Роторно-волновой двигатель с высоким КПД седунова вихрова паровой самый
Роторно-волновой двигатель является синергией поршневого и газотурбинного двигателя.
Роторно-волновой двигатель с расчетным механическим КПД – 97 % имеет высокий ресурс по износу деталей и ресурсу двигателя в целом – будут изнашиваться только подшипники, которые имеют большой запас по износу.
Технология ожидает финансирования!
Описание роторно-волнового двигателя
Роторно-волновой двигатель имеет следующий принцип работы
Роторно-волновой двигатель в сравнении с лопаточными и поршневыми машинами
Преимуществароторно0волнового двигателя
Роторно-волновой двигатель может применяться
Описание роторно-волнового двигателя:
Роторно-волновой двигатель – это объемная машина, воспроизводящая последовательность работы газотурбинного двигателя. В нем совершенно устранено возвратно-поступательное движение рабочих органов, ротор полностью уравновешен и вращается с постоянной угловой скоростью. Рабочее тело, как и в турбине, движется вдоль оси двигателя, траектория движения – винтовая линия. В конструкции отсутствует вредное пространство, ограничивающее рост степени сжатия рабочего тела. Из-за отсутствия уплотнительных элементов и, соответственно трения в проточной части, снимаются ограничения по ресурсу и числам оборотов двигателя.
В основе кинематики РВД лежит сферический механизм, где оси его основных деталей пересекаются в одном месте – центре воображаемой сферы.
Установленный с минимальным зазором конический винтовой ротор совмещает вращение с противоположным ему планетарным обкатыванием по внутренним огибающим корпуса. Накладывая два эти вида движения на любые сечения ротора (кроме центра – точки его перегиба), можно увидеть, что они совершают в определенной последовательности равные угловые колебания в пазах корпуса, образуя волны, которые последовательно перекатываются по ходу винтовых поверхностей корпуса. Аналогичный процесс можно видеть на море, наблюдая в ветреную погоду за перемещением волн в «стоячей воде».
В компрессорном отсеке формирование и движение волн начинается от периферии по направлению к центру, а в расширительном отсеке – наоборот – от центра к периферии.
1 – Ротор; 2 – Корпус; 3 – Вал отбора мощности; 4 – Шарнир равных угловых скоростей; 5 – Эксцентрик; 6 – Блок шестерен. А – впускное окно, Б – выпускное окно, В – компрессорный отсек, Г – камера сгорания, Д – расширительный отсек, φ – угол наклона ротора.
Ротор (1) и вал отбора мощности (3) соединяются между собой в центре двигателя шарниром Гука (4), который можно назвать шарниром равных угловых скоростей (ШРУСом). Необходимое ротору «дополнительное» обкатывание по внутренним огибающим корпуса задается вспомогательным устройством – так называемым «генератором волн». Его основной элемент – вращающийся на основном валу эксцентрик (5), с приводом через блок шестерен (6) все от того же вала. Эксцентрик, наклоняя ротор от 3 до 6 градусов, обеспечивает угловое качание сечениям ротора в пределах от 12 до 24 градусов. В такой комплектации расчетный механический КПД двигателя составит – 97 %.
Возможность использования регенеративных схем теплообмена в РВД способствует максимальной степени выделения в работу химической энергии сгорания топлива:
Роторно-волновой двигатель имеет следующий принцип работы:
Как и в газовой турбине, газ в РВД перемещается между рабочими отсеками: от компрессора к ресиверу, далее в совмещенную или разделенную камеру сгорания с камерой расширения, используя режим непрерывного течения порций газа по каналам, при давлениях и температурах аналогично происходящих в камерах сгорания ДВС. Каждая порция газа, двигаясь в общем потоке, представляет из себя непрерывно изменяющийся в объеме, замкнутый капсулированный объем.
С началом вращения, винтовые поверхности ротора начинают открывать внутренние полости винтовых каналов компрессорного отсека, засасывая и них воздух двумя потоками, смещенными относительно друг друга на 180 градусов. За один оборот ротора в оба канала компрессорного отсека засасываются и отсекаются от впускного тракта по две порции воздуха. При дальнейшем повороте, каждая порция воздуха начнет самостоятельно перемещаться к центру двигателя, непрерывно сокращаясь в объеме за счет уменьшения шага и амплитуды самого витка. Процесс сжатия будет продолжаться до тех пор, пока все уменьшающийся объем со сжатым воздухом не подойдет к камере сгорания. В этот момент процесс внутреннего сжатия воздуха в компрессорном отсеке закончится, наступает следующий этап – выталкивание сжатого воздуха в камеру сгорания тыльной стороной витка, ближе других находящегося к центру ротора. Этот процесс сопровождается непрерывным распыливанием топлива в воздушном потоке с последующим его сгоранием в общей камере, куда и выталкиваются все порции воздуха. Для первоначального поджигания топливовоздушной смеси в камере устанавливается запальная свеча. После запуска дальнейшее поджигание смеси должно поддерживаться газами, оставшимися от предыдущих циклов в общей камере сгорания. Последние, с высокой температурой и давлением покидая камеру сгорания, заполняют на роторе винтовые каналы расширительных отсеков, расположенных по другую сторону от центра ротора (точки, где шаг и амплитуда угловых колебаний равна нулю). С поворотом последнего происходит увеличение объемов расширительных отсеков за счет чего и осуществляется рабочий ход. На момент максимального расширения, кромки наружных витков ротора открываются и газы сначала свободно, а затем принудительно выдавливаются в выпускной коллектор. Интервал выпуска отработанных газов из очередной камеры расширения составит 180 градусов. Часть полученной в цикле мощности возвращается телом ротора в компрессорный отсек.
