конденсатора приєднані елементи відведення.

2. Паровий роторно-лопатевий двигун за п.1, що характеризується тим, що генератор пари високого тиску містить корпус з принаймні однією камерою топки, принаймні один водонагрівач, розташований в камері топки, і принаймні один пальниковий пристрій, встановлений з можливістю нагрівання води у водонагрівачі, при цьому пальниковий пристрій являє собою сопло Лаваля, що працює на водяному паливі.

3. Паровий роторно-лопатевий двигун за п.2, що характеризується тим, що на вході пальника встановлена ​​форсунка для подачі в нього води або водяної пари і електроди для створення електричної дуги, призначеної для дисоціації цієї води.

4. Паровий роторно-лопатевий двигун за п.2, що характеризується тим, що пальниковий пристрій містить принаймні одне додаткове сопло Лаваля, що утворює зі згаданим соплом, що є основним, лінійний ланцюг сопел Лаваля, в якій основне сопло є першим і в якій вихід попереднього сопла ланцюга з'єднаний з входом одного наступного сопла ланцюга, так що геометричні розміри наступного сопла ланцюга перевищують геометричні розміри попереднього сопла ланцюга.

5. Паровий роторно-лопатевий двигун за п.4, що характеризується тим, що на вході основного сопла ланцюга встановлена ​​форсунка для подачі в нього води або водяної пари та електроди для створення електричної дуги, призначеної для дисоціації цієї води, а кожне додаткове сопло ланцюга містить форсунку для подачі до нього додаткової води або водяної пари.

6. Паровий роторно-лопатевий двигун за п.2, що характеризується тим, що пальниковий пристрій містить принаймні два додаткові сопла Лаваля, що утворюють зі згаданим соплом, що є основним, розгалужений ланцюг сопел Лаваля, в якій основне сопло є першим і в якій вихід попереднього сопла ланцюга з'єднаний з входами двох наступних сопел ланцюга.

7. Паровий роторно-лопатевий двигун за п.6, що характеризується тим, що на вході основного сопла ланцюга встановлена ​​форсунка для подачі в нього води або водяної пари та електроди для створення електричної дуги, призначеної для дисоціації цієї води, а кожне додаткове сопло ланцюга містить форсунку для подачі до нього додаткової води або водяної пари.

ПАРОВИЙ РОТОРНИЙ ДВИГУН і ПАРОВИЙ АКСІАЛЬНО-ПОРШНЕВИЙ ДВИГУН

Паровий роторний двигун (парова машина роторного типу) є унікальною силовою машиною, розвиток виробництва якої досі не отримав належного розвитку.

З одного боку - різноманітні конструкції роторних двигунівіснували ще в останній третині 19-го століття і навіть непогано працювали, у тому числі і для приводу динамо-машин з метою вироблення електричної енергіїта електропостачання будь-яких об'єктів. Але якість і точність виготовлення таких парових двигунів ( парових машин) було дуже примітивним, тому вони мали малий ККД та невисоку потужність. З того часу малі парові машини пішли в минуле, але разом із дійсно малоефективними і безперспективними поршневими паровими машинами в минуле пішли і парові роторні двигуни, що мають гарну перспективу.

Головна причина - на рівні технологій кінця 19-го століття зробити справді якісний, потужний і довговічний роторний двигун не було можливим.
Тому з усього різноманіття парових двигунів і парових машин до нашого часу благополучно та активно дожили лише парові турбіни величезної потужності (від 20 мВт і вище), на яких сьогодні здійснюється близько 75% виробітку електроенергії в нашій країні. Ще парові турбіни великої потужностідають енергію від атомних реакторів у бойових підводних човнах-ракетоносцях та на великих арктичних криголамах. Але це все величезні машини. Парові турбіни різко втрачають всю свою ефективність при зменшенні їх розмірів.

