Користувач:Chirog21
РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ЧАНТУРИЯ (CHANTURIA ROTOR)
Роторный двигатель реализует давно известный способ преобразования энергии, основанный на воздействии рабочего тела на лопасти (выдвигающиеся лопатки) колеса (ротора).
И является роторным двигателем с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с уплотнительными заслонками-лопастями, движущимися в роторе.
Конструкция
Роторный двигатель (ДВС) содержит неподвижный корпус представляющий полый цилиндр с торцов прикрытый крышками, ротор в виде колеса посаженый на вал, n-пар функциональных лопаток представляющих собой П - образные пластины, выдвижное устройство (ВУ) ) предназначеное для выдвижения лопаток и представляет собою четырехшарнирный-рычажно-ползунный механизм. и фиксирующее устройство (ФУ) определяющее порядок выдвижение лопаток в соответствии с тактами работы двигателя. На ободе ротора между лопатками одной пары расположены камеры сгорания.
Работа двигателя
При вращении ротора (по стрелке) компрессионная лопатка (задняя) выдвигаясь из его тела, сжимает передней гранью топливовоздушную смесь находившуюся в компрессионной полости и создавая за собою разряжение засасывает новую порцию смеси через впускное окно. При прохождении лопаткой компрессионной полости заканчивается такт газозабора (сжатие и впуск). Рабочая смесь находясь в камере сгорания с нужной степенью сжатия в зоне перехода (разделяющего компрессионную и рабочую полости) поджигается от элемента зажигания (свечи зажигания ,свечей, или нити накаливания).Пока камера сгорания находится в зоне перехода, происходит горение смеси при постоянном объеме (изохорный процесс). В дальнейшем , после прохождения перехода, рабочая лопатка выдвигаясь воспринимает давление газов и преобразовывает его во вращательное движение ротора. Своей передней гранью данная лопатка выталкивает остатки отработавших газов предыдущего такта через выпускное окно. Осуществлен такт – рабочий ход (расширение и выпуск). Эти процессы для диаметрально расположенных пар лопаток происходят аналогично, а для смежных отстают (опережают) на такт работы двигателя.
преимущества
В данном двигателе есть возможность существенно повысить термический КПД :
- увеличением степени сжатия.
- использование бедных смесей
- реализацией цикла Аткинсона.
- созданием частично адиабатного (с частичным отводом тепла) двигателя.
- созданием двигателя использующего в рабочем такте два рабочих тела.
А также повышение топливной экономичности за счет использования качественного регулирования.
Увеличение степени сжатия и использование бедных смесей..
С учетом относительно оптимальной формы камеры сгорания, более благоприятного изохорического горения, применение сверхбедных смесей (α -1,3 и более) есть возможность получить степень сжатия (ε = 14 и более) без риска иметь детонацию.
Используя мощную многоточечную систему зажигания (СЗ) в том числе и с использованием калильного зажигания, иметь возможность быстрого (практически без УОЗ) надежного сгорания даже сверхбедных смесей.
Но с увеличением степени сжатия и при использовании данной системы зажигания возникают следующие проблемы:
- значительно большая, скорость нарастания давления
- большее давление.
Они ведут к критическому увеличению нагрузки на пары трения и повышению механических потерь, приводящих к значительному снижению ресурса двигателя.
Эти проблемы решаются следующими конструктивными особенностями двигателя:
- реализации в двигателе функциональной осевой симметрии ( возможно при более двух циклов на оборот) в одной плоскости, что приводит к отсутствию сколь значимых нагрузок на вал двигателя в опорах корпуса. Рабочий ход происходит симметрично относительно оси по ободу ротора в рабочих полостях одновременно, отсюда результирующая нагрузка на вал ротора практически отсутствует.
- постепенным выдвижением рабочих лопаток. Когда по мере выдвижения лопаток возрастает их площадь, что приводит к постепенному увеличению нагрузки, но при этом падает давление. Это определяет допустимо плавное нарастания нагрузки и меньшую максимальную ее величину ( 0,4 от аналогичной для поршня).