Роторно-волновой двигатель в сравнении с лопаточными и поршневыми машинами:
| ДВС | ГТУ | Роторно-волновой двигатель |
| Полный цикл рабочего тела осуществляется в одном цилиндре (вспомогательные такты заставляют конструировать органы газораспределения) | Процессы цикла распределены между отдельными агрегатами (отсутствие органов газораспределения) | Процессы цикла распределены между отдельными агрегатами (отсутствие органов газораспределения) |
| Высокое давление и температура сгорания топливо-воздушной смеси | Низкое давление и температура сгорания топливо-воздушной смеси | Высокое давление и температура сгорания топливо-воздушной смеси |
| Оптимальная работа при а (коэфф. избытка воздуха), близких к 1. | Оптимальная работа с а от 3+5 и выше | Оптимальная работа при а , близких к 1 |
| ‘Хорошая экономичность | Низкая экономичность | Высокая экономичность |
| Оптимальный диапазон реализуемых мощностей от 0,1 до 1000 кВт | Оптимальная мощность от 1000 до 100000 кВт | Оптимальная мощность от 1 до 100000 кВт |
| Каждый тип объемной машины работает на своем сорте топлива | Потребляет любой вид жидкого или газообразного топлива | Потребляет любое жидкое, газообразное, твердое распыленное топливо |
| Двигатель работает с охлаждением | Двигатель работает без охлаждения | Двигатель работает без охлаждения |
| Работа сопровождается неполным расширением отработанных газов | Полное расширение отработанных газов | Полное расширение отработанных газов |
| Эффективное глушение выхлопа | Неэффективное глушение выхлопа | Отсутствие необходимости глушениявьшюпа |
| Высокий вес силовой установки: 1+20 кг/кВт | Низкий вес силовой установки: до 0,1 кг/кВт | Вес силовой установки в пределах 0,1+0,25 кг/кВт |
| При движении звеньев механизма в цепи присутствуют «мертвые точки». Для их преодоления устанавливается маховик | Отсутствие «мертвых точек» при движении механизма | Отсутствие «мертвых точек» при движении механизма |
| Неполное уравновешивание инерционных сил и их моментов | Неуравновешенных сил и моментов не возникает | Полное уравновешивание инерционных сил, или вообще неуравновешенных сил не возникает |
| Большие потери на трение (15+20%) | Низкие потери на трение (2+4%) | Низкие потери на трение (3+6%) |
| Выбраны резервы роста эффективного КПД | Выбраны резервы роста эффективного КПД | Существует тенденция роста эффективного кпд |
Преимущества роторно-волнового двигателя:
– роторно-волновой двигатель имеет неограниченную мощность, малые габариты и вес (0.25-0.40 кг/кВт), высокую экономичность, свободу выбора топлива;
– рабочий процесс для камеры постоянного горения, позволяет, не останавливая двигатель, подавать в него любой вид жидкого, газообразного или даже твердого распыленного топлива;
– высокий ресурс по износу деталей и ресурсу двигателя в целом. В двигателе будут изнашиваться только подшипники, а для них ресурс в 30 – 40 тыс. рабочих часов не предел;
– роторно-волновой двигатель не имеет ограничений по ресурсу и числам оборотов из-за отсутствия уплотнительных элементов и, соответственно трения в проточной части;
– ротор вращается с постоянной угловой скоростью и уравновешивается;
– вместо клапанов, или окон, в конструкции используются каналы неограниченной пропускной способности для непрерывного поступления воздуха в рабочие отсеки двигателя;
– в РВД газовые силы, действующие на ротор, постоянны и непрерывны, что делает ненужной установку маховика, а в некоторых случаях и противовесов, применяемых для полного уравновешивания двигателя;
– расчетный индикаторный КПД простого цикла РВД в адиабатном исполнении и умеренной степени сжатия равной 15 со степенью расширения 36 составит – 51 %. Расход топлива в этом случае может составить 171 г/кВт, при удельном весе силовой установки 0,15 – 0,25 кг/кВт;
– расчетный механический КПД двигателя составляет – 97 %.
Роторно-волновой двигатель может применяться:
– в легких вертолетах, самолетах и дирижаблях;
– в быстроходных катерах, экранопланах;
– в мощных вездеходах, передвижных электростанциях;
– в приводном оборудовании для нефтегазового комплекса.
карта сайта
автомобильный двигатель на катере
высокие обороты при запуске двигателя
высокий кпд теплового двигателя
газовые турбины авиационных двигателей
газовый и бензиновый двигатели
двигатели работающие на газовом топливе
для катера купить с высоким кпд
двигатель на приору 16 клапанов новый
двигатель ваз 2112 16 клапанов цена новый
новый двигатель ваз 2110 8 клапанов цена
газовое оборудование на дизельный двигатель
роторно поршневой двигатель купить
роторный двигатель внутреннего сгорания
стационарные двигатели для катеров катера купить
характеристика газового двигателя роторного двигателя
купить двигатель ваз 2107 инжектор цена новый
в цилиндре двигателя внутреннего сгорания давление
двигатель внутреннего сгорания характеристики кпд
работа совершенная двигателем внутреннего сгорания
купить двигатель приора 16 клапанов
купить новый двигатель фольксваген
свечи для газовых двигателей
устройство газового двигателя
мощность двигателя катера
новые двигатели на автомобили
рабочие циклы система седунова вихрова паровой самый
Коэффициент востребованности 1 613
Паровой двигатель Тверского | Роторные двигатели
Паровая машина за всю свою историю имела много вариаций воплощения в металл. Одним из таких воплощений — был паровой роторный двигатель инженера-механика Н.Н. Тверского. Этот паровой роторный двигатель (паровая машина) активно эксплуатировался в различных областях техники и транспорт. В русской технической традиции 19-го века такой роторный двигатель назывался — коловратная машина. Двигатель отличался долговечностью, эффективностью и высоким крутящим моментом. Но с появлением паровых турбин был забыт. Ниже представлены архивные материалы, поднятые автором этого сайта. Материалы весьма обширны, поэтому пока здесь представлена только часть их.