…. Саме тому силових парових машин і парових двигунів потужності нижче 2000 — 1500 кВт (2 — 1,5 мВт), які ефективно працювали б на парі, одержуваній від спалювання дешевого твердого палива та різних безкоштовних горючих відходів, зараз у світі немає.
Ось у цій порожній сьогодні області техніки (і абсолютно голій, але дуже потребує товарної пропозиції комерційної ніші), в цій ринковій ніші силових машин невеликої потужності, можуть і повинні зайняти своє дуже гідне місце парові роторні двигуни. І потреба в них лише в нашій країні — на десятки і десятки тисяч... Особливо такі малі та середні за потужністю силові машини для автономної електрогенерації та незалежного електропостачання потребують малі та середні підприємства у віддалених від великих міст та великих електростанцій місцевостях: — на малих лісопилках, віддалених копальнях, на польових станах і лісових ділянках, та ін.
…..

..
Давайте розглянемо показники, через які парові роторні двигуни виявляються кращими за їхні найближчі родичі — парові машини в образі поршневих парових двигунів і парових турбін.
… — 1) Роторні двигуни є силовими машинамиоб'ємного розширення – як поршневі двигуни. Тобто. вони мають невелике споживання пари на одиницю потужності, тому що пара подається в їх робочі порожнини час від часу, і строго дозованими порціями, а не постійним рясним потоком, як в парових турбінах. Саме тому парові роторні двигуни набагато економічніші за парові турбіни на одиницю потужності, що видається.
— 2) Роторні парові двигуни мають плече застосування діючих газових сил(Плечо крутного моменту) значно (в рази) більше, ніж поршневі парові двигуни. Тому потужність, що розвивається ними, набагато вища, ніж у парових поршневих машин.
— 3) Парові роторні двигуни мають набагато більше робочого ходу, ніж поршневі парові двигуни, тобто. мають можливість переводити більшу частину внутрішньої енергії пари в корисну роботу.
— 4) Парові роторні двигуни можуть ефективно працювати на насиченій (вологій) парі, без утруднень допускати конденсацію значної частини пари з переходом її у воду прямо в робочих секціях парового роторного двигуна. Це також підвищує ККД роботи паросилової установки з використанням парового роторного двигуна.
— 5 ) Парові роторні двигуни працюють на оборотах в 2-3 тис. оборотів на хвилину, що є оптимальною частотою обертання для вироблення електрики, на відміну від занадто тихохідних поршневих двигунів(200-600 оборотів на хвилину) традиційних парових машин паровозного типу, або занадто швидкохідних турбін (10-20 тис. оборотів на хвилину).

При цьому технологічно парові двигуни роторні відносно прості у виготовленні, що робить витрати на їх виготовлення відносно невисокими. На відміну від вкрай дорогих у виробництві парових турбін.

ОТЖЕ, КОРОТКИЙ ПІДСУМОК ЦЕЙ СТАТТІ — паровий роторний двигун є дуже ефективною паровою силовою машиною для перетворення тиску пари від тепла твердого палива, що згорає, і горючих відходів в механічну потужність і в електричну енергію.

Автором цього сайту вже отримано більше 5 патентів на винаходи з різних аспектів конструкцій парових роторних двигунів. А також вироблено кілька невеликих роторних двигунів потужністю від 3 до 7 кВт. Наразі йде проектування парових роторних двигунів потужністю від 100 до 200 кВт.
Але роторні двигуни мають «родовий недолік» — складну систему ущільнень, які для маленьких за розмірами двигунів виявляються занадто складними, мініатюрними і дорогими у виготовленні.

При цьому автором сайту ведеться розробка парових аксіально-поршневих двигунів з оппозитним - зустрічним рухом поршнів. Дане компонуванняє найбільш енерго - продуктивною за потужністю варіацією з усіх можливих схемзастосування поршневої системи.
Дані двигуни в малих розмірах виходять дещо дешевше та простіше роторних моторівта ущільнення в них використовують найтрадиційніші і найпростіші.

Внизу розміщено відео використання маленького аксіально-поршневого оппозитного двигунаіз зустрічним рухом поршнів.