Применение степени сжатия ε -14 дает прибавку КПД 5-7 %, а использование сверхбедных смесей еще 4-5 %.
Реализация цикла Аткинсона.
Конструкция двигателя позволяет легко и просто и в широких пределах. создать рабочую полость больше компрессионной (более того, это конструктивная необходимость).
Рабочая полость должна быть оптимально больше компрессионной. Отсюда различные степень сжатия и степень расширения.
Это позволяет значительно более полно использовать энергию газов и приведет к увеличению КПД на 10-12 %.
'Возможность создать двигатель с ограниченным отводом тепла.
Создание данного двигателя возможно и с предварительным (внешним) смесеобразованием. Это обеспечивается пространственным разделением цикла, когда” холодная “ компрессионная полость позволяет сжать топливную смесь без угрозы воспламенения, охлаждаемая камера сгорания доставит ее к месту зажигания и далее в рабочую полость ( в пошневом варианте адиабатного двигателя возможны только двигатели с внутренним смесеобразованием –дизеля).
В условиях отсутствия смазки меньшая сила трения пары лопатка - стенки полости. Лопатки отслеживают профиль рабочей полости, трение определяют элементы, обеспечивающие компрессию.
Возможность делать разнофункциональные полости разновеликими позволяет иметь различные степень сжатия и степень расширения ( последняя может быть значительно больше – реализация цикла Аткинсона -охлаждение расширением) .
Возможность создания двигателя использующего два рабочих тела.
В начале рабочих полостей данного двигателя имеются форсунки для введения рабочего тела , изменяющего свое агрегатное состояние. Разновеликие функциональные полости (рабочая в данном случаи значительно больше) позволяют сначала полностью использовать энергию углеводородного топлива прежде, чем в образовавшийся объем будет посредством форсунок произведен впрыск жидкости. Последняя превращаясь в пар от воздействия с продуктами сгорания углеводородного топлива и горячими стенками рабочей полости, также осуществляет работу. При этом происходит и охлаждение данной рабочей полость изнутри. Осуществляется реализация цикла комбинированного двигателя.
Особенности данного двигателя, ведущие к повышению механического КПД.
Работа двигателя соответствует режиму работы двигателя двойного действия. В исполнении с четырьмя парами лопаток (имея по две разнофункциональные полости) двигатель совершает восемь импульсов силы (рабочих хода) за оборот. Двигателю не нужно быть высокооборотистым - до 1500 об/мин.
Способ преобразования позволяет исключить потери характерные для поршневого двигателя из-за изменения поступательного движения поршня на вращательное коленвала. Инерционные потери ВУ значительно меньше за счет меньших масс и меньших перемещений деталей участвующих в возвратно-поступательном движении. Детали ВУ менее рассредоточены и менее габаритны (ВУ может быть размещен в роторе), чем ГРМ в поршневом. Конструкция вообще исключает необходимость иметь газораспределительный механизм.
В преобразовании энергии участвуют меньше звеньев
Выдвижение лопаток согласовано с углом поворота ротора. Это значит, что торцовые грани лопаток, при выдвижении, повторяют профиль полостей и без уплотнительных элементов не соприкасаются с их стенками. Этим исключается влияние лопаток на стенки полостей (аналогичен крейцкопфу в поршневом варианте). Механические потери на трение определяют только элементы уплотнения лопаток (их упругость и силы давления газов на них). Отсюда уменьшается износ стенок полостей и меньшие механические потери на трение.
В двигателе реализована идея пространственного разделения тактов цикла. Есть возможность создать наивыгоднейшие условия для каждого из процессов цикла в соответствующей функциональной полости. Отдельно расположенная ”холодная” компрессионная полость позволяет добиться лучшего наполнения и иметь топливную смесь с более точным составом для определенных режимов работы двигателя. А при количественном регулировании, иметь перепускной канал с регулируемой задвижкой в компрессионной полости, что позволяет обойтись без дроссельных потерь.