Паровой роторный двигатель Н.Н.Тверского
Пробная прокрутка сжатым воздухом (3,5 атм) парового роторного двигателя.
Модель расчитана на 10 кВт мощности при 1500 об/мин на давлении пара в 28-30 атм.
В конце 19-го века паровые двигатели — «коловратные машины Н.Тверского» были забыты потому, что поршневые паровые машины оказались проще и технологичнее в производстве (для производств того времени), а паровые турбины давали большую мощность.
Но замечание в отношении паровых турбин справдливо лишь в их больших массо-габаритных размерах. Действительно — при мощности болше 1,5-2 тыс. кВТ паровые многоцилиндровые турбины выигрывают по всем параметрам у паровых роторных двигателей, даже при дороговизне турбин. И в в начале 20-го века, когда судовые силовые установки и силовые агрегаты электростанций начинали иметь мощность во многие десятки тысяч киловатт, то только турбины и могли обеспечить такие возможности.
НО — у паровых турбин есть другой недостаток. При масштабировании их массо-габаритных парамеров в сторону уменьшения, ТТХ паровых турбин резко ухудшаются. Значительно снижается удельная мощность, падает КПД, при том что дороговизна изготовления и высокие обороты главного вала (потребность в редукторе) — остаются. Именно поэтому — в области мощностей менее 1,5 тыс. кВт (1,5 мВт) эффективную по всем параметрам паровую турбину найти практически невозможно, даже за большие деньги…
Именно поэтому в этой диапазоне мощностей появился целый «букет» экзотических и мало известных конструкций. Но чаще всего- так же дорогостоящих и малоэффективных… Винтовые турбины, турбины Тесла, осевые турбины и проч.
Но- почему-то все забыли про паровые «коловратные машины» — роторные паровые двигатели. А между тем — эти паровые машины многократно дешевле, чем любые лопаточные и винтовые механизмы (это я говорю со знанием дела- как человек изготовивший на свои деньги уже более десятка таких машин). При этом паровые «коловратные машины Н.Тверского» — имеют мощный крутящий момент с самых малых оборотов, обладают средней частотой вращения главного вала на полных оборотах от 1000 до 3000 об/мин. Т.е. такие машины хоть для электрогенератора, хоть для парового авто (автомобиля- грузовика, трактора, тягача) — не будут требовать редуктора, счепления и проч., а будут своим валом на прямую содиняться с динамо-машиной, колесами парового автомобиля и проч.
Итак- в виде парового роторного двигателя — системы «коловратной машины Н.Тверского» мы имеем универсальную паровую машину, которая прекрасно будет вырабатывать электричество питаясь от котла на твердом топливе в отдалённом лесхозе или таежном поселке, на полевом стане или вырабатывать электричество в котельной сельского поселения или «крутиться» на отходах технологического тепла (горячем воздухе) на кирпичном или цементном заводе, на литейном производстве и пр и др.
Все подобные источники тепла как раз и имеют мощность менее 1 мВт, поэтому и общепринятые турбины тут малопригодны. А других машин для утилицации тепла путем перевода в работу давления полученного пара- общая техническая практика пока не знает. Вот и не утилизирыется это тепло никак — оно просто теряется глупо и безвозвратно.
Я уже создал «паровую коловратную машину» для привода электрогенератора в 3.5 — 5 кВт (зависит от давления в пара), если все будет как планирую- то скоро будет машина и в 25 и в 40 кВт. Как раз — то что надо, чтобы обеспечивать дешевым электричеством от котла на твердом топливе или на отходах технологического тепла сельскую усадьбу, небольшое фермерское хозяйство, полевой стан и пр. и др.
В принципе — роторные двигатели хорошо масштабируются в сторону увеличения, поэтому — насаживая на один вал множество роторных секций легко многократно увеличивать мощность таких машин, просто увеличивая количество стандартных роторных модулей. Т.е вполне можно создавать паровые роторные машины мощностью 80-160-240-320 и более кВт…
Но, кроме средних и относительно крупных паросиловых установок, паросиловые схемы с малыми паровыми роторными двигателями будут востребованы и в малых силовых установках.
Например- одно из моих изобретений- «Походно-туристический электрогенератор на местном твердом топливе».
Ниже представлено видео, где испытывается упрощенный прототип такого устройства.
Но маленький паровой двигатель уже весело и энергично крутит свой электрогенератор и на дровах и прочем подножном топливе выдает электроэнергию.
Основное направление коммерческого и технического применения паровых роторных двигателей (коловратных паровых машин) — это выработка дешевого электричества на дешевом твердом топливе и горючих отходах. Т.е. малая энергетика- распределенная электрогенерация на паровых роторных двигателях. Представьте, как будет отлично вписываться роторный паровой двигатель в схему работы лесопилки- пилорамы, где нибудь на Русском Севере или в Сибири (Дальнем Востоке) где нет центрального электроснабжения, электричество дает задорого дизель-генератор на привозной издалека солярке. Зато сама лесопилка производит в день минимум полтонны щепы- опилок — горбыля, который девать некуда…
Таким древесным отходам — прямая дорога в топку котла, котел дает пар высокого давления, пар приводит в действие роторный паровой двигатель и тот крутит электрогенератор.