В даний час відбувається виготовлення такого аксіально-поршневого опозитного двигуна на 30 кВт. Ресурс двигуна очікується в кілька сотень тисяч мотогодин бо обороти парового двигуна в 3-4 рази нижче оборотів двигуна внутрішнього згоряння, в пара тертя поршень-циліндр» - піддана іонно-плазмовому азотуванню у вакуумному середовищі і твердість поверхонь тертя становить 62-64 од. за HRC. Детально про процес зміцнення поверхні методом азотування дивись.

Ось анімація принципу роботи схожого з компонування такого аксіально-поршневого оппозитного двигуна із зустрічним рухом поршнів

Сучасний світ змушує багатьох винахідників знову повертатися до ідеї застосування парової установки у засобах, призначених для переміщення. У машинах є можливість використовувати декілька варіантів силових агрегатів, що працюють на пару.

Поршневий двигун

Сучасні парові двигуни можна розподілити на кілька груп:

Конструктивно установка включає:

• пусковий пристрій;
• силовий блок двоциліндровий;
• парогенератор у спеціальному контейнері, з змійовиком.

Процес відбувається в такий спосіб. Після включення запалювання починає надходити живлення від акумуляторної електробатареї трьох двигунів. Від першого в роботу наводиться повітродувка, що прокачує повітряні маси по радіатору і передає їх повітряними каналами в змішувальний пристрій з пальником.

Одночасно з цим черговий електромотор активує насос перекачування палива, що подає конденсатні маси з бачка по змієподібному пристрої підігрівального елемента в частину корпусу відділювача води і підігрівач, що знаходиться в економайзері, в паровий генератор.
До початку запуску пару немає можливості пройти до циліндрів, тому що шлях йому перекривають клапан дроселя або золотник, які наводяться в керування кулісною механікою. Повертаючи ручки убік, необхідну для пересування, і відкриваючи клапан, механік приводить у роботу паровий механізм.
Відпрацьовані пари по єдиному колектору надходять на розподільний кран, в якому поділяються на кілька різних частин. Менша за обсягом частина потрапляє в сопло змішувального пальника, перемішується з повітряною масою, спалахує від свічки. Полум'я, що з'явилося, починає підігрівати контейнер. Після цього продукт згоряння переходить у водовідділювач, відбувається конденсування вологи, що стікає у спеціальний бак для води. Газ, що залишився, йде назовні.

Парова установка може безпосередньо з'єднуватися з приводним пристроєм трансмісії машини, і з початком її роботи машина починає рухатися. Але з метою підвищення ККД фахівці рекомендують використовувати механіку зчеплення. Це зручно при буксирувальних роботах та різних перевірочних діях.

Апарат відрізняється здатністю працювати практично без обмежень, можливі навантаження, є великий діапазон регулювання потужних показників. Слід додати, що під час будь-якої зупинки паровий двигунперестає працювати, чого не можна сказати про двигун.

У конструкції немає необхідності встановлювати коробку перемикання швидкостей, стратегічний пристрій, фільтр для очищення повітря, карбюратор, турбонаддув. Крім цього, система запалювання у спрощеному варіанті свічка тільки одна.

На завершення можна додати, що виробництво таких машин та їх експлуатація обходитимуться дешевше, ніж автомобілі з двигуном внутрішнього згоряння, оскільки паливо буде недорогим, матеріали, що застосовуються у виробництві – найдешевшими.

Я живу тільки на вугіллі та воді та досі маю достатню енергію, щоб розігнатися до 100 миль на годину! Це те, що може зробити паровоз. Хоча ці гігантські механічні динозаври зараз вимерли на більшій частині світових. залізниць, парові технології живуть у серцях людей, і локомотиви, подібні до цього, досі служать туристичними пам'ятками на багатьох історичних залізницях.

Перші сучасні парові машини були винайдені в Англії на початку 18 століття і ознаменували початок Промислової Революції.

Сьогодні ми знову повертаємось до енергії пари. Через особливості конструкції в процесі згоряння палива паровий двигун дає менше забруднень, ніж двигун внутрішнього згоряння. У цій публікації на відео подивіться, як він працює.

Конструкція та механізм дії парової машини

Що живило старовинний паровий двигун?