Впускные и выпускные окна постоянного сечения кратно больше, чем проходные сечение поршневого двигателя даже при четырехклапанном газораспределении. Этим обеспечивается лучшее наполнение свежим зарядом компрессионной полости, а также более качественно проходит выпуск отработанных газов из рабочей полости, уменьшаются насосные потери.
Двигатель хорошо уравновешен, выдвижение лопаток и других перемещающихся элементов в роторе, происходит таким образом, что не меняет его центр массы .
Двигатель функционально симметричен, динамические нагрузки практически взаимно компенсируют друг друга, и тем самым отсутствуют значительные вибрации.
Преимущества конструкции.
Компактность двигателя очевидна, его значительно меньшие весовые и габаритные характеристики, и меньшее количество деталей, что делает его удельные показатели в 2-2,5 лучше поршневого. Конструкция его более простая.
Крутящий момент двигателя кратно больше чем у поршневого четырехцилиндрового или двигателя Ванкеля (8 рабочих хода на оборот). Также причины вызывающие снижение его на малых ( низкое наполнение) и высоких (неполное сгорание) оборотах присущих для поршневых двигателей, в данном двигателе не столь выражены. У двигателя кратно большие проходные сечения впускных окон и отсутствие дроссельных потерь (качественное регулирование), а мощная система зажигания обеспечивает более быстрое сгорание смеси и при этом большая степень расширения ведет к полному ее сгоранию. Отсюда крутящий момент в более широком диапазоне оборотов приближается к максимальному значению. Поэтому иногда можно и обойтись без коробки передач, или иметь двухступенчатую.
Изготовление разнофункциональных полостей и лопаток можно производить с учетом различных температурных и различных динамических нагрузок влияющих на них, и с применением различных соответствующих материалов.
Для увеличения мощности данные двигатели могут быть многосекционными. Причем конструкция двигателя позволяет иметь секции только для компрессорных полостей, а рабочая полость может быть общей. Тогда на роторе, в паре лопаток, рабочая будет общей, а компрессионные расположены одна над другой и входят в свою секцию и каждая имеет перед собою свою камеру сгорания.
При упрощении данную конструкцию можно использовать как тепловой преобразователь или насос. Тогда вместо n- пар будет он будет содержать n-лопаток и отпадает необходимость в ФУ.
Двигатели внешнего сгорания, где предусмотрено изменение агрегатного состояния рабочего тела (паровая машина), данный преобразователь является исполнительной силовой частью. Исполнительная силовая часть, получив нагретое и уже газообразное рабочее тело, из нагревателя (парогенератора), через впускные окна, имеющие золотники, направляет его в рабочую полость и, преобразовав тепловую энергию в механическую, отсылает в конденсатор (холодильник).
Двигатели внешнего сгорания, использующие на всех этапах цикла только газообразное рабочее тело, составлены из последовательно расположенных на одном валу данных преобразователей (секций - модулей) Si (где i = 1,2…k), каждый из которых имеет N полостей. Количество секций - k , соотношение объемов их полостей, а также расположение зон нагрева и охлаждения определяет по какому термодинамическому циклу будет работать двигатель. Процессы, происходящие в одной из определенной секции Si, соответствуют только определенному такту цикла. Все такты цикла происходят одновременно в своих секциях S, и за 1/N оборота двигателя. Как вариант, двигатель 'реализующий цикл Стирлинга. Он состоит из двух отделов. Один из отделов подвергается нагреванию (горячий) - Dh , а другой охлаждению (холодный) - Dc. Участки корпуса и ротора, принадлежащие к разным отделам, теплоизолированы друг от друга. Каждый отдел включает в себя по две секции S с разным объемом полостей (большим и меньшим). Имеется N вращающихся регенераторов Rg барабанного типа, вставленных, каждый в разрыв двух трубопроводов: одного идущего от холодного отдела Dc к горячему Dh; другого - от горячего к холодному (движение рабочего тела согласно циклу).
Представленные схемы и способы преобразования тепловой энергии позволяют создать двигатели внешнего сгорания с простой кинематикой и высокими удельными показателями.