Точно так же можно сжигать безграничные по объемам миллионы тонн пожнивных отходов сельского хозяйства и проч. А есть еще дешевый торф, дешевый энергетический уголь и проч. Автор сайта посчитал, что затраты на топливо при выработке электричества через малую паросиловую установку (паровую машину) с паровым роторным двигателем мощностью в 500 кВт будут от 0,8 до 1,
2 рубля за киловатт.
Еще интересный вариант применения парового роторного двигателя — это установка такой паровой машины на паровой автомобиль. Грузовик — тягач паровой автомобиль, с мощным крутящим моментом и применяющий дешевое твердое топливо — очень нужная паровая машина в сельском хозяйстве и в лесной отрасли. При применении современных технологий и материалов, а так же использование в термодинамическом цикле «Органичесокго цикла Ренкина» позволят довести эффективный КПД до 26-28% на дешевом твердом топливе (или недорогом жидком, типа «печного топлива» или отработанного машинного масла). Т.е. грузовик — тягач с паровой машиной
Грузовик НАМИ-012, с паровым двигателем. СССР, 1954 г
и мощностью роторного парового двигателя около 100 кВт, будет расходовать на 100 км около 25-28 кг энергетического угля (стоимость 5-6 руб за кг) или около 40-45 кг щепы- опилок (цена которых на Севере- забирай даром)…
Есть еще много интересных и перспективных областей применения роторного парового двигателя, но размеры этой странички не позволяют все их подробно рассмотреть. В итоге- паровая машина может занять еще очень заметное место во многих областях современной техники и во многих отраслях народного хозяйства.
ЗАПУСКИ ОПЫТНОЙ МОДЕЛИ ПАРОСИЛОВОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА С ПАРОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Май -2018г. После длительных экспериментов и опытных образцов сделан малый котел высокого давления. Котел опрессован на 80 атм давления, так что будет держать рабочее давление в 40-60 атм без затруднений. Запущен в работу с опытной моделью парового аксиально-поршневого двигателя моей конструкции. Работает прекрасно- смотри видео. За 12-14 минут от розжига на дровах готов давать пар высокого давления.
Сейчас я начинаю готовиться к штучному производству таких установок- котел высокого давления, паровой двигатель (роторный или аксиально-поршневой), конденсатор. Установки будут работать по замкнутой схеме с оборотом «вода- пар- конденсат».
Спрос на такие генераторы весьма большой, ибо 60% теорритории России не имеют центрального электроснабжения и сидят на дизельгенерации. А цена солярки все время растет и уже достигла 41-42 руб за литр. Да и там где электричество есть- энергокомпании тарифы все поднимают, а за подключение новых мощностей требуют больших денег.
Перспективы применения роторно-поршневых двигателей | Статья в журнале «Молодой ученый»
О
дной
из альтернатив автомобильному двигателю
внутреннего сгорания является роторно-поршневой двигатель (РПД),
который часто называют по имени его изобретателя — двигателем
Ванкеля. Феликс Ванкель — гениальный изобретатель роторно-поршневого
двигателя уже в возрасте 22 лет, в 1924 году, пришёл к идее
роторно-поршневого двигателя. В 1934 году Ванкель получил свой первый
патент на двигатель новой конструкции, в 1954 году он наконец-то
нашёл оптимальную конфигурацию камеры сгорания РПД, которая
принципиально не изменилась до нашего времени (рис. 1).
Один из первых двигателей, созданных Ванкелем (DKM 54), имел рабочий объем 0,25 л и развивал мощность около 20 кВт при частоте вращения 17000 мин-1. Уже в 1958 увидел свет первый автомобиль с серийным РПД.
До середины 70 годов прошлого века отечественное двигателестроение обходило стороной двигатель Ванкеля. С 1976 года волжский автомобильный завод начал серийно выпускать двигатель РПД, который устанавливался преимущественно на спец иальную технику. К сожалению, после череды финансовых кризисов 1990-2000 годов работы по РПД были заморожены.
В настоящее время только компания «Mazda» серийно выпускает автомобили с двигателем Ванкеля.
Главное принципиальное преимущество роторных двигателей — это полное отсутствие возвратно – поступательных движений любого типа, а соответственно: постоянных циклических ускорений и знакопеременных инерционных нагрузок на детали двигателя. Именно подобные нагрузки не дают традиционным поршневым двигателям значительно увеличивать обороты вращения своего вала и наращивать мощность.
Второе преимущество, неразрывно связанное с первым – это прямой и непосредственный перевод простого и непрерывного вращения ротора во вращение рабочего вала двигателя. Именно такая техническая организация кинематической схемы двигателя не требует применения дополнительных механизмов для преобразования типов движения. В традиционном же поршневом двигателе для этой цели применяется громоздкий, малоэффективный и дорогостоящий кривошипно-шатунный механизм. Как следствие, роторный двигатель имеет непрерывный крутящий момент высокого значения (как у электродвигателя). В поршневых двигателях именно кривошипно-шатунный механизм выдает на рабочий вал крутящий момент, непрерывно пульсирующий от минимального до максимально возможного значения и обратно. Именно поэтому поршневые двигатели не могут работать на малых оборотах.