Потрібна енергія, щоб робити абсолютно все, про що ви тільки можете подумати: кататися на скейтборді, літати літаком, ходити в магазини або водити машину вулицею. Більшість енергії, яку ми використовуємо для транспортування сьогодні, надходить із нафти, але це було не завжди так. До початку 20-го століття вугілля було улюбленим паливом у світі, і він рухав все: від поїздів і кораблів до злощасних парових літаків, винайдених американським ученим Семюелем П. Ленглі, раннім конкурентом братів Райт. Що такого особливого у вугіллі? Усередині Землі його багато, тому він був відносно недорогим та широко доступним.

Вугілля є органічною хімічною речовиною, що означає, що вона заснована на елементі вуглецю. Вугілля утворюється протягом мільйонів років, коли останки мертвих рослин закопують під камінням, стискають під тиском та варять під дією внутрішнього тепла Землі. Ось чому це називається викопне паливо. Грудки вугілля – це справді грудки енергії. Вуглець всередині них пов'язаний з атомами водню та кисню сполуками, які називаються хімічними зв'язками. Коли ми спалюємо вугілля на вогні, зв'язки розпадаються і енергія виділяється у формі тепла.

Вугілля містить приблизно вдвічі менше енергії на кілограм, ніж чистіше викопне паливо, таке як бензин, дизельне паливоі гас - і це одна з причин, через яку парові двигуни повинні спалювати так багато.

12 квітня 1933 р. Вільям Беслер стартував з муніципального аеродрому міста Окленд у Каліфорнії літаком з паровим двигуном.
Газети написали:

«Зліт був нормальним у всіх відносинах, за винятком відсутності шуму. Фактично, коли літак уже відокремився від землі, спостерігачам здавалося, що він не набрав достатньої швидкості. на повної потужностішум був помітний не більше, ніж при літаку, що планує. Можна було чути лише свист повітря. При роботі на повній парі гвинт робив лише невеликий шум. Можна було розрізняти через шум гвинта звук полум'я.

Коли літак йшов на посадку і перетинав кордон поля, то гвинт зупинявся і пускався повільно. зворотний бікза допомогою перекладу реверсу та подальшого малого відкривання дроселя. Навіть при дуже повільному зворотному обертанні гвинта зниження помітно ставало крутішим. Негайно після торкання землі пілот давав повний задній хід, який разом із гальмами швидко зупиняв машину. Короткий пробігособливо був помітний у цьому випадку, тому що під час випробування була безвітряна погода, і зазвичай пробіг при посадці досягав кількох сотень футів».

На початку XX століття рекорди висоти, досягнутої літаками, ставилися майже щороку:

Стратосфера обіцяла чималі вигоди для польоту: менший опір повітря, сталість вітрів, відсутність хмарності, скритність, недосяжність для ППО. Але як злетіти на висоту, наприклад, 20 км?

Потужність [бензинового] ​​двигуна падає швидше, ніж щільність повітря.

На висоті 7000 м потужність двигуна зменшується майже втричі. З метою підвищення висотних якостей літаків ще наприкінці імперіалістичної війни робилися спроби застосовувати наддув, у період 1924-1929 рр. нагнітачі ще більше впроваджуються у виробництво. Однак забезпечити збереження потужності двигуна внутрішнього згоряння на висотах понад 10 км стає дедалі важче.

Прагнучи підняти «межа висоти», конструктори всіх країн все частіше звертають свої погляди на парову машину, що має ряд переваг як висотний двигун. Окремі країни, як, наприклад, Німеччину, штовхнули на цей шлях і стратегічні міркування, а саме необхідність на випадок великої війни домогтися незалежності від привізної нафти.

За Останніми рокамибуло зроблено численні спроби встановити паровий двигун на літак. Швидке зростання авіаційної промисловості напередодні кризи і монопольні ціни на її продукцію дозволили не поспішати з реалізацією досвідчених робіт і винаходів, що накопичилися. Ці спроби, що прийняли особливий розмах у період економічної кризи 1929-1933 років. і депресії, що настала потім, - не випадкове явище для капіталізму. У пресі, особливо в Америці та Франції, часто кидалися закиди великим концернампро наявність у них угод про штучну затримку реалізації нових винаходів.

