Джаншиев Сергей Иванович, Понятовский С.
www.i-mash.ru/uploads/posts/2011-09/1315810568_objemno-rotor-mashina_001.jpgСовременная
промышленность выпускает огромное количество тепловых двигателей, которыепредставляют основу энергетического хозяйства.
Однако,технические параметры существующего парка не всегда устраивают производителеймобильных объектов, где экологичность, компактность, экономичность и ресурсявляются определяющими техническими параметрами двигателя.
Какследует из многочисленных публикаций и патентных разработок, проблемы созданиялегкого, мощного и экономичного двигателя лежит видимо на пути освоенияроторно-поршневой машины, детали которого практически не испытывают трения, неимеют возвратно поступательного движения, являясь при этом экономичной объемноймашиной.
www.i-mash.ru/uploads/posts/2011-09/1315810588_objemno-rotor-mashina_002.jpgПервая
схема роторно-поршневой машины в виде двигателя Ванкеля с 1957 года прошла путьот идеи до серийного выпуска и была установлена на автомобиль японской фирмы«Мазда» (модель RX8).
Поряду параметров она оправдала ожидания. Двигатель получился компактным исравнительно экономичным.
Ксожалению, ресурс двигателя довольно низкий, и это ограничивает его широкоеприменение.
Малыйресурс двигателя объясняется наличием в кинематической схеме эксцентриковогомеханизма расположенного в непосредственном контакте с камерой сгорания.
Высокаятемпература и большое давление между трущимися деталями способствуют быстромуизносу двигателя, несмотря на повышенный расход масла.
Ксожалению, этот недостаток является принципиальной особенностью двигателяВанкеля и до сегодняшнего дня никаких приемлемых предложений по ее ликвидациине предложено.
www.i-mash.ru/uploads/posts/2011-09/1315810621_objemno-rotor-mashina_003.jpgДругой
механизм роторного исполнения предполагаемый к установке в Ё-мобиле готовится ксерийному выпуску в бизнес-структуре Михаила Прохорова.
Внем применена оригинальная кинематическая схема роторно-лопастного механизма, предложеннаяв 1973 году инженером Михаилом Степановичем Вигрияновым.
Схемапозволяет четырем поршням, вращаясь вокруг общей оси, совершать все циклыприсущие традиционному двигателю внутреннего сгорания.
Каковыбудут его окончательные параметры пока говорить рано, но некоторые особенностиможно анализировать, исследуя кинематическую схему.
Разработчик,продемонстрировав рабочую машину, доказал работоспособность предложенной схемы.
Какизвестно, отличительной особенностью роторного двигателя является отсутствие илизначительная минимизация возвратно поступательной составляющей движения силовыхузлов.
Привозвратно поступательном движении возникают инерционные силы, которыеограничивают быстроходность двигателя.
Можнобыло бы предположить, что в двигателе Вигриянова вследствие вращения поршнейотсутствует возвратно поступательное движение, и проблема с инерционными силамирешается.
www.i-mash.ru/uploads/posts/2011-09/1315810630_objemno-rotor-mashina_004.jpgК
сожалению, как видно из схемы, вращательное движение поршней не являетсяравномерным. Имеет место торможение и разгон поршней со сложной схемой передачиусилий на вал, поэтому основной недостаток в виде инерционных сил все-такиприсутствует.
Утверждениенекоторых специалистов о том, что энергия движущейся массы заднего поршняпередается переднему, словно после удара стальных шаров, не кажетсяубедительным. В случае удара поршней схема взаимодействия значительно сложней, здесьв процесс взаимодействия включено множество различных сил.
Вконструкции имеются так же стопорные механизмы, сопротивление которыхнеобходимо преодолевать с усилием, вызывающим износ деталей и невозвратныймеханизм, который, так или иначе, внесет свою отрицательную лепту.
Еслиинерционные силы окажутся сопоставимыми с поршневым двигателем, токонкурировать с ним, двигатель Вигриянова, скорей всего, не сможет ввиду своейсложности. Наличие электросиловой части не имеет принципиального значения, посколькуее можно установить на любой двигатель.