Это обстоятельство чрезвычайно важно в условиях современного мегаполиса и автомобильных «пробок», когда основным эксплуатационным режимом становится холостой ход.
По сравнению с поршневым Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) – роторный двигатель не нуждается в некоторых системах, а именно: специальном механизме газораспределения. кривошипно-шатунный механизм, и соответственно – в корпусных объемах картера для размещения этих систем, а так же систем распределения зажигания и глушения выхлопных газов. Следствием этого является гораздо большая, чем у поршневых двигателей удельная (на 1 кг. массы) мощность, а также относительная простота в обслуживании и ремонте.
Не смотря на указанные преимущества долгое время РПД не оказывали серьёзной конкуренции поршневым ДВС. Основной причиной этому являлось несовершенство уплотнения рабочей камеры, следствием чего являлся повышенный расход горюче-смазочных материалов и, соответственно, низкие экологические показатели. Так, упомянутый выше двигатель DKM 54 имел удельный расход топлива около 340 г/(кВт;час), что на 5-10% больше чем у поршневых двигателей тех же годов.
Кроме того, соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, создает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой, приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя. В связи с этим возникает повышенное требование к периодической замене масла.
Тем не менее, двигатель Ванкеля на наш взгляд является на настоящий момент одной из наиболее перспективных альтернатив поршневому ДВС, имеющих шансы на серийную реализацию.
Одним из оснований для такого утверждения являются достижения фирмы Mazda, чей роторно-поршневой двигатель «Renesis» [1] признан двигателем 2003 года. Автомобиль RX-8 с этим двигателем удовлетворяет нормам токсичности Euro-4 и при более чем вдвое увеличенной номинальной частоте вращения вала двигателя моторесурс этого РПД не уступает ресурсу тронкового двигателя. Вместе с тем, резервы для дальнейшего снижения эксплутационного расхода роторно-поршневыми двигателями еще не исчерпаны. Эти резервы связаны, в значительной мере, с возможностью повышения топливной экономичности двигателя при его работе на частичных нагрузках.
Широко распространенный способ снижения расхода топлива в поршневых ДВС посредством увеличения коэффициента избытка воздуха мало приемлем для роторных двигателей. Это связано с особенностью камеры сгорания РПД. Наличие защемленных зон на периферии камеры сгорания приводит к замедлению скорости сгорания топлива даже при стехеометрических составах смеси [2]. Обеднение смеси ещё более усугубит этот процесс, и повлечёт за собой повышение неравномерности сгорания и увеличению в составе отработавших газов доли несгоревших углеводородов.
Таким образом, одним из основных путей повышения топливной экономичности РПД является устранение недогорания топлива в камеры сгорания.
Наиболее распространенным решением указанной проблемы является оптимизация мест расположения свечей зажигания, их количества и параметров системы зажигания. Так, например, за счет применения двух свечей зажигания удается примерно на 6% сократить расход топлива, и соответственно, уменьшить выбросы токсичных компонентов с отработавшими газами. В целях повышения мощности и некоторого снижения расхода топлива компания Mazda применяла даже систему зажигания с 3 свечами зажигания на двигателе R26B [3]. Дополнительная свеча воспламеняла топливовоздушную смесь в области, прилегающей к задней вершине ротора, увеличивая скорость сгорания смеси.
Другим способом уменьшить недогорание топлива является расслоение заряда. На практике расслоение заряда в камере сгорания осуществляется таким образом, чтобы в ту часть камеры, в которую пламя не может проникнуть, попадала бы, по возможности, максимально обедненная топливовоздушная смесь.
В Волгоградском государственном техническом университете в течение ряда лет ведутся исследования возможностей расслоения заряда указанным выше образом за счет применения так называемого фазированного впрыскивания топлива во впускной трубопровод, при котором начальный и конечный моменты подачи топлива форсункой согласованы с моментами открытия и закрытия впускного окна и с частотой вращения ротора. Как показывает опыт, применение фазированного впрыскивания позволяет снизить удельный расход топлива на 15%.
Одним из перспективных способов улучшения эксплуатационных характеристик ДВС является изменение рабочего объема. Особенности конструкции и кинематики ротора РПД таковы, что изменить рабочий объем можно только косвенно, например, отключением части цилиндров или пропуском части рабочих циклов. При отключении части рабочих циклов оставшиеся в работе циклы для сохранения эффективной мощности двигателя должны обладать большим индикаторным КПД, что в итоге приводит к снижению расхода топлива.
В Волгоградском государственном техническом университете были теоретически и экспериментально изучено[4] влияние отключения циклов на изменение удельного расхода топлива РПД, работающего с пропуском части рабочих циклов с системой фазированного впрыскивания топлива во впускной трубопровод. Исследования показали, что отключение циклов приводит к снижению расхода топлива лишь в некотором диапазоне нагрузочных режимов. Для испытанного двигателя ВАЗ-311 снижение удельного расхода топлива, зафиксированное в экспериментах, составило 13% .
Весьма перспективным направлением снижения токсичности в РПД является применение альтернативных топлив, в первую очередь, газообразных. Так, например, компании Mazda выпустила в серийное производство автомобиль RX – 8 Hydrogen RE, работающий и на водороде и на бензине. Использование водорода в качестве моторного топливо позволило японским инженерам полностью избавиться от содержания в выхлопных газах оксида углерода СО2. При этом мощность двигателя составила 80 кВт, что меньше чем у аналогичного двигателя, работающего на бензине (145 кВт). Объяснение этому в необходимости использовать сильно обедненную топливовоздушную смесь для снижения температуры сгорания, от которой, главным образом, зависит содержание в выхлопных газах оксида азота NOx. Необходимо отметить тот факт, что двигатель Ванкеля более приспособлен к работе на водороде чем поршневой двигатель, вследствие снижения риска калильного зажигания.