Намітилися два напрямки. Одне представлено в Америці Беслером, який встановив на літак звичайну поршневу машину, інше ж обумовлено застосуванням турбіни як авіаційного двигуната пов'язано, головним чином, з роботами німецьких конструкторів.

Брати Беслер взяли за основу поршневу парову машину Добля для автомобіля та встановили її на біплан Тревел-Ер [опис їхнього демонстраційного польоту наведено на початку посту].
Відео того польоту:

Машина забезпечена реверсивним механізмом, за допомогою якого можна легко і швидко змінювати напрямок обертання валу машини не тільки в польоті, але і при посадці літака. Двигун крім пропелера надає руху через сполучну муфту вентилятор, що нагнітає повітря в пальник. При старті користуються невеликим електричним двигуном.

Машина розвивала потужність 90 к.с., але в умовах відомого форсування котла її потужність можна довести до 135 л. с.
Тиск пари в котлі 125 ат. Температура пари підтримувалася близько 400-430 °. З метою максимальної автоматизації роботи котла був застосований нормалізатор або прилад, за допомогою якого вода впорскувалась під відомим тиском у перегрівач, щойно температура пари перевищувала 400°. Котел був забезпечений поживним насосом і паровим приводом, а також первинним і вторинним підігрівачами живильної води, що обігріваються відпрацьованою парою.

На літаку було встановлено два конденсатори. Більш потужний перероблений з радіатора двигуна ОХ-5 і встановлений зверху фюзеляжу. Менш потужний виготовлений з конденсатора парового автомобіляДобля і розташований під фюзеляжем. Продуктивність конденсаторів, як стверджували у пресі, виявилася недостатньою для роботи парової машини на повному дроселі без випуску в атмосферу "і приблизно відповідала 90% крейсерської потужності". Досліди показали, що при витраті 152 л пального потрібно було мати 38 л води.

Загальна вага парової установки літака складала 4,5 кг на 1 л. с. Порівняно з мотором ОХ-5, який працював на цьому літаку, це давало зайва вага 300 фунтів (136 кг). Не підлягає сумніву, що вага всієї установки могла бути значно знижена при полегшенні деталей двигуна та конденсаторів.
Паливом служив газойль. У пресі стверджували, що «між включенням запалення та пуском на повний хідпройшло трохи більше 5 хв.».

Інший напрямок у розвитку паросилової установки для авіації пов'язане з використанням парової турбіни як двигун.
У 1932-1934 pp. в іноземний друк проникли відомості про сконструйовану в Німеччині на електрозаводі Клінганберга оригінальну парову турбіну для літака. Автором її називали головного інженера цього заводу Хютнер.
Пароутворювач і турбіна разом з конденсатором тут були об'єднані в один агрегат, що обертається, що має загальний корпус. Хютнер зауважує: «Двигун представляє силову установку, відмінну характерна особливістьякої полягає в тому, що обертовий генератор пари утворює одне конструктивне і експлоатаційне ціле з турбіною і конденсатором, що обертається в протилежному напрямку».
Основною частиною турбіни є котел, що обертається, утворений з цілого ряду V-подібних трубок, причому одне коліно цих трубок з'єднане з колектором для поживної води, інше - з парозбірником. Котел показано на фіг. 143.

Трубки розташовані радіально навколо осі і обертаються зі швидкістю 3000-5000 об/хв. Вода, що надходить у трубки, спрямовується під дією відцентрової силиу ліві гілки V-подібних трубок, праве коліно яких виконує роль генератора пари. Ліве коліно трубок має ребра, що нагріваються полум'ям від форсунок. Вода, проходячи повз цих ребер, перетворюється на пару, причому під впливом відцентрових сил, що виникають при обертанні котла, відбувається підвищення тиску пари. Тиск регулюється автоматично. Різниця густин в обох гілках трубок (пар і вода) дає змінну різницю рівнів, що є функцією відцентрової сили, а отже, і швидкості обертання. Схема такого агрегату показано на фіг. 144.