Третийвид роторно-поршневого двигателя можно создать на основе патентов РФ №№ 91397, 99064.
Вданном случае в кинематической схеме двигателя полностью устранена возвратнопоступательная составляющая.
Поршень,сформированный на поверхности равномерно вращающегося ротора, так же как и вроторно-лопастном двигателе, может без смазки вращаться в корпусе.
Сгораниетопливной смеси происходит в постоянном режиме, как и у газотурбинногодвигателя. Компрессор и двигатель так же как у газотурбинного двигателявыделены в отдельные узлы, что способствует оптимизации компрессора и двигателя,испытывающих различные тепловые нагрузки.
Незначительноетрение возникает только в опорных подшипниках качения, которые вынесены напериферию и при необходимости могут легко охлаждаться.
Двигательсостоит из двух роторно-поршневых машин собранных по трехфазной схеме.
Трехфазнаясхема сглаживает пульсации рабочего тела и упрощает балансировку ротора.
Вслучае двигателя внешнего сгорания рабочее тело может находиться под высокимдавлением, а нагрев и охлаждение происходить в теплообменных узлах.
www.i-mash.ru/uploads/posts/2011-09/1315810632_objemno-rotor-mashina_005.jpgНаиболее
простой вариант объемной роторной машины представляют шестеренчатые насосы (ШН),которые применяются во многих областях техники. Они хорошо зарекомендовали себядля перекачки всевозможных жидкостей с различной степенью вязкости, таких каквода, топливо, масла и т.д.
Шестеренчатыенасосы, благодаря своей конструкции обладают, высокой эффективностью идлительным сроком службы.
Конструкцияпредставляет собой корпус, в котором размещены две взаимно сцепленные шестерни.Между зубьями шестеренок и корпусом образуется пространство, котороезаполняется перекачиваемой жидкостью. Вращаясь, шестеренки создаютоднонаправленный поток жидкости, движущийся в объеме между зубьями.
Приприближении зубьев шестеренок к зоне зацепления свободный объем между зубьямиуменьшается и поток выдавливается в выходное отверстие, а зубья, проворачиваясь,вновь оказываются в зоне входного отверстия, где поступающая жидкость заполняетрасширяющееся пространство между зубьями.
Нетруднозаметить, что устройство представляет собой преобразователь вращательногодвижения шестеренок в поступательное движение потока жидкости. ШН отаналогичных машин, таких как винт или турбина отличается способностью создаватьвысокое давление, поскольку являются по существу объемной машиной.
Однако,преобразования вращательного движения рабочих элементов в поступательноедвижение потока с помощью шестеренчатого механизма при больших скоростях потокаприменяется довольно редко, несмотря на простоту конструкции.
Этообъясняется тем, что высокая скорость потока, требует высокой скорости вращенияшестеренок, вызывающих в зоне зацепления зубьев турбулентность, котораясопровождается энергетическими потерями. В свою очередь, турбулентностьвозникает вследствие того, что плоскость зуба имеющего плохую обтекаемость, взоне зацепления меняет направление и относительно жидкости движется с большойскоростью.
Вследствиеэтого, ШН находит широкое применение в основном там, где не требуется высокойскорости потока, например в гидравлике. Исключение составляют пожарные насосы, гдедавление и скорость струи определяет длину шланга и дальность подачи воды.
Предложеннаясхема роторно-поршневого насоса на основе Патента РФ № 99064 также, по существуявляется шестеренчатым насосом, с той лишь разницей, что на поверхностишестеренки (ротора) сформирован только один зуб.
Вэтом случае переходный процесс, вызывающий турбулентность потока возникает накороткое время, что позволит машине работать на более высоких оборотах и созначительно меньшими потерями.
Схемароторно-поршневого насоса приведена на рисунке. Не трудно заметить, чтопрактически нагрузка воспринимается только ротором, что так же благоприятносказывается на работе машины.
Помимоэтого, при соответствующих доработках предложенную схему можно применить и длясоздания других силовых машин (двигатель, компрессор, гидроагрегат и т. д.).
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.i-mash.ru