Одним из недостатков применения водорода в качестве моторного топлива является его высокая текучесть. При попадании в машинное масло водород окисляется и образует воду, что может вызвать появление коррозии на элементах двигателя.
Другим способом применения водорода является его использование в качестве дополнительного топлива при организации расслоения топливовоздушной смеси. При такой организации рабочего процесса основное топливо (обедненная бензовоздушная или газовоздушная смесь) подается непосредственно в камеру сгорания, а порция водорода впрыскивается в зону межэлектродного зазора свечи зажигания. Это позволяет существенно снизить запас водорода, хранимого на борту автомобиля, снизив тем самым затраты на использование газа.
Всё вышесказанное показывает, что обладая существенным потенциалом, двигатель Ванкеля является в настоящее время одной из реально существующих альтернатив традиционному поршневому двигателю.
Литература:
1. Masaki Ohkubo, Seiji Tashima, Ritsuharu Shimizu, Suguru Fuse and Hiroshi Ebino Developed Technologies of the New Rotary Engine (RENESIS)//SAE Paper. 2004. – № 2004-01-1790.
2. Злотин Г. Н. Особенности рабочего процесса и пути повышения энергетической эффективности роторно-поршневых двигателей Ванкеля: монография/ Г. Н. Злотин, Е. А. Федянов.– Волгоград: Изд-во ВолгГТУ.– 2010.
3. Ritsuharu Shimizu, Tomoo Tadokoro, Toru Nakanishi, and Junichi Funamoto Mazda 4-Rotor Rotary Engine for the Le Mans 24-Hour Endurance Race//SAE Paper. 1992. – № 920309
4. Злотин Г.Н. Эффективность метода отключения циклов на роторно-поршневом двигателе Ванкеля [Текст] / Г.Н. Злотин, Е.Б. Морщихин, С.Н. Шумский, Е.А. Федянов – журн. «Двигателестроение» – 2006.– №4.– С. 12-14.
Основные термины (генерируются автоматически): двигатель, роторно-поршневой двигатель, удельный расход топлива, DKM, камера сгорания, снижение расхода топлива, поршневой двигатель, Волгоградский государственный технический университет, внутреннее сгорание, впускной трубопровод.
В поисках лучшей схемы-вечный тюнинг идеи | Роторные двигатели
НА ДАННОЙ СТРАНИЧКЕ Я ВЫКЛАДЫВАЮ МАТЕРИАЛЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ МОИХ ПОСЛЕДНИХ РАЗРАБОТОК — ВТОРАЯ ПОЛОВИНА 2011г. |
ТЮНИНГ ИДЕИ КАК ВЫСШАЯ ФОРМА ПОИСКА СОВЕРШЕННОЙ СХЕМЫ
Много лет прошло с тех пор, когда мне, тогда еще подростку, в 1973 году попался номер журнала «Техника-молодежи» с описанием роторного двигателя Ванкеля. Я за эти десятилетия то возвращался к идее роторного двигателя, то надолго оставлял ее. Надо было как-то жить, зарабатывать деньги,обеспечивать семью, особенно в смутное и непростое время 90-х, когда производство и новая техника были вообще никому не нужны… Какое там техническое творчество… Но более 10 лет назад я как-то все плотнее взялся за старые идеи уже не смог надолго отрываться от этих образов… Образов совершенного роторного двигателя. Помните, как у философа Платона 2300 лет назад сформулирован постулат: миры образов — эйдосов, миры первоидей стоят в начале всего на этом свете…
Со временем — когда я создал классификацию роторных двигателей и перерыл многие сотни патентов СССР, США, Англии и пр. по роторным двигателям, начиная с первого патента 1859 года, я укрепился в понимании, что наиболее перспективной является схема «типа Тверской». Но эта схема работала хорошо 140 лет назад в варианте паровой расширительной машины, а идея и технологические циклы ДВС со сжатием- значительно сложнее. И вот я принялся создавать схемы и воплощать их в действующие модели и макеты. Итог этих более чем 5-ти лет постоянного экспериментирования и теоретизирования таков: накоплен немалый и весьма содержательный опыт, который позволяет определить пути дальнейшего поиска оптимальной схемы и выбрать наиболее интересные решения в этом направлении.
На этой страничке я буду вести рассуждения и выкладывать материалы о развитии идей совершенного роторного двигателя, т.е. о «тюнинге самой концепции» этой идеи, а вот о конкретных возможностях тюнинга двигателя — смотрите на соответствующей страничке этого сайта ТЮНИНГ ДВИГАТЕЛЯ
НА ЭТОЙ СТРАНИЧКЕ САЙТА Я КОРОТКО ИЗЛОЖУ РЕЗУЛЬТАТЫ СВОИХ ОПЫТОВ И ОПРЕДЕЛЮ ПУТИ РАЗВИТИЯ НАИБОЛЕЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СХЕМ.
Итак, первой была схема наиболее близкая к компоновке паровой машины Н.Н. Тверского.
Именно ее я создал и испытал в 3-х вариантах опытных моделей. Одна из них- последняя как-то даже дым пускала и иногда пыталась тарахтеть.