Особливістю конструкції котла є розташування трубок, при якому під час обертання створюється розрідження в камері згоряння, і таким чином котел виконує роль всмоктуючого вентилятора. Таким чином, як стверджує Хютнер, «обертанням котла зумовлюються одночасно і живлення його, і рух гарячих газів, і рух води, що охолоджує».

Пуск турбіни в хід вимагає лише 30 сек. Хютнер розраховував отримати к. п. д. котла 88% та к. п. д. турбіни 80%. Турбіна та котел потребують запуску в пускових моторах.

У 1934 р. у пресі промайнуло повідомлення про розробку проекту великого літака в Німеччині, обладнаного турбіною з котлом, що обертається. Через два роки у французькій пресі стверджували, що в умовах великої засекреченості військовим відомством у Німеччині побудований спеціальний літак. Для нього сконструйовано пару силова установкасистеми Хютнера потужністю 2500 л. с. Довжина літака 22 м, розмах крил 32 м, політна вага (приблизна) 14 т, абсолютна стеля літака 14000 м, швидкість польоту на висоті 10000 м - 420 км/год, підйом на висоту 10 км - 30 хвилин.
Цілком можливо, що ці повідомлення в пресі значно перебільшені, але безсумнівно, що німецькі конструктори працюють над цією проблемою, і майбутня війна може принести тут несподівані сюрпризи.

У чому полягає перевага турбіни перед двигуном внутрішнього згоряння?
1. Відсутність зворотно-поступального руху при високих швидкостях обертання дозволяє зробити турбіну досить компактною та менших розмірів, ніж сучасні потужні авіаційні мотори.
2. Важливою перевагоює також відносна безшумність роботи парового двигуна, що важливо як з погляду військової, і у сенсі можливості полегшення літака з допомогою звукоізолюючого устаткування пасажирських літаках.
3. Парова турбіна, Не в приклад моторам внутрішнього згоряння, що майже не допускають перевантаження, може бути перевантажується на короткий період до 100% при постійній швидкості. Ця перевага турбіни дає можливість зменшити довжину розбігу літака та полегшує його підйом у повітря.
4. Простота конструкції і відсутність великої кількості рухомих і деталей, що спрацьовують, становлять також важливу перевагу турбіни, роблячи її більш надійною і довговічною в порівнянні з двигунами внутрішнього згоряння.
5. Істотне значення має також відсутність на паровій установці магнето, роботу якого можна впливати з допомогою радіохвиль.
6. Можливість використовувати важке паливо (нафта, мазут), крім економічних переваг, зумовлює велику безпекупарового двигуна у пожежному відношенні. Створюється також можливість теплофікувати літак.
7. Головна ж перевага парового двигуна полягає у збереженні його номінальної потужності з підйомом на висоту.

Одне з заперечень проти парового двигуна походить, головним чином, від аеродинаміків і зводиться до розмірів та можливостей охолодження конденсатора. Дійсно, паровий конденсатор має поверхню в 5-6 разів більшу, ніж водяний радіатор двигуна внутрішнього згоряння.
Ось чому, прагнучи знизити лобовий опір такого конденсатора, конструктори дійшли розміщення конденсатора безпосередньо по поверхні крил у вигляді суцільного ряду трубок, наступних точно контуру і профілю крила. Крім надання значної жорсткості, це зменшить і небезпеку зледеніння літака.

Є, звичайно, ще цілий рядінших технічних труднощів у експлоатації турбіни на літаку.
- Невідома поведінка форсунки на високих висотах.
- Для зміни швидкого навантаження турбіни, що є однією з умов роботи авіаційного двигуна, необхідно мати запас води або парозбірник.
- Відомі труднощі представляє і розробка гарного автоматичного пристроюдля регулювання турбіни.
- Неясно також і гіроскопічна дія турбіни, що швидко обертається на літаку.

Все ж таки досягнуті успіхи дають підстави сподіватися, що в Найближчим часомПарова силова установка знайде своє місце в сучасному повітряному флоті, особливо на транспортних комерційних літаках, а також великих дирижаблях. Найважче в цій галузі вже зроблено, і практики-інженери зможуть досягти кінцевого успіху.