Но по итогам работы над этой схемой и такими моделями я пришел к выводу, что в малых размерах такая схема практически не работоспособна. Для создания гармоничной схемы надо делить кольцевое рабочее пространство на 4 сегмента, из которых будет формироваться 2 технологических сектора с полным набором из 5-ти технологических тактов. Но, учитывая мертвые зоны кольцевого рабочего пространства, на протяжении которых лопасти будут проходить в проемах запорных барабанов, длина дуг рабочего хода сегментов «впуска-сжатия» и «расширения-выпуска» оказывалась незначительной. Т.е. невозможно было достичь заметных степеней сжатия и расширения. В рамках этой схемы можно было идти двумя путями- либо заметно уменьшать объемы камеры сгорания и высоту лопасти, чтобы при малом объеме камер сгорания сделать заметными степени сжатия и расширения. Либо резко увеличивать диаметр поверхности ротора- чтобы при заметном объеме камер сгорания дать значительные степени «сжатия- расширения» и длину рабочего хода. Но тогда бы надо было делать диаметр корпуса более 600 мм., что сразу приводило к сложности изготовления и значительным габаритам двигателя. Что мне никак не подходило.
Т.е. тут прорисовывалась ситуация как с газовыми турбинами- при всех своих плюсах и значительной привлекательности, они после уменьшения размеров до определенного параметра, они начинают резко терять свои возможности и показатель их удельной мощности в малых массо-габаритных размерах резко снижается. При сохранении высокой прожерливости.
И я решил отказаться от этой компоновочной схемы.
| Сразу оговорюсь, понимая скромность своих сил и трудность выхода на глобальный рынок с новой продукцией, я сразу нацелен со своими разработками на рыночных сегмент 2-х тактных двигателей. Т.е. малоразмерных моторов малого веса, которые сегодня имееют малый ресурс (около 500 моточасов), большой расход топлива и грязный выхлоп. Этот рынок давно жаждет появления новой продукции и с радостью будет восприниать ее, так как существующая продукция имеет высокую цену и очень низкие эксплуатационные характеристики. А пытаться «воевать» на рынке 4-х тактных автомобильных моторов, которые имеют очень солидные моторесурсы и сравнительно приемлемую экономичность- дело крайне трудное. Итак — мой шанс создать маленький и мощный мотор с хорошим моторесурсом, на замену 2-тактных двигателей для мотороллеров, мотоциклов, мотоблоков, квадроциклов, подвесных лодочных моторов, всяких бензопил и пр. Т.е. мотор мой должен изначально проектироваться малым и легким. |
А указанная выше схема могла быть хорошо рабочей только в большом диаметре ротора и корпуса. И это меня не устраивало.
После осмысления полученных на испытаниях результатов и их анализа я устроил мозговой штурм и сумел найти выход на новые решения. В итоге на сегодняшния день — октябрь 2011 г. я имею три очень разных схемы. Каждая из этих схем является хорошим, но весьма необычным выходом на новые вариации схемы «типа Тверской». Каждя из них имеет преимущества на для определенных габаритов.
На все эти схемы уже поданы патентные заявки на изобретения.
Я начинаю выкладывать новые схемы с самой большой и «громоздкой», а закончу- с самой маленькой и «компактной».
В данных эскизах несколько нарушены пропорции элементов мотора — поэтому прошу не придираться к недостаткам кажущегося нарушения этапов и геометрии схем газораспределения. . Выражаю благодарность одному из постоянных посетителей этого сайта Вячеславу Воронину — ник telekast, за помощь в создании GIF анимации.
В данной схеме очень легко делать различными соотношения рабочих объёмов компрессорной секции и роторной секции. Т.е. легко можно делать степени сжатия и расширения в любых соотношениях меж ними. Например: делать степень расширения больше на 30-50%, чем степень сжатия, и тем самым попытаться заметно поднять КПД. Это достигается изменением «толщины» роторов и корпусов роторной и компрессорной секций.
  Данная схема — «Схема №1» или «Схема «А», является самой сложной и самой «габаритной» из всех новых схем. Например — в ней 12 шестерен. Для не сильно разобравшихся в схеме персон поясняю — ни одна шестерня не передает основную мощность, все они «крутят» вспомогательные элементы с небольшими усилиями. Но вот самая маленькая компоновка — схема «С», будет иметь всего 3 шестерни.
  Зато схема схема «А» обещает быть самой мощной, так как при габаритах корпуса: D 620 мм.х 160 мм. она имеет плечо крутящего момента 125 мм. и дает 9 рабочих тактов за оборот вала. Я прикинул теоретический крутящий момент, но не хочу его тут обозначать, ибо получается что-то невероятное.
  Для сравнения — наиболее распространенный двигатель грузовика КаМАЗа при 8 цилиндрах имеет плечо крутящего момента 60 мм, при 2-х рабочих тактах за один оборот главного вала двигателя. При габаритах 1103х908х965, весе в 850-900 кг. и мощности в 240-260 л.с.
НЕСКОЛЬКО ПОЗЖЕ ВЫЛОЖУ НА ЭТОЙ СТРАНИЧКЕ САЙТА ИНФОРМАЦИЮ ПО ДРУГИМ КОМПОНОВОЧНЫМ СХЕМАМ
РАЗВИТИЯ ЭТОГО НАПРАВЛЕНИЯ РОТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЙ — СХЕМАМ «В» и «С».
ВЫКЛАДЫВАЮ СХЕМУ «В»Работаю на ноутбуке- поэтому качество не самое хорошее. 2 недели сижу в Москве, вдали от большого своего компа со всей основной информацией, посему- извиняйте за не самое лучшее качество.
Конструкция получилась «вывернутой наизнанку» — с центральным запорным барабаном(2) и вынесенными на его перефирию секторами «впуска- сжатия» и «расширения -выпуска». Между секторами размещены камеры сгорания (5). (3) — это роторы сеторов «впуска- сжатия», а (4) — это роторы силовых секторов, секторов «расширения-выпуска». Газораспределением — впуском и выпуском рабочих газов в и из камер сгорания будут управлять вращающиеся золотниковые клапана. Они на схемах пока не указаны- расположены на пересечении газоводов, рядом с Камерами Сгорания.
Особенность схемы — мощность с двух роторов силовых секторов передается через шестерни на главный вал. Вижу возражения- мощность передается через шестерни, это плохо, шестерни не выдержат нагрузок. Но — двигатель должен вращать роторы силовых секторов достаточно плавно, при этом крутящий момент будут передавать сразу две шестерни, симметрично относительно оси главного вала разнесенные по сторонам. Зато на главный вал сразу будет передаваться в два раза уменьшенные обороты, с увеличенным вдвое усилием крутящего момента. Полагаю, что для двигателей небольшой мощности в 60 — 80 КВт такая схема вполне будет дееспособной.
В этой схеме удается достигнуть значительной схемы компактности конструкции, так как при тех же габаритах корпуса ходы роторов в таким образом устроенных рабочих секторах оказываются заметно длиннее. Далее- в такой компоновке каналы газообмена между Камерой Сгорания и секторами «сжатия» и «расширения» можно сделать предельно короткими. А это важный элемент эффективности и вообще работоспособости двигателя.
Создаваемая сейчас модель имеет максим габарит корпса 420 мм, плечо крутящего момента 56 мм (у ЗИЛ-130 плечо крут момента 47 мм). Содержит 8 шестерен, для привода всех элементов- запорных барабанов и золотниковых клапанов.
В прорисованной компоновке данный двигатель будет давать 4 рабочих хода за один оборот главного вала.
Размышления по поводу системы охлаждения и КПД схемы читайте в моих постах на Форуме сайта ОХЛАЖДЕНИЕ
8 декабря 11 г. — НАЧИНАЮ ВЫКЛАДЫВАТЬ МАТЕРИАЛЫ ПО СХЕМЕ «С»
Это (3-я по счету из последних разработанных мною конструкций) самая малая и компактная из всех разработанных мною схем. Обошелся без длинных газоводов на роторе и обособленных золотниковых клапанов. Для этого пришлось делать камеры сгорания в роторах рабочих секций. Т.е. камеры сгорания вращаются с вращением роторов. В двигателе этой компоновки содержится две рабочих роторных секции (две силовых машины), а между ними — по центру- расположена компрессорная секция. В моторе такой компоновки всего три шестерни.Двигатель дает 8 рабочих тактов за один оборот главного вала.
Максимальный габарит корпуса создаваемой сейчас модели будет 150 мм — т.е. модель делается весьма миниатюрной. При таком малом габарите двигателя плечо крутящего момента составляет — 40 мм, т.е. несколько больше чем у большинства моторов современных легковых машин, мощность которых составляет 100- 120 л.с.. Корпус двигателя сейчас делается из дюрали Д16Т, поэтому двигатель обещает быть очень легким.
В схему работы двигателя встроен паровой цикл, т.е. теоретически на выхлоп будут идти газы с температурой не более 200 градусов (у современных поршневых ДВС — 800-1000 град.). Т.е. таким «охлаждением изнутри» решается сразу две задачи — резкое увеличение КПД и исчезновение необходимости в специальной и громоздкой системе охлаждения.
В данной конструкции легко делать разными по объему сегменты сжатия и сегменты расширения. На выложенном ниже эскизе — схеме показано, что центральная секция (секция сжатия) меньше по толщине и по диаметру. За счет этого объем сегмента сжатия, меньше чем сегмент расширения. Т.е. степень сжатия меньше, чем степень расширения.
25 декабря 11г. Надо сказать, что схема «С» имеет несколько разных решений в плане своей компоновки. Т.е. это принципиальное объемное решение по типу размещения и взаимоотношения разных секций двигателя имеет несколько различных вариантов применения различных второстепенных элементов и систем двигателя. Вверху на чертеже представлено одно из таких решений. При этом различные варианты схемы «С» могут давать достаточно разные уровни решения главных задач- соотношения степени сжатия к степени расширения, разные типы встраивания в двигатель «паровой фазы», разные варианты размещения каналов газообмена и пр. На данный момент я экспериментирую с одним из таких вариантов, но уже готовятся рабочие чертежи для изготовления очередного компоновочного решения схемы «С».
13 января 12г.
Двигатель схемы «С» изготовлен. Начинаю собирать мотор — фотографии некоторых деталей ЗДЕСЬ.
05.07.13г.
Давно не обновлял этот раздел, хотя материала накопилось много. Это время активно занимался совершенствованием схемы компоновки «С», считая её самой эффективной и перспективной. Она оказалась возможной к многим вариациям. Подано несколько патентных заявок на изобретения на эти схемы. Выкладываю ГИФ анимацию киниматической схемы одной из таких компоновок. Эта анимация визуализирует только часть конструктивных (но основные -показаны) элементов для осуществления рабочих процессов двигателя. Делать элементы в движении со всеми их деталями- получится весьма громоздко и трудно воспринимаемо…
16.07.13г. Что-то ГИФ анимация туго работает, в смысле — тормозит работу сервера. Вынужден на её место поставить статичную картинки- всего один кадр из анимации. Не так наглядно, но — зато сайт лучше теперь